Tam, gdzie morze opada

Wiele jest archipelagów na Ziemi, ale żaden z nich nie powiększa się tak szybko jak Kvarken. Co roku przybywa mu kilometr kwadratowy, czyli w przybliżeniu 150 boisk piłkarskich. Pod tym względem jest fenomenem na skalę światową. Wraz z archipelagiem powiększa się też Finlandia, kraj, do którego Kvarken należy. Kto zerknie na mapę, ten odnajdzie archipelag mniej więcej w połowie Zatoki Botnickiej, północnego odgałęzienia Morza Bałtyckiego, ciągnącego się na długości ponad 700 km i oddzielającego Finlandię od Szwecji. W najwęższym jej miejscu oba kraje dzieli jakieś 80 km. Tak jest dziś, ale dawniej zatoka była znacznie szersza. Od tysięcy lat kurczy się w wyniku wycofywania się morza i ekspansji lądu. Przybywa go głównie od strony Finlandii, w której pobliżu dno morskie jest tak płytkie, że wystarczy niewielkie obniżenie lustra wody, aby zmieniło się w ląd. Właśnie w ten sposób narodził się niezwykły archipelag Kvarken, liczący ok. 5600 wysp, ale ponieważ nowe są nieustannie odsłaniane przez wodę, a te istniejące się łączą, nie należy się przyzwyczajać do ich liczby.

Mieszkańcy północnych wybrzeży Morza Bałtyckiego przywykli do tego, że natura podarowuje im co roku nowe kawałki lądu. Ma to swoje plusy i minusy. Holendrzy, których kraj zanurza się w wodzie, zapewne chętnie zamieniliby się na miejsca z Finami. Ale uciekające morze od wieków przyprawia o ból głowy mieszkańców nadbałtyckich portów. Pierwszy dokument historyczny na ten temat pochodzi z 1491 r., kiedy to czterech obywateli miasta Östhammar, leżącego nad Bałtykiem na północ od Sztokholmu, wybrało się do Uppsali, by poskarżyć się rządowi szwedzkiemu na to, że ich port stał się zbyt płytki dla łodzi rybackich. To samo przydarzyło się też kilkudziesięciotysięcznemu fińskiemu miastu Vaasa, sąsiadującemu z archipelagiem Kvarken. Vaasa została założona na początku XVII w. przez szwedzkiego króla Karola IX z dynastii Wazów (stryja Zygmunta III). Stąd zresztą jej nazwa. Zbudowano tam port, który w ciągu czterech stuleci kilkakrotnie przenoszono coraz bardziej na zachód, czyli w stronę uciekającego morza. Ostatni raz taka przeprowadzka odbyła się po wielkim pożarze w połowie XIX w. Niewykluczone, że wkrótce nastąpi kolejna, bo port sprzed półtora wieku stał się zbyt płytki.

Dziurawy Bałtyk

Jednych opadające morze irytowało, innych intrygowało. Poszukujący rozwiązania zagadki zwykle dochodzili do wniosku, że w dnie morza muszą się znajdować jakieś szczeliny, którymi woda ucieka niczym z dziurawej miski. Szwedzcy przyrodnicy nazwali to zjawisko Wattuminskningen, czyli znikającą wodą. Określenie to zrobiło karierę w XVII i XVIII w.

Trzeba przyznać, że było się nad czym głowić, bo zagadka jest faktycznie intrygująca. Przepłyńmy kilkadziesiąt kilometrów – z archipelagu Kvarken na szwedzką stronę Zatoki Botnickiej – a zobaczymy, że niemal wprost z wody wyrastają tam wzgórza o wysokości przekraczającej 200 m. Mają strome zbocza oraz obłe, porośnięte lasem wierzchołki. Większość tych wierzchołków to… dawne plaże. Rekord należy do góry Skuleberget z plażą znajdującą się 285 m powyżej współczesnego lustra wody w Bałtyku. To najwyżej położona plaża na świecie! Nic dziwnego, że Szwedzi nazywają tę okolicę Höga Kusten, czyli Wysokim Wybrzeżem.

Już oglądający te wzniesienia XVII-wieczni uczeni nie mieli wątpliwości, że niegdyś znajdowały się one prawie w całości pod wodą. Wystawały z niej tylko ich czubki, które w tych odległych czasach były wyspami. W terenie odnajdywano coraz więcej dowodów na ten prastary bałtycki potop, ale nikt nie potrafił wyjaśnić, gdzie się potem podziała woda. Zazwyczaj uznawano więc, że musiała gdzieś uciec, odsłaniając dno morskie, które stało się lądem. W pierwszej połowie XVIII w. uważali tak najwybitniejsi profesorowie sławnego uniwersytetu w Uppsali, np. Linneusz, twórca pierwszej klasyfikacji żywych organizmów, Emanuel Swedenborg, przyrodnik, filozof i teolog, oraz Anders Celsjusz, dobrze nam znany jako twórca skali Celsjusza. Ten ostatni odbył wiele podróży wokół Zatoki Botnickiej, znacząc poziom Bałtyku na kamieniach ledwie wystających z wody. Najstarszy wodowskaz Celsjusza pochodzi z 1731 r. i znajduje się na wyspie Lövgrund w południowo-zachodniej części Zatoki Botnickiej, w pobliżu miasta Gävle. Uczony miał nadzieję, że dzięki jego kresce wyrytej w skale przyszłym pokoleniom uczonych uda się precyzyjnie zmierzyć prędkość ubywania wody w Bałtyku. Sam oszacował to tempo na jakieś 13 mm na rok, opierając się na źródłach pisanych znalezionych w wioskach rybackich, czyli zapiskach łowców fok, którzy obserwowali ssaki przesiadujące na skałach i stwierdzili, że skały te z upływem dekad coraz bardziej wystają z wody.

Tak jak chciał Celsjusz, jego kamień na wyspie Lövgrund rzeczywiście przydał się kolejnym pokoleniom. I to bardziej, niż ktokolwiek mógł przypuszczać. Sto lat później, w 1834 r., specjalnie do kamienia Celsjusza przyjechał z dalekiej Wielkiej Brytanii naukowiec, który wkrótce zasłużenie zyskał przydomek ojca współczesnej geologii. Był to Charles Lyell, autor świeżo wydanych „Principles of Geology”. Pojawienie się takiej sławy oznaczało, że zagadka Bałtyku zyskała na popularności i znaczeniu w Europie. Gorąca debata zaczęła się, gdy kilku fińskich i szwedzkich badaczy, w tym Jöns Jacob Berzelius, jeden z twórców współczesnej chemii (autor symboli chemicznych), zaczęło głosić, że poziom Bałtyku zmienia się nie z powodu ubywania w nim wody, ale za sprawą podnoszącego się lądu.

Lyell postanowił zbadać rzecz na miejscu, powątpiewając zresztą w tę nową hipotezę. W Sztokholmie spotkał się z Berzeliusem. Ten podzielił się z nim śmiałym poglądem, że ląd wokół Bałtyku podnosi się z powodu kurczenia się całej Ziemi i powstających z tego powodu deformacji skał wewnątrz globu. Wciąż sceptyczny Lyell udał się na Lövgrund, gdzie stwierdził, że znak wodny Celsjusza z 1731 r. znajduje się 86 cm powyżej poziomu morza. Lustro wody opadało zatem w średnim tempie 8,3 mm na rok. Następnie pojechał do południowy skraj Szwecji, gdzie po odbyciu kilku wycieczek terenowych oraz licznych rozmów z mieszkańcami wybrzeża doszedł do wniosku, że poziom morza pozostaje tam od wieków niezmienny. Wtedy odrzucił hipotezę ucieczki wody z Bałtyku, wskazując podnoszenie się lądów jako przyczynę zmiany poziomu wody w północnej części akwenu. Przyznał zatem rację Berzeliusowi, choć inaczej, niż on podejrzewał, że skorupa ziemska wokół północnego Bałtyku podnosi się nie z powodu kurczenia się Ziemi, ale jej rozszerzania. I tak dzięki inicjatywie Celsjusza zagadka zmian poziomu Morza Bałtyckiego została w końcu rozwiązana. Geologowie dowiedzieli się, że skorupa ziemska czasami podnosi się lub opada, dążąc do odzyskania zaburzonej równowagi mas skalnych, czyli izostazji (sam termin wprowadzono pod koniec XIX w.).

Odkrycie epoki lodowcowej

To była jednak tylko połowa zagadki. Teraz kluczowe pytanie brzmiało: co zaburzyło izostazję w północnej części Bałtyku i na lądzie wokół niego? Berzelius, jak pamiętamy, wskazywał na kurczenie się Ziemi, Lyell sądził, że to efekt jej ekspansji. Obaj nie mieli racji. Trop, choć nie bezpośredni, kilka lat później wskazał Louis Agassiz, szwajcarski geologii i zoolog, który w 1837 r. ku kompletnemu zaskoczeniu ówczesnego świata nauki ogłosił, że całe Alpy, a także znaczna część północnej Europy wyglądały niegdyś jak Grenlandia, czyli były pokryte grubym na wiele kilometrów lądolodem. Klimat musiał być wówczas znacznie chłodniejszy niż dziś, a gdy się w końcu ocieplił, lód zniknął, ale pozostawił po sobie głazy narzutowe i ciągi wzgórz morenowych formowanych tam, gdzie zatrzymał się na dłużej. Słowem, Agassiz dowodził, że na Ziemi panowała niegdyś epoka lodowcowa (glacjalna), a biorąc pod uwagę to, że polodowcowe formy terenu są wciąż dobrze zachowane w Europie, musiało to być względnie niedawno.

Hipoteza była tak szokująca, że większość uczonych, włącznie z Lyellem, uznała ją za niedorzeczną. Przez wiele dekad ją odrzucano. Dopiero kolejni badacze podróżujący w drugiej połowie XIX w. na Grenlandię, Spitsbergen i Islandię, porównując tamtejsze formy terenu utworzone przez lodowce z tymi, które znajdowali w krajach skandynawskich, na Nizinie Środkowoeuropejskiej i w północnej części Wielkiej Brytanii, doszli do wniosku, że nie ma między nimi większych różnic. To Agassiz miał rację. Dalsze szczegółowe śledztwo wykazało, że lód, który zajął pół Europy, wyruszył na południe z Gór Skandynawskich. Wkrótce okazało się też, że w tym samym czasie inny wielki lądolód zajął sporą część Ameryki Północnej.

Nie od razu jednak zorientowano się, że to właśnie lądolód skandynawski, choć dawno temu przeszedł do historii, wciąż wpływa na teraźniejszość, że to on odpowiada za podnoszenie się lądu wokół północnego Bałtyku. Przełomem było stworzenie pod koniec XIX w. przez kolejnego szwedzkiego badacza Gerarda de Geera mapy ruchów izostatycznych w Fennoskandii – krainie geograficznej obejmującej Półwysep Skandynawski, Finlandię i Półwysep Kolski. Niemal idealnie pokrywała się ona z grubością lodowca zajmującego niegdyś ten region. Kolejne dekady upłynęły badaczom na uszczegółowianiu tego obrazu – ze zdumieniem odkryli, że skorupa ziemska Fennoskandii ugięła się na głębokość niemal 500 m pod lądolodem, który istniał przez dziesiątki tysięcy lat, a którego grubość w maksimum epoki glacjalnej przekraczała 3 km. Ta gigantyczna masa lodu miała objętość wielu milionów kilometrów sześciennych, z których każdy ważył ok. 900 mln ton. Skorupa ziemska zapamiętała na długo ten ciężar.

Co za ulga!

Lądolód skandynawski wycofał się z większej części Europy 10–11 tys. lat temu, ale w kotlinie wypełnionej dziś przez Zatokę Botnicką dogorywał jeszcze przez kolejne 2–3 tys. lat. Reakcja skorupy ziemskiej na topnienie lodu była jednoznaczna – zaczęła się podnosić. Proces nazwano odbiciem postglacjalnym, a bardziej uczenie – postglacjalnym wydźwignięciem izostatycznym. Była to reakcja na to, co działo się wcześniej: ugięta pod ciężarem lodu skorupa ziemska zanurzyła się w znajdującym się pod nią płaszczu ziemskim – drugiej z kolei warstwie naszego globu. Górna część płaszcza, zwana astenosferą, jest dość elastyczna jak na materię skalną. Przypomina gęstą ciecz, a nie ciało stałe. Naciskana od góry przez skorupę ziemską, miażdżoną przez olbrzymie masy lodu, ustąpiła jej, rozpływając się na boki i gromadząc pod terenami wolnymi od lodu, przy okazji wypychając je do góry. Gdy jednak lód zniknął, astenosfera zaczęła powracać na dawne miejsce, posłuszna izostazji. I wciąż powraca, powodując unoszenie się skorupy ziemskiej tam, gdzie była ona przygnieciona przez lód.

Wyłanianie się archipelagu Kvarken czy też dawne plaże morskie Höga Kusten, znajdujące się dziś na wysokości ponad 200 m n.p.m., to właśnie konsekwencja odbicia postglacjalnego – powracania lepkiej astenosfery do północnej Fennoskandii. Kreska, wyryta przez Celsjusza na kamieniu na Lövgrund na oznaczenie poziomu Bałtyku w 1731 r., znajduje się dziś blisko 2 m wyżej, a za kilka dekad ten niecodzienny wodomierz straci swoją funkcję, ponieważ cały kamień będzie wystawał ponad lustro wody.

W erze pomiarów satelitarnych można mierzyć tempo dźwigania się Fennoskandii z dokładnością do 1 mm. Dzięki temu wiemy, że północna część Zatoki Botnickiej, w tym archipelag Kvarken, podnoszą się szczególnie szybko – w tempie ok. 1 cm na rok, czyli 1 m na 100 lat. Badacze twierdzą, że powrót skorupy ziemskiej do równowagi będzie trwał w tym miejscu jeszcze przez 2 tys. lat, a płytsze fragmenty dna Zatoki Botnickiej mogą się zmienić w ląd, który połączy Szwecję z Finlandią. Jednak im dalej na południe Bałtyku, tym tempo dźwigania się lądu wyraźnie spada i np. w Helsinkach wynosi już tylko jakieś 3 mm na rok, dorównując obecnemu tempu podnoszenia się oceanu światowego, który – jak wiemy – powiększa swoją objętość w wyniku wzrostu temperatur oraz przejmuje wody z topniejących Grenlandii i Antarktydy. Można powiedzieć, że w Helsinkach czy Sztokholmie trwa wyścig pomiędzy lądem a morzem. Na razie jest on dość wyrównany, ale jeśli ocieplenie klimatu się rozkręci, wówczas nawet w takich podnoszonych przez izostazję odcinkach wybrzeża poziom wody zacznie rosnąć.

Znacznie gorzej pod tym względem będą miały te brzegi, gdzie następuje odwrotne zjawisko, czyli osiadanie lądu. W Europie jest tak w wielu rejonach, które w epoce lodowcowej nie zostały przykryte przez lądolód, lecz z nim sąsiadowały. Teraz osiadają, bo część znajdującej się pod nimi materii skalnej powraca ku Fennoskandii. Te postglacjalne przetasowania wewnątrz globu obejmują m.in. południową część Niziny Środkowoeuropejskiej, ciągnącej się od centralnej Polski przez Niemcy do Holandii. Z tego samego powodu zapada się też Anglia, podczas gdy leżąca bardziej na północ Szkocja, do której dotarł lądolód skandynawski i ciężko ją przygniótł, teraz podnosi głowę. Wyrównywanie rachunków nie ominęło nawet północnego Atlantyku na zachód od Półwyspu Skandynawskiego. Dno oceanu obniża się, ponieważ nadwyżki magmy z epoki lodowcowej stopniowo powracają na wschód.

Dawno temu w Ameryce

Identyczne zjawiska dzieją się za oceanem w północnej Kanadzie, która w epoce lodowcowej była matecznikiem olbrzymiego lądolodu laurentyńskiego. Dotarł on daleko na południe, na szerokość geograficzną Nowego Jorku i Chicago, a gdy przyszło ocieplenie, lód długo stawiał klimatowi opór na półwyspie Labrador i w obniżeniu dzisiejszej Zatoki Hudsona. Poziom wody w niej, tak jak w Zatoce Botnickiej, systematycznie opada i na powierzchni pojawia się ląd. Pozostałości plaż sprzed wielu tysięcy lat odnaleziono w odległości nawet 250 km od Zatoki Hudsona. Ląd wokół niej podnosi się w tempie 1,2 cm na rok. Mieszkańcy archipelagu Kvarken czuliby się tutaj jak u siebie w domu. I tak samo jak w Zatoce Botnickiej również w rejonie Zatoki Hudsona skorupa ziemska nie powiedziała ostatniego słowa. Geolodzy oceniają, że może się podnieść jeszcze o 100 m, co oznacza, że Zatoka Hudsona, której średnia głębokość również wynosi jakieś 100 m, znacznie się skurczy. Zyska na tym Kanada. W najbliższych stuleciach przybędą jej dziesiątki tysięcy kilometrów kwadratowych lądu, szczególnie że podnosi się też praktycznie całe kanadyjskie terytorium Nunavut, w którego skład wchodzi labirynt arktycznych wysp ciągnących się aż po Grenlandię. Wszystkie one były niegdyś przygniecione przez lądolód.

Czy to samo może się przydarzyć Grenlandii? Ona także ugięła się pod blisko 3 mln km³ lodu, który wciąż na niej zalega. Gdyby została uwolniona od tego ciężaru i podniosła przy okazji poziom mórz na globie o 7 m (co jednak potrwałoby przynajmniej kilkaset lat), także urosłaby w kolejnych tysiącleciach o setki metrów jak Fennoskandia. Tak samo stałoby się, rzecz jasna, z Antarktydą, na której epoka lodowcowa trwa od kilkunastu milionów lat. Olbrzymi lądolód o objętości dziesięć razy większej od lądolodu grenlandzkiego wgniótł ją w podłoże nawet na kilometr, powodując, że w pewnych miejscach podłoże skalne kontynentu znalazło się setki metrów poniżej współczesnego poziomu morza. Tak dzieje się głównie w zachodniej części Antarktydy, najbardziej wrażliwej na zmiany temperatury.

Co się stanie, jeśli ten kawałek lądolodu antarktycznego zacznie topnieć? Odciążana skorupa ziemska będzie reagować błyskawicznie. Już tak się dzieje tam, gdzie do oceanu spływają dwa wielkie lodowce: Thwaitesa i Pine Island. Najnowsze pomiary pokazują, że skorupa ziemska pod nimi zaczęła się podnosić z prędkością 4 cm na rok, co jest światowym rekordem. Ta część Antarktydy tylko czeka na zniknięcie lodu, by wyskoczyć do góry niczym ściśnięta sprężyna. To samo dzieje się zresztą na Islandii, podnoszącej się od kilku dekad w tempie 2–3 cm na rok. Tak skorupa reaguje na zniknięcie wielu lodowców na tej wyspie w XX w. Ich powierzchnia skurczyła się o kilkanaście procent i choć nadal zajmują one 11 tys. km², to za 100 lat zostanie ich już tylko połowa, jeśli klimat wyspy będzie się ocieplał w dotychczasowym tempie. Islandia będzie rosła jak na drożdżach, tak samo jak południowa Alaska czy Patagonia, których brzegi również podnoszą się ostatnio w wyniku znikania lodowców. Ostatnie słowo należy do izostazji.

Andrzej Hołdys

Dziennikarz naukowy specjalizujący się w naukach o Ziemi i dyscyplinach pokrewnych, tłumacz literatury popularnonaukowej. Ukończył geografię na Uniwersytecie Warszawskim. Stały współpracownik „Wiedzy i Życia”.