ธรรมชาติที่ขั้วโลกใต้

องค์การ International Council for Science (ICSU) และ World Meteorological Organization (WMO) ได้กำหนดให้ปี 2007-2008 ที่ผ่านมาเป็นปีขั้วโลกสากล (International Polar Year-IPY) ซึ่งมีวัตถุประสงค์ให้นักวิทยาศาสตร์มุ่งศึกษาธรรมชาติแถบขั้วโลกทุกรูปแบบรวมถึงให้วิเคราะห์อิทธิพลของเหตุการณ์ที่อุบัติที่ขั้วโลกเหนือและใต้ ว่ามีผลกระทบต่อธรรมชาติในบริเวณอื่นของโลกอย่างไร และมากหรือน้อยเพียงใดด้วย

ย้อนอดีตไปถึง 1882 ซึ่งเป็นปีที่มีปีขั้วโลกสากลครั้งแรก สิบเอ็ดประเทศที่เข้าร่วมโครงการได้จัดตั้งสถานีวิจัยสภาพดินฟ้าอากาศในแถบขั้วโลกเหนือและใต้ รวมถึงวิจัยธรรมชาติของสนามแม่เหล็กโลกว่ามีอิทธิพลต่อปรากฏการณ์แสงเหนือและใต้ (aurora) และสภาพอากาศในประเทศต่างๆ แถบขั้วโลกอย่างไร สำหรับปีขั้วโลกสากลครั้งที่สองซึ่งจัดขึ้นในอีก 50 ปีต่อมา คือในปี 2475 แม้ในปีนั้นสภาพเศรษฐกิจของโลกจะตกต่ำ แต่โครงการนี้ก็ได้รับความร่วมมือเป็นอย่างดีจากบรรดา 44 ประเทศทั่วโลกเพื่อศึกษาสภาพบรรยากาศเหนือขั้วโลก

เมื่อถึงปี ค.ศ.1957 ซึ่งเป็นปีขั้วโลกสากลครั้งที่ 3 ได้มีประเทศ 67 ประเทศเข้าร่วมโครงการ และบรรดานักวิทยาศาสตร์ต่างรู้สึกตื่นเต้นมากเมื่อได้มีโอกาสสำรวจบรรยากาศด้วยดาวเทียมของรัสเซียชื่อ Sputnik โครงการนี้มีนักวิทยาศาสตร์ 8,000 คน เข้าร่วมวิจัยบรรยากาศชั้น ionosphere การค้นพบที่สำคัญ คือ การพบแถบรังสี Van Allen ที่ห่อหุ้มปกป้องโลก

ถึงโลกจะมีขั้วโลกเหนือและขั้วโลกใต้ แต่ขั้วโลกใต้กลับเป็นที่น่าสนใจในเชิงวิทยาศาสตร์ยิ่งกว่า เพราะเป็นที่ตั้งของทวีปแอนตาร์กติกาที่มีภูมิอากาศและภูมิประเทศเหมาะสำหรับการค้นหาและดูดาวเคราะห์ เพราะท้องฟ้าบริเวณนี้มักไร้เมฆ ทำให้รังสีอินฟราเรดจากดาวเคราะห์นอกสุริยจักรวาลสามารถเดินทางถึงโลกได้สะดวกโดยไม่ถูกไอน้ำหรือเมฆดูดกลืน ด้วยเหตุนี้ รัฐบาลฝรั่งเศสและรัฐบาลอิตาลีจึงจัดตั้งโครงการ Concordia ขึ้น โดยให้นักวิทยาศาสตร์ 16 คน เฝ้าสังเกตดาวติดต่อกันเป็นเวลานาน 9 เดือนในฤดูหนาว เมื่อถึงหน้าร้อนนักวิทยาศาสตร์ที่เข้าร่วมกิจกรรมนี้ก็ได้เพิ่มเป็น 30 คน ส่วนนักวิทยาศาสตร์สาขาอื่น เช่น แพทย์และนักชีววิทยาที่สนใจวิถีการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตบนทวีปน้ำแข็งก็ได้วิเคราะห์สุขภาพของคนและสัตว์ที่ตกอยู่ในสภาพอากาศหนาวที่อุณหภูมิ -50 องศาเซลเซียสตลอดเวลา และพบว่า แม้แต่สัตว์ในบริเวณรอบทวีปน้ำแข็งก็มีชีวิตที่น่าสนใจ เช่นมีการพบว่าหนอนทะเลที่อาศัยอยู่ใกล้ฝั่งของประเทศแองโกลาที่ระดับลึก 5,000 เมตร มีรูปร่างเหมือนหนอนที่พบในทะเลขอบทวีปแอนตาร์กติกาทุกประการ นั่นแสดงให้เห็นว่า กระแสน้ำในบริเวณใกล้ทวีปแอนตาร์กติกาสามารถไหลไปไกลถึงฝั่งของประเทศแองโกลาในทวีปแอฟริกาได้ ทั้งๆ ที่บริเวณทั้งสองอยู่ห่างกันประมาณ 4,000 กิโลเมตร

นักอุตุนิยมวิทยาก็ใคร่รู้สภาพอากาศในอดีต เช่นว่าเมื่อ 750,000 ปีก่อน สภาพอากาศในบริเวณนี้เป็นอย่างไร ซึ่งก็สามารถรู้ได้โดยขุดเจาะน้ำแข็งลงไปลึกประมาณ 3 กิโลเมตร เช่น ในปี 2003 คณะนักวิทยาศาสตร์ได้พบว่าน้ำแข็งที่ขุดขึ้นมามีฟองก๊าซและฝุ่นปน การวิเคราะห์ก๊าซ ในน้ำแข็งทำให้รู้ว่า เมื่อ 750,000 ปีก่อน โลกมีคาร์บอนไดออกไซด์ในปริมาณน้อยกว่าปัจจุบัน ส่วนการวัดปริมาณไอโซโทปของ O-16 กับ O-18 ที่พบในน้ำแข็ง ก็สามารถบอกได้ว่าโลกขณะนั้นมีอุณหภูมิสูงเพียงใด การศึกษาลักษณะนี้ได้ทำให้นักวิทยาศาสตร์รู้ว่า โลกได้ผ่านยุคน้ำแข็งครั้งสุดท้ายเมื่อ 10,700 ปีก่อนนี้

การศึกษาปริมาณน้ำแข็งที่มีบนทวีปแอนตาร์กติกาก็เป็นอีกปัญหาหนึ่งที่น่าสนใจ เพราะเมื่อถึงหน้าหนาวที่อุณหภูมิลดต่ำลงมาก น้ำบริเวณขอบทวีปจะแข็งตัว ทำให้ทวีปมีขนาดใหญ่ขึ้น แต่เมื่อถึงหน้าร้อนน้ำแข็งที่อยู่บริเวณขอบทวีปจะละลายก่อน น้ำแข็งบางส่วนจะแตกแยกออกจากก้อนน้ำแข็งใหญ่เป็นภูเขาน้ำแข็งลอยเท้งเต้งในทะเล จึงเป็นภัยต่อเรือที่สัญจรไปมา เมื่อขนาดของทวีปมีการแปรปรวนเช่นนี้ ถ้ามนุษย์ต่างดาวสามารถเห็นโลกจากอวกาศไกลๆ ได้ เขาก็จะสามารถบอกได้ทันทีว่าโลกมีฤดู เพราะทวีปจะมีขนาดใหญ่ขึ้นและลดลงสลับกัน นักวิทยาศาสตร์ ณ วันนี้รู้ว่าแอนตาร์กติกามีพื้นที่ประมาณ 13 ล้านตารางกิโลเมตร และน้ำแข็งบนทวีปหนาประมาณ 5 กิโลเมตร การมีน้ำแข็งปริมาณมากเช่นนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์รู้อีกว่า ถ้าน้ำแข็งละลายหมด ระดับน้ำทะเลทั่วโลกจะเพิ่มสูงถึง 80 เมตร และนั่นก็หมายความว่า บรรดาเมืองน้อยใหญ่ที่ตั้งอยู่ริมฝั่งทะเลจะจมน้ำหมด

สำหรับการสำรวจทางธรณีวิทยาก็แสดงให้เห็นว่า ใต้ชั้นน้ำแข็งมีแผ่นดินที่มีแร่หลายชนิด เช่น เหล็ก ทองคำ ดีบุก ถ่านหิน และสังกะสี แต่มีในปริมาณไม่มากพอที่จะให้มีอุตสาหกรรมเหมืองแร่ที่ขั้วโลกได้

นอกจากนี้การขุดพบฟอสซิลของสัตว์และพืชต่างๆ ในทวีปแอนตาร์กติกาก็ทำให้เรารู้ว่า เมื่อ 200 ล้านปีก่อน แอนตาร์กติกาเคยมีอากาศอบอุ่น มีป่า มีพืชและสัตว์นานาชนิด แต่การเคลื่อนตัวของเปลือกโลกได้ทำให้อากาศเหนือทวีปเย็นลงๆ จนพืชและสัตว์ล้มตายและสูญพันธุ์ไปในที่สุด

ในสายตาของคนทั่วไปที่มีโอกาสได้ไปเยือนจะคิดว่า ทวีปแอนตาร์กติกามีแต่น้ำแข็งและน้ำแข็งที่ทอดไกลสุดลูกหูลูกตา จึงเป็นทวีปที่มีแต่สีขาวโพลนจนน่าเบื่อ แต่นักอุกกาบาตวิทยาที่ไปเยือนแอนตาร์กติกาจะรู้สึกตื่นเต้น เพราะเวลาอุกกาบาตตกบนโลก สีดำของก้อนอุกกาบาตจะตัดกับสีขาวของน้ำแข็งอย่างเห็นได้ชัด ดังนั้นแอนตาร์กติกาจึงเป็นสวนสวรรค์ของนักอุกกาบาตวิทยาที่จะได้เดินเก็บอุกกาบาตมาศึกษา

ไม่เพียงแต่สิ่งชีวิตหรือวัตถุบนผิวน้ำแข็งเท่านั้นที่น่าสนใจ ใต้น้ำแข็งของทวีปแอนตาร์กติกาก็น่าสนใจเพราะมีทะเลสาบน้ำจืดแฝงซ่อนอยู่ให้นักดาราศาสตร์และนักชีววิทยาที่สนใจชีวิตนอกโลกได้ศึกษาด้วย

ทั้งนี้เพราะในปี 1994 เมื่อ Andrei Kapitza แห่ง Moscow State University ได้ “เห็น” ทะเลสาบใต้น้ำแข็ง เป็นครั้งแรกจากการได้ทดลองขุดน้ำแข็งจนเป็นรูลึก 40 เมตร แล้วจุดประทัดดินปืนในรูนั้น พลังระเบิดทำให้คลื่นเสียงแผ่กระจายไปในน้ำแข็งทุกทิศทุกทาง และก็ได้พบว่า เมื่อเจาะรูที่ 2 ให้ขนานและอยู่ห่างจากรูแรกเป็นระยะทางประมาณ 10 กิโลเมตร การจุดระเบิดดินปืนในรูแรกทำให้คลื่นเสียงเดินทางจากรูแรกไปยังเครื่องรับเสียงในรูที่ 2 มากมายหลายทิศทาง การรู้ความเร็วของเสียงในน้ำแข็งและน้ำเหลวอย่างแม่นยำทำให้ Kapitza พบว่าใต้น้ำแข็งลึกลงไปมีแหล่งน้ำจืดขนาดใหญ่อยู่

ข้อมูลคลื่นสะท้อน คลื่นกระทบ และคลื่นหักเห ณ วันนี้ยืนยันให้นักวิทยาศาสตร์รู้ว่า แหล่งน้ำที่พบใหม่มีความกว้าง 50 กิโลเมตร ยาว 230 กิโลเมตร ลึก 500 เมตร และทะเลสาบน้ำจืดนี้อยู่ ใต้ผิวน้ำแข็งเป็นระยะลึก 4 กิโลเมตร มีลักษณะเป็นพระจันทร์ครึ่งเสี้ยว อุณหภูมิของน้ำในทะเลสาบเท่ากับ -28 องศาเซลเซียส แม้อุณหภูมิจะต่ำกว่าศูนย์องศา แต่น้ำก็ยังเป็นของเหลวเพราะถูกกดทับด้วยน้ำแข็งที่หนามาก จนทำให้เกิดความดันที่มีค่ามากประมาณพันเท่าของความดันบรรยากาศ นอกจากเหตุผลเรื่องความดันนี้แล้วนักวิทยาศาสตร์บางคนได้สันนิษฐานว่า ในบริเวณใต้ทะเลสาบนี้อาจมีแหล่งสารกัมมันตรังสีที่คายพลังงานความร้อนให้น้ำแข็งตลอดเวลาก็เป็นได้ ดังนั้น น้ำแข็งจึงละลายเป็นน้ำเหลวดังที่ Kapitza “เห็น”

ทุกวันนี้นักวิทยาศาสตร์ได้สำรวจพบแล้วว่า ขั้วโลกใต้มีทะเลสาบใต้น้ำแข็งกว่า 150 แห่ง และทะเลสาบที่ใหญ่ที่สุดชื่อ ทะเลสาบ Vostok การพบทะเลสาบเหล่านี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์ตื่นเต้นมาก เพราะทะเลใต้น้ำแข็งลึกขนาดนั้นแสดงว่ามีอายุมากถึง 1 ล้านปี จึงอาจมีสิ่งมีชีวิตที่มนุษย์ไม่เคยรู้จักมาก่อนอาศัยอยู่ก็ได้

องค์การนาซา (NASA) ก็สนใจการพบทะเลสาบน้ำจืดใต้ทวีปแอนตาร์กติกาเช่นกัน เพราะดวงจันทร์ชื่อ Europa ของดาวพฤหัสบดีซึ่งมีผิวน้ำแข็งปกคลุมก็มีทะเลสาบข้างล่างเช่นกัน ดังนั้นนาซาจึงหวังว่าความรู้ที่ได้จากการศึกษาทะเลสาบ Vostok จะทำให้เราเข้าใจทะเลบน Europa ด้วย เช่นถ้า Vostok มีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่ได้ Europa ก็อาจมีสิ่งมีชีวิตได้เช่นกัน ดังนั้นนาซาจึงตั้งโครงการ Subglacial Antarctic Lake Exploration (SALE) เพื่อศึกษาทะเลสาบใต้น้ำแข็งโดยใช้คลื่นเรดาห์ คลื่นแผ่นดินไหว และสนามแม่เหล็กโลก เพื่อหาขนาด ระดับความเค็ม และองค์ประกอบของน้ำในทะเลสาบ รวมถึงแหล่งน้ำพุร้อนและภูเขาไฟใต้น้ำแข็งด้วย

ในวารสาร Science ฉบับวันที่ 10 ธันวาคม ค.ศ.1999 J. Jouzel ได้รายงานว่า ในการขุดน้ำแข็งตรงบริเวณเหนือทะเลสาบจนถึงระดับลึก 3 กิโลเมตร เขาได้พบจุลินทรีย์ สารอนินทรีย์ และคาร์บอนมาก แต่นั่นไม่ได้หมายความว่าในทะเลสาบจะมีจุลินทรีย์ดึกดำบรรพ์อาศัยอยู่ แต่การจะขุดลงไปให้ลึกยิ่งกว่านี้ต้องยุติ เพราะองค์การนาซาไม่ต้องการให้สิ่งแปลกปลอมใดๆ จากอุปกรณ์ที่ใช้ขุดตกลงในทะเลสาบ ซึ่งจะทำให้น้ำในทะเลสาบมีสิ่งปนเปื้อน และทำให้ความรู้ใดๆ ที่จะได้จากทะเลสาบที่ไม่เคยถูกมนุษย์สัมผัสมลายหมดไปทันทีทันใด

ในวารสาร Science ฉบับวันที่ 15 กุมภาพันธ์ 2006 Robert Bindschadler แห่ง NASA Goddard Space Flight Center ได้รายงานว่า ในการศึกษาภาพถ่ายดาวเทียมที่ถ่ายระหว่างปี 2003-2006 ข้อมูลแสดงให้เห็นว่าขั้วโลกใต้มีทะเลสาบใต้น้ำแข็งมากกว่า 150 แห่ง

ในวารสาร Nature ฉบับที่ 445 ปี 2007 R.E. Bell และคณะได้นำเสนอข้อมูลที่ได้จากดาวเทียมและจากพื้นดิน ซึ่งแสดงให้เห็นว่า ณ บริเวณที่เรียกว่า Dronning Maud Land มีทะเลสาบน้ำจืด 4 แห่ง ทะเลสาบเหล่านี้ไม่เพียงมีขนาดใหญ่เท่านั้น แต่ตำแหน่งที่อยู่ของมันก็เป็นประเด็นที่น่าสนใจด้วย กล่าวคือ เวลานักวิทยาศาสตร์วัดความหนาของน้ำแข็ง เขาจะปล่อยคลื่นเรดาห์จากสถานีสำรวจที่อยู่บนน้ำแข็งและจากดาวเทียม เพราะน้ำแข็งจะให้คลื่นเรดาห์ผ่านสะดวก คือไม่ดูดกลืนคลื่น และเมื่อคลื่นเรดาห์ปะทะชั้นหินที่อยู่ใต้น้ำแข็ง คลื่นจะสะท้อน เพราะหินสะท้อนคลื่นได้ดีกว่าน้ำแข็ง ดังนั้นสัญญาณเรดาห์จึงสามารถใช้บอกขนาดและตำแหน่งของทะเลสาบใต้น้ำแข็งได้ละเอียด แต่เดิมนั้นนักวิทยาศาสตร์คิดว่าน้ำในทะเลสาบใต้น้ำแข็งไม่สามารถไหลติดต่อถึงกันได้เลย แต่การสำรวจของ Bell และคณะแสดงให้ทุกคนเห็นว่า ผิวน้ำแข็งที่อยู่ติดน้ำในทะเลสาบมีการเคลื่อนที่ (ขึ้น-ลง) เช่นเมื่อผิวน้ำแข็งด้านหนึ่งเคลื่อนที่ขึ้น ผิวน้ำแข็งในทะเลสาบซึ่งอยู่ไกลออกไปหลายร้อยกิโลเมตรจะเคลื่อนที่ลง การเคลื่อนที่ของผิวน้ำแข็งเช่นนี้ทำให้น้ำบางส่วนในทะเลสาบแห่งหนึ่งสามารถไหลไปรวมกับน้ำในทะเลสาบอีกแห่งหนึ่งได้

เราจึงเห็นได้ว่าในอดีตหลังจากที่ F. Von Bellingshausen นักสำรวจชาวรัสเซียได้เห็นทวีปแอนตาร์กติกาเป็นครั้งแรกเมื่อวันที่ 27 มกราคม 1820 และคิดว่าผืนแผ่นดินนั้นไม่มีอะไรน่าสนใจหรือน่าอยู่เลย เพราะไม่มีต้นไม้หรือสิ่งมีชีวิตใดๆ จะมีก็แต่น้ำแข็งเท่านั้น และการสำรวจโดย C. Wilkes นักสำรวจชาวอเมริกันในเวลาต่อมาก็ได้ทำให้โลกรู้ว่าแผ่นดินนี้เป็นทวีป หาใช่เกาะน้ำแข็งไม่ เขาจึงตั้งชื่อว่าทวีปแอนตาร์กติกา มาบัดนี้ แอนตาร์กติกาได้กลายสภาพเป็นดินแดนใหม่ที่มีอะไรที่น่าสนใจ และเป็นที่ที่น่าอยู่ สำหรับคนที่ชอบอากาศหนาว หรือถ้าใครคิดจะไปอยู่บนดาวอังคาร สถานที่นี้ก็เหมาะสำหรับการซ้อมใช้ชีวิตก่อนไปจริงครับ

สุทัศน์ ยกส้าน มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ