Češi za polárním kruhem. Tuzemští vědci mají základny v Arktidě i v Antarktidě

Česká věda si získala dobrou pověst v řadě vědních oborů. Od výzkumu starověkého Egypta, přes zkoumání tropických pralesů na Papui-Nové Guineji až po projekty v deštných lesích Ekvádoru. Výborných výsledků dosahují tuzemští vědci také v oblastech věčného chladu. Svoje základny mají ve vzdálené Arktidě i v Antarktidě.

Jednou z nich je výzkumná základna na Špicberkách. Na arktických ostrovech zahájili Češi dlouhodobý ekologický výzkum již v roce 2007, stálou základnu tam pak mají od roku 2014. Česká stopa v této oblasti je však ještě starší. „Na Špicberkách prováděla výzkum celá řada československých a českých akademických pracovišť již od druhé poloviny osmdesátých let minulého století, v průběhu politického uvolňovaní. Já jsem měl možnost pracovat na Špicberkách již v roce 1988 jako člen vědecké expedice Československé akademie věd,“ vzpomíná Josef Elster, zakladatel Centra polární ekologie a České arktické vědecké infrastruktury „Stanice Josefa Svobody“ na Špicberkách Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích.

Důvodů pro volbu Špicberků je podle jeho slov celá řada.  Z geopolitického hlediska jsou Špicberky mezinárodním územím pod správou Norska. Správný název pro celé souostroví je Svalbard, název Špicberky nese největší ostrov souostroví.

Laboratoř pod širým nebem

„Ve dvacátých létech minulého století se začalo rozdělovat teritorium Arktidy. Sovětský svaz měl mocenské ambice toto souostroví zahrnout do svojí říše. Tehdejší mocnosti se rozhodly o tomto souostroví jednat. Nakonec vznikla mezinárodní smlouva Svalbard Treaty, která vstoupila v platnost v roce 1924 a stanovila, že celé souostroví je mezinárodní území států, které se ke smlouvě připojily. Současně za správu souostroví zodpovídá Norsko a na celém území platí norské zákony.  Československo k této smlouvě přistoupilo v roce 1931. Sovětský svaz v roce 1933. Špicberky jsou také jediným evropským územím ve vysoké Arktidě,“ konstatuje Josef Elster.

Z globálního geografického hlediska je souostroví klíčovou laboratoří pod širým nebem pro výzkum změn klimatu. „Západní pobřeží Evropy od Velké Británie, přes Skandinávii až po Svalbard je  významněovlivněno teplým Golfským proudem. Ten je součástí takzvaného celosvětového termohalinního výměníku, který stabilizuje globální teplotu a do Arktidy a především do oblasti Svalbardu přináší velké množství teplejší vody. Především západní část souostroví je touto teplejší mořskou vodou velmi ovlivněna, je zde teplejší a vlhčí klima. Směrem na východ souostroví se klima postupně mění z vlhkého a teplého do suššího a chladnějšího,“ popisuje Josef Elster.

Zatímco v západní části souostroví zůstávají podle něj již jen údolní ledovce, na druhé straně ve východní části jsou stále velké ledovcové štíty, dosahující tisíce kilometrů čtverečných.  „Naše terénní základna Nostoc a území, které jsme dostali do vědecké správy se nachází na rozhraní těchto dvou klimatických zón, kde se maximálně projevují změny spojené s globálním oteplování,“ vyzvdvihuje Josef Elster a dodává: „Souostroví Svalbard je v rámci celé arktické oblasti území, které se nejrychleji otepluje. Globální teplota od začátku průmyslové revoluce a masivního spalování fosilních paliv stoupla o asi 1°C. Arktida se za toto období oteplila asi o 3,5°C, Svalbard se za posledních asi 40 let oteplil o 4,5°C a v zimním období dokonce o 7,5°C.  Zima se zkrátila z původních 9 měsíců na 6,5 měsíce. Svalbard je jakýmsi lakmusovým papírkem a současně světovou laboratoří studia vývoje klimatu nejenom v Arktidě, ale na celé naší Zemi.“

Koronavirus omezil provoz

Česká základna je přitom v provozu celoročně, především v závislosti na řešených vědeckých projektech a výuce, kterou tam vědci provádějí. Univerzita zaměstnává dva logistiky, kteří zajištují provoz hlavní stanice „Julius Payer“ v Longyearbyeny a terénní stanice Nostoc v zátoce Petunia. A také výzkumné lodi Clione, která zajištuje dopravu mezi oběma stanicemi. Celá infrastruktura včetně vědeckého oddělení přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity – Centra polární ekologie nese název Česká arktická vědecká infrastruktura „Stanice Josefa Svobody“.

V období let 2018 a 2019 se na stanici každoročně vystřídalo kolem 150 až 180 vědců a studentů z mnoha domácích i zahraničních institucí. „V letošní sezoně je díky pandemii provoz velmi omezený. Logistici provádí technické opravy a údržbu stanice. Svalbard je pro letošní rok uzavřen pro vědecké projekty,“ zmiňuje Josef Elster. Pandemie koronaviru není jediným omezením, které základnu potkalo. V minulých létech byl její provoz finančně podporován ministerstvem školství, v letošním roce ho hradí pouze Jihočeská univerzita, což je oproti předchozímu období komplikovanější.

Od roku 2007, kdy bylo zahájeno současné české vědecké bádání na Špicberkách, provádí výzkumníci nepřetržité měření hlavních klimatických parametrů v centrální části souostroví. „Měříme klimatické parametry na osmi automatických meteorologických stanicích v různých nadmořských výškách, v různých typech geologického substrátu, na ledovcích a na lokalitách, které se liší vegetačním krytem,“ popisuje Josef Elster. Data jsou dlouhodobě využívána pro navazující ekologické a biologické studie a na posouzení dlouhodobých klimatických trendů. Jsou rovněž součástí mezinárodních databází sledujících oteplování Země.

Zelená Arktida

Další oblast výzkumu se zaměřuje na dynamiku regionálních a globálních změn v Arktidě. Včetně ústupu ledovců a postupného „zazeleňování“ Arktidy. „Po ústupu ledovců je odledněný substrát postupně osídlován mikroorganismy, rostlinami a živočichy. Na lokalitě, kde se nachází česká terénní stanice je několik odtávajících ledovců, kde je dokumentován jejich ústup za posledních 100 let.  Toto modelové území je využito pro studium tohoto ekologicky velmi zajímavého procesu, které umožní lepší pochopení reakce naší planety na globální změny klimatu,“ říká Josef Elster.

Vědci také zkoumají glaciální mikrobiologii a ekologii ledovcových živočichů, ekologii mořského pobřeží, tok uhlíku arktickým prostředím nebo migraci arktických ptáků. Globální oteplování totiž významně mění podmínky v Arktidě a současně ovlivňuje migraci ptáků na velké vzdálenosti. Studium migračního chování vybraných druhů ptactva tak umožnuje posoudit jejich přizpůsobivost ke změnám klimatu.  Třetí výzkumný okruh se zaměřuje na citlivost a odolnost obyvatel a arktického ekosystému na změny klimatu, včetně zkoumání arktických parazitů.

I když se na první pohled může zdát, že problémy vzdáleného regionu se Česka netýkají, může právě tamní výzkum zemi pomoci zvládat nastupující dalekosáhlé změny. „Porovnáváme procesy, které probíhají ve vysoké Arktidě s procesy ze střední Evropy, především Česka,“ upozorňuje Josef Elster.

Za poslední léta se podle něj česká věda díky realizovaným projektům významně vyprofilovala k řešení globálních problémů, které se velmi intenzivně projevují napříč arktickou oblastí. Spektrum vědeckých směrů, kde má česká věda silné mezinárodní postavení, je velmi specifické. Především v klimatologii, glaciologii a geofyzice již existují dlouhodobá pozorování a čeští vědci mohou vést mezinárodní projekty. „Současně česká věda také intenzivně přispívá k aplikovaným vědeckým oborům, jako je využití lokálních arktických organismů v bioprospekci a ve vývoji nových biotechnologií souvisejících s udržitelným rozvojem Arktidy. Obyvatelé Arktidy v souvislosti s klimatickými a antropogenními změnami řeší nové zdravotní a sociální problémy. Čeští mikrobiologové, parazitologové, sociální vědci a politologové se podílejí na řešení těchto důležitých problémů souvisejících s udržitelným rozvojem Arktidy a globální vyrovnaností lidského osídlení naší planety,“ podotýká Josef Elster.

První stanice na ostrově

Již od roku 2007 mají čeští vědci k dispozici také základnu na opačném konci světa, v Antarktidě. Projekt na její zřízení přitom vznikl v roce 1999. Co bylo za těch osm let nejtěžší?  „Zpočátku to bylo získání financí včetně dodatečného navýšení rozpočtu, protože stanice nemohla být postavena na původně plánovaném místě na Jižních Shetlandách. V rámci systému Antarktické smlouvy má každý stát s konzultativním statusem právo vetovat jakékoliv návrhy, pokud by to nebylo v souladu především s ochranou životního prostředí Antarktidy. Vzhledem k tomu, že na Jižních Shetlandách je velké množství vědeckých stanic, tak stavba další nebyla příliš logická,“ vzpomíná Daniel Nývlt, šéf Českého antarktického výzkumného programu.

A tak dostali čeští vědci dvě možnosti. Buďto využívat kapacity existující vědecké infrastruktury na Jižních Shetlandách, a vzdát se snu o vlastní základně, nebo se poohlédnout po jiném vhodném místě pro výstavbu stanice. „V tomto nám nejvíce pomohli kolegové z národních antarktických programů Velké Británie a Ukrajiny, kteří vzali české odborníky na paluby svých lodí pro hledání vhodného místa. Nakonec padla volba na ostrov Jamese Rosse při východním pobřeží Antarktického poloostrova, kde žádná vědecká stanice nestála a kde doposud probíhaly výzkumné aktivity pouze formou kempů dopravovaných lodí nebo vrtulníky. To ale znamenalo vyšší náklady na transport materiálu i lidí a museli jsme žádat Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy o navýšení rozpočtu,“ pokračuje Daniel Nývlt.

Ve spolupráci s argentinskými vědci bylo v roce 2003 vytipováno 7 možných lokalit. „A v roce 2004 jsme poprvé na ostrov Jamese Rosse letěli. Kromě již nastartovaných výzkumů jsme ověřovali jednotlivé lokality a vybrali tu současnou, která se po více než 15 letech pravidelného působení v této oblasti ukázala opravdu jako nejlepší volba,“ pochvaluje si Daniel Nývlt.

Bez lodi a bez zásob

Další problém nastal v roce 2005, kdy měla být stavební četa a materiál stanice odvezen na místo a měla začít výstavba. Loď, která byla nasmlouvaná, ještě před doplutím do přístavu Punta Arenas havarovala a musela do doků na opravu. „Na ostrově nás tehdy byla malá skupinka vědců a několika členů ze stavební čety, kteří připravovali místo stavby a vykládku a zásoby jídla jsme měli na tři týdny, protože loď měla dorazit asi týden po nás. Narychlo se hledala adekvátní náhrada a velice nám pomohla chilská armáda, která nabídla pro transport svůj ledoborec Almirante Oscar Viel. Ten dorazil s materiálem a osádkou až po šesti týdnech. Devítičlenné skupině na ostrově tehdy se zásobami jídla nesmírně pomohli argentinští kolegové,“ oceňuje šéf Českého antarktického výzkumného programu.

Ale ani připlutí ledoborce neznamenalo konec všem potížím. Protože s českým nákladem původně nepočítal, a měl již na palubě mnoho dalšího materiálu a kontejnerů pro další stanice, nevešla se na loď celá zásilka určená ke stavbě polární stanice. A tak se budování základny muselo protáhnout – uskutečnilo se ve dvou jižních letních sezónách 2005 a 2006. „I samotná vykládka v sezóně 2005 byla velmi náročná, trvala bez přestávky 36 hodin. Chilští námořníci se střídali v osmihodinových směnách, ale Češi pracovali nepřetržitě celou dobu,“ popisuje Daniel Nývlt náročnou etapu vzniku základny.

Dál už se podle jeho slov všechno při výstavbě dařilo velmi dobře. Především počasí se v první stavební sezóně nesmírně vydařilo a před nástupem antarktické zimy stihli polárníci postavit vše, co bylo možné a zabezpečili základnu na zimu pro pokračování výstavby v následujícím roce. „V tom se již transportovalo menší množství materiálu, ale o to více práce pak bylo s oživováním jednotlivých systémů stanice J. G. Mendela, především s energetikou, vzduchotechnikou a vodním hospodářstvím,“ podotýká Daniel Nývlt.

Také výzkum na jižní polokouli navazoval na dřívější působení českých vědců. Začátky polárního výzkumu na Masarykově univerzitě jsou spjaty s profesorem Pavlem Proškem. Ten již v osmdesátých letech minulého století začal studovat ve spolupráci s Poláky a Sověty klima vysokých zeměpisných šířek na opačné straně planety, v Arktidě, jmenovitě na Svalbardu. „Od devadesátých let, kdy se významně změnily možnosti vědecky pracovat v zahraničí pak ve spolupráci s Polskem, Ukrajinou a Peru pracoval na Jižních Shetlandách a Argentinských ostrovech u západního pobřeží Antarktického poloostrova. V rámci těchto spoluprací pobýval i docent Kamil Láska, tehdy jako mladý student, 13 měsíců na polské stanici Henrika Arctowského. Na přelomu tisíciletí přišel Pavel Prošek s myšlenkou vybudování vlastní české vědecké stanice v Antarktidě, aby čeští vědci nemuseli stále pracovat ‚v cizích službách‘,“ popisuje Daniel Nývlt zrod projektu.

Solární panely za polárním kruhem

Stanice na ostrově Jamese Rosse je sezónní. „V současné době je ekonomicky a společensky neúnosné pobývat v Antarktidě celý rok a vědecky to příliš velký užitek navíc nepřináší. Dlouhodobé monitoringy fyzikálních a chemických vlastností přírodního prostředí provádějí automatické senzory a data z nich a jejich údržbu je možné dělat jednou ročně během jižních letních expedic. Pobyt na stanici bývá dva až tři měsíce dlouhý a celý tým od techniků, přes vedoucího expedice a stanice, lékaře až po vědce přijíždí a odjíždí společně. Expedice v posledních letech obvykle čítaly 12 až 19 osob, přičemž 15 až 16 osob je pro stanici J. G. Mendela optimální počet,“ vypočítává šéf Českého antarktického výzkumného programu.

Členy skupiny jsou vždy dva technici, kteří mají na starosti celý systém stanice, který je ostrovním systémem a musí fungovat nezávisle na jakékoliv vnější pomoci. Nejdůležitější je výroba energie a tepla. „Elektrická energie je z velké části vyráběna z obnovitelných zdrojů – dříve méně efektivně z větrné energie, nyní jde především o solární energii, která v posledních letech dodává více než polovinu vyrobené energie. Konzervativní náhradou jsou diesel generátory, které se využívají pouze v případech nedostatečné výroby z obnovitelných zdrojů nebo při větších energetických požadavcích, například pro spalování odpadů,“ vysvětluje Daniel Nývlt.

Součástí expedice je vždy její vedoucí, který mnohdy plní i funkci vedoucího stanice a také expediční lékař, který dohlíží nad zdravím všem účastníků. Zbytek členů expedičního týmu jsou vědci, kterých obvykle bývá 10 až 12. „Z výčtu je patrné, že v týmu není například kuchař, což znamená střídání obvykle dvoučlenných služeb, které zajišťují úklid stanice a především připravují snídani, oběd a večeři pro celou posádku,“ zmiňuje Daniel Nývlt.

Od roku 2007 se na základně vystřídala stovka vědců především z Česka, ale i z Argentiny, Brazílie, Ruska, Slovenska, Turecka nebo z Velké Británie. Mnozí z nich na stanici pobývali opakovaně, někteří již více než 10 krát.

Stovka nových druhů

Také český antarktický výzkumný program se dlouhodobě zaměřuje na studium dopadů probíhající klimatické změny, především na jejich vliv na jednotlivé složky antarktických geosystémů a ekosystémů. „Severní část ostrova je největší odledněnou plochou v oblasti Antarktického poloostrova a přináší tak unikátní možnost studovat procesy a vztahy, které lze do budoucna díky probíhající klimatické změně očekávat na mnohem větší ploše Antarktidy. Z abiotických systémů studujeme, jak ubývají zdejší ledovce, jak se mění permafrost a aktivní vrstva, jaký to má dopad na fyzikální a chemické vlastnosti místních toků a jezer, jak se oživují tamější půdy a mění reliéf ostrova,“ shrnuje Daniel Nývlt.

Čeští vědci podle něj byli a jsou velmi úspěšní v popisech nových druhů antarktických organismů, především bakterií, cyanobakterií, řas a rozsivek. Celkem byla právě z ostrova Jamese Rosse popsána více než stovka nových druhů těchto organismů. Odborníci také studují přizpůsobování se drsným klimatickým podmínkám Antarktidy mikroorganismy nebo nižšími rostlinami, jako jsou mechy nebo lišejníky, a to nejen s ohledem na nízké teploty, ale též na nedostatek kapalné vody.

Součástí výzkumu je i geologická stavba ostrova, který je nesmírně bohatým paleontologickým nalezištěm zkamenělin z křídového období. Zkoumá se i to, jak ostrov Jamese Rosse vznikal díky vzájemnému působení vulkanismu a zalednění, i to, kdy z této rozsáhlé odledněné plochy ledovec ustoupil a co bylo hnacím mechanismem těchto změn. Celkový výzkumný program zapadá do mezinárodních vědeckých aktivit v Antarktidě, které jsou koordinovány Vědeckým výborem antarktického výzkumu (SCAR). Data jsou stále častěji využívána pro regionální i kontinentální syntézy za celou Antarktidu, přičemž se čeští vědci stále častěji objevují jako hlavní autoři těchto výzkumných prací.

Testováno v Antarktidě

I když se působení v Antarktidě zaměřuje hlavně na základní výzkum, mohou mít jeho výsledky v blízké budoucnosti praktický užitek. „Z tohoto pohledu se jako velmi slibné zdají mikrobiologické výzkumy snažící se objevit možná nová antibiotika, na něž ještě není u bakterií vyvinutá rezistence,“ upozorňuje Daniel Nývlt.

Část výzkumu směřuje i do aplikační sféry. „Je to především testování materiálů. Například porovnání degradace polymerů používaných ve stavebnictví mezi Brnem a Antarktidou jasně ukázalo, že současné polymery umějí dobře odolávat nepříznivým klimatickým podmínkám Antarktidy, jako jsou vysoké dávky UV záření, pravidelné zamrzání a rozmrzání a silný vítr často unášející drobné částečky, ale mnohem větší hrozbou je pro ně chemické znečištění atmosféry velkých měst, které vede k jejich mnohem intenzivnější degradaci, než tvrdé klimatické podmínky Antarktidy. V rámci ochranné známky ‚Testováno v Antarktidě‘ udělované Centrem pro transfer technologií Masarykovy univerzity probíhá testování komerčních produktů a jasně se ukazuje, že ne všechny tuto známku získají,“ zdůrazňuje Daniel Nývlt.

Také na jižní polokouli letos zkomplikoval výzkumy koronavirus. „Letošní expedice byla nemocí Covid-19 poměrně významně postižena. Její návrat do civilizace byl dosti komplikovaný a návrat domů se opozdil téměř o šest týdnů. Již nyní víme, že i pro následující expedici bude nutná čtrnáctidenní karanténa a povinné testování před vstupem do Antarktidy, aby se na tento kontinent koronavirus nerozšířil. Složitější administrativa bude další komplikací, se kterou se budeme muset vypořádat. Prozatím však expedici na nadcházející sezónu plánujeme a budeme doufat, že se situace především v Jižní Americe nezhorší natolik, aby to vylučovalo přepravu do Antarktidy,“ věří Daniel Nývlt.

Zajištění provozu antarktické stanice je podle něj náročné nejen finančně, ale především logisticky. „Jako vnitrozemská země, která před čtvrtstoletím přišla o svoji námořní flotilu, již nemáme možnost využít vlastní lodě k transportu na stanici J. G. Mendela. Vzhledem k lokalizaci stanice u severního výběžku Antarktického poloostrova jsou nejvhodnější cesty přes Chile nebo přes Argentinu. V obou zemích národním programům zajištují logistiku jejich armády. Díky tomu, že neprovozujeme žádné vlastní plavidlo nebo letadlo, tak jsou náklady snesitelné a řádově menší, než je tomu u jiných národních antarktických programů. Ve srovnání vědecké kvality a vynaložených prostředků patří Český antarktický výzkumný program k jedněm z nejefektivnějších, ono to v českém prostředí ve vědě ani jinak nejde…“ usmívá se Daniel Nývlt.

Vlastní základna podle něj umožňuje českým vědcům kontinuální systematický výzkum a tím i realizaci dlouhodobých vědeckých projektů, které by odborníci nemohli realizovat bez vlastního zázemí.

Dalibor Dostál