Ponad 300 km za kołem podbiegunowym, w delcie kanadyjskiej rzeki Mackenzie, polscy naukowcy prowadzą analizy dotyczące zmian klimatycznych i ich wpływu na wody powierzchniowe. Badania transportu osadów, zmian morfologii hydrologicznej i wpływu ocieplenia na procesy sedymentacyjne pozwolą lepiej zrozumieć dynamikę arktycznych ekosystemów i ich podatność na skutki globalnego ocieplenia. To pomoże wyjaśnić jak zmiany klimatu wpływają nie tylko na środowisko Arktyki, ale i przyszłość innych ekosystemów, kluczowych dla życia ludzi i naszej planety.
Zmiany klimatyczne w Arktyce zachodzą szybciej niż w innych rejonach świata, a ich globalne konsekwencje wciąż pozostają nie w pełni rozpoznane. Ten jeden z najbardziej niedostępnych, a ważnych dla przyszłości świata frontów zmian, badają polscy naukowcy z Politechniki Krakowskiej, Uniwersytetu Kazimierza Wielkiego w Bydgoszczy i Instytutu Geografii i Przestrzennego Zagospodarowania im. Stanisława Leszczyckiego Polskiej Akademii Nauk.
Uczeni skupili się na analizach zmian w delcie kanadyjskiej rzeki Mackenzie. W swoich pracach wykorzystali obserwacje satelitarne, badania terenowe oraz modelowanie numeryczne, aby lepiej zrozumieć dynamikę arktycznych ekosystemów.
Topnienie wiecznej zmarzliny
Badania w Arktyce prowadzi interdyscyplinarny zespół, który od kilku lat tworzą eksperci trzech polskich ośrodków badawczych, zajmujący się m.in. fizyką, geografią, klimatem, morfologią koryt rzecznych, dynamiką wód, transportem zawiesiny, inżynierią wodną, retencją wodną, kartografią, modelowaniem numerycznym oraz statystyką. W arktycznej misji badawczej uczestniczą naukowcy Politechniki Krakowskiej – dr inż. Monika Szlapa, dr hab. Paweł Hachaj, prof. PK oraz mgr inż. Magdalena Tutro, a także eksperci z Uniwersytetu Kazimierza Wielkiego w Bydgoszczy – dr hab. Michał Habel (kierownik projektu), dr Sergey Chalov i dr Anirban Mukhopadhyay oraz Instytutu Geografii i Przestrzennego Zagospodarowania im. Stanisława Leszczyckiego Polskiej Akademii Nauk – dr hab. Piotr Gierszewski, prof. IGiPZ i dr Włodzimierz Juśkiewicz.
– Początkowo prace badawcze naszego zespołu dotyczyły wód Polski południowej: zbiorników Dobczyce i Goczałkowice, kaskady Soły. Kilka lat temu rozszerzyliśmy teren naszych badań na Polskę północną, nawiązując współpracę z ośrodkami badawczymi w Toruniu i Bydgoszczy. Teraz przyszła pora ekspansji na zachodnią półkulę … – mówi z uśmiechem dr hab. Paweł Hachaj, prof. PK z Wydziału Inżynierii Środowiska i Energetyki Politechniki Krakowskiej.
Cele polskiej misji badawczej w Arktyce są trzy. Po pierwsze określenie sezonowej zmienności transportu osadów oraz ilości materiału zatrzymywanego przez jeziora w delcie rzeki Mackenzie (a jest tam blisko 50 tysięcy jezior). Drugi cel to zbadanie wpływu zmian klimatycznych na intensyfikację procesów sedymentacyjnych (opadania cząstek stałych zawieszonych w wodzie pod wpływem siły ciężkości lub sił bezwładności) i uwalnianie osadów do wód powierzchniowych. Naukowcy chcą na tej podstawie opracować scenariusze zmian morfologicznych systemów rzecznych i jeziornych takich jak: zanik jezior, utrata połączeń hydrologicznych czy zamulenie kanałów w kontekście bezpieczeństwa komunikacyjnego oraz mobilności lokalnych społeczności.
Polskie badania są kluczowe dla szczegółowego poznania wpływu globalnego ocieplenia na środowisko w obszarze koła podbiegunowego. – W wielu rzekach polarnych procesy hydrologiczne obszarów „estuariów deltowych dużych rzek” są coraz bardziej podatne na zmiany klimatu. Wywołane nimi rozmrażanie wiecznej zmarzliny arktycznej mobilizuje osady oraz związany z nimi węgiel i składniki odżywcze. To powoduje, że do oceanu dostaje się więcej osadu, który przyspiesza topnienie pokrywy lodowej. Transportowany osad spłyca również odcinki rzek, woda szybciej się tu nagrzewa, przez co też rzeki dostarczają cieplejszą wodę do oceanu. W naszych badaniach sprawdzamy czy arktyczne równiny deltowe faktycznie zachowują się jak gąbki – czyli w jakim stopniu filtrują wodę z osadów mineralnych i z węgla – tłumaczy dr inż. Monika Szlapa z Katedry Geoinżynierii i Gospodarki Wodnej na Wydziale Inżynierii Środowiska i Energetyki Politechniki Krakowskiej.
Procesy te mają i globalne, i lokalne skutki. – Zatrzymany w rzekach i jeziorach osad zagraża łączności rzecznej i możliwości transportu wodnego, a także utrudnia połów ryb – wyjaśnia dr inż. Szlapa.
W Arktyce zespół z Politechniki bierze udział w analizach zdjęć satelitarnych oraz pracach terenowych i laboratoryjnych. – Naszym zadaniem jest przede wszystkim modelowanie procesów transportu wody i zawiesiny w obszarze badawczym, ocena zatrzymywania osadów przez jeziora delty, a tym samym zakresu jego transportu do Oceanu Arktycznego – tłumaczy dr inż. Monika Szlapa.
Teledetekcja, system InSAR i modelowanie numeryczne
Projekt polskich badaczy przewiduje 6 wypraw do końca 2027 roku. Pierwsza misja odbyła się w maju 2025. Na dystansie 248 km w delcie rzeki Mackenzie zespół zbierał próbki wody i osadów w rejonie miejscowości Inuvik, Tuktoyaktuk i Tsiigehtchic. Krakowscy i bydgoscy naukowcy dokonali poboru próbek wody i osadu oraz monitorowali parametry fizyczne wody. – Próbki poddaliśmy wstępnej obróbce przy współpracy z Aurora Research Institute w Inuvik, które udostępniło nam laboratorium. Dalsze analizy laboratoryjne odbywają się już w Polsce – mówi dr inż. Monika Szlapa.
Naukowcy będą chcieli ustalić czy jeziora na terenie delty rzeki arktycznej sprzyjają zatrzymywaniu tam osadu, działając jak gąbki. Mają już pierwsze obserwacje, ale przyznają, że na tym etapie badań jest jeszcze za wcześnie, aby je przedstawiać i budować na ich podstawie rekomendacje.
Kolejne misje terenowe przewidziane sią na jesień 2025 oraz wiosnę 2026. Zebrane próbki oraz pomiary geodezyjne posłużą do opracowania modeli hydraulicznych transportu wody i osadów oraz modelowania teledetekcyjnego obrazującego łączność hydrologiczną w obrębie równiny deltowej.
W ramach projektu po raz pierwszy na obszarze delty Mackenzie stosowana jest technologia Wetland InSAR do obrazowania jakościowego w wysokiej rozdzielczości łączności hydrologicznej pomiędzy wodą a osadem wodnym w ekosystemach przybrzeżnych. System InSAR, czyli satelitarna interferometria radarowa (z ang. Interferometric Synthetic Aperture Radar), polega na rejestrowaniu obrazów powierzchni Ziemi, które po przetworzeniu pozwalają na analizę ruchów powierzchni danego terenu lub obiektów.
– Z kolei zastosowanie symulacji numerycznych transportu osadów w ciekach i jeziorach, przy użyciu hydrodynamicznego modelu adaptacyjnego oraz modelu Lagrange’a do śledzenia cząstek unoszonych przez wodę, pomoże nam zrozumieć rolę jezior deltowych w zatrzymywaniu osadów. Chcemy zidentyfikować obecne i przyszłe wzorce ładunków oraz strumieni osadów transportowanych do Oceanu Arktycznego – wyjaśnia mgr inż. Magdalena Tutro z Politechniki Krakowskiej.
– Poza modelowaniem numerycznym planujemy także symulacje fizyczne w naszym laboratorium mechaniki płynów – dodaje prof. Paweł Hachaj.
Bezcenne bogactwo naturalne i kulturowe
Badania prowadzone są w ujściowym odcinku rzeki Mackenzie – największej rzeki Kanady. Jej delta, położona ponad 300 km na północ od koła podbiegunowego na terenie tzw. Terytoriów Północno-Zachodnich, stanowi jeden z największych systemów deltowych na świecie. Przez większą część roku (ponad 7 miesięcy) delta pozostaje skuta lodem, a w tym czasie lodowe drogi łączą osady, które latem są dostępne jedynie drogą powietrzną lub wodną.
– Z uwagi na prowadzenie badań na obszarach plemiennych Inuitów i Gwich’in, wyniki projektu pozwolą wskazać regiony szczególnie narażone na izolację oraz opracować rekomendacje dotyczące adaptacji do zmian środowiskowych użyteczne dla lokalnej społeczności – tłumaczy dr Szlapa.
Polska misja badawcza odbywa się w porozumieniu i przy współpracy z lokalną społecznością na podstawie licencji badawczej udzielonej przez rząd Kanady. – Współpracujemy z Inuvik Hunters and Trappers Committee, organizacją reprezentującą społeczność Inuvialuit, oraz z Western Arctic Research Centre w Inuvik, znanym także jako Aurora Research Institute – ośrodkiem, który zapewnia nam zaplecze badawcze. Lokalna społeczność jest bardzo zainteresowana naszą działalnością. W trakcie poboru próbek mieliśmy wiele serdecznych rozmów z mieszkańcami, którzy pytali o to co robimy, opowiadali nam o życiu w Arktyce. A nawet doradzali jak odstraszać niedźwiedzie – opowiada dr Szlapa.
Polskie badania Arktyki są realizowane m.in. w ramach grantu badawczego finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki – z projektu „Arktyczne delty jak gąbki: W jakim stopniu równiny deltowe filtrują wodę z osadów i węgla?” (OPUS 27 na lata 2025–2028).
Źródło: Politechnika Krakowskie, fot. dr inż. Monika Szlapa/ Archiwum zespołu badawczego. Na zdjęciu dr inż. Monika Szlapa w Arktyce podczas pobierania próbek osadów w delcie rzeki Mackenzie.
