Меню

Возраст озера восток в антарктиде

Озеро Восток — Lake Vostok

Расположение озера Восток в Антарктиде.

Расположение озера Восток в Антарктиде.

Озеро Восток ( русский язык : озеро Восток , озеро Восток ) — самое большое из почти 400 известных подледниковых озер Антарктиды . Озеро Восток расположено на южном полюсе холода , под российской станцией Восток, под поверхностью центрального ледникового покрова Восточной Антарктики , который находится на высоте 3 488 м (11 444 фута) над средним уровнем моря . Поверхность этого пресноводного озера находится примерно на 4000 м (13 100 футов) под поверхностью льда, что означает, что оно находится примерно на 500 м (1600 футов) ниже уровня моря.

Имея размеры 250 км (160 миль) в длину и 50 км (30 миль) в ширину в самом широком месте, оно занимает площадь 12 500 км 2 (4830 квадратных миль), что делает его 16-м по величине озером по площади . При средней глубине 432 м (1417 футов), его предполагаемый объем составляет 5400 км 3 (1300 куб. Миль), что делает его 6-м по величине озером по объему .

Озеро хребтом разделено на две глубокие котловины . Глубина жидкой воды над хребтом составляет около 200 м (700 футов), по сравнению с примерно 400 м (1300 футов) в северном бассейне и 800 м (2600 футов) в южном.

Озеро названо в честь станции Востока, в свою очередь , назван в честь Востока (Восток), в шлюпе корабля, что означает «Восток» на русском языке . О существовании подледного озера в районе Востока впервые предположил российский географ Андрей Капица на основе сейсмических данных, проведенных во время советских антарктических экспедиций в 1959 и 1964 годах для измерения толщины ледникового покрова. Продолжение исследований российскими и британскими учеными привело к 1993 г. к окончательному подтверждению существования озера Дж. П. Ридли с помощью лазерной альтиметрии ERS-1 .

Вышележащий лед обеспечивает непрерывную палеоклиматическую запись 400 000 лет, хотя сама вода в озере могла быть изолированной в течение 15–25 миллионов лет. 5 февраля 2012 года группа российских ученых завершила создание самого длинного в истории ледяного керна в 3768 м (12 400 футов) и пробила ледяной щит до поверхности озера.

Первый керн свежезамороженного озерного льда был получен 10 января 2013 года на глубине 3 406 м (11 175 футов). Однако, как только лед был пробит, вода из нижележащего озера хлынула в скважину , смешивая ее с фреоном и керосином, используемыми для предотвращения замерзания скважины. В январе 2015 года была пробурена новая скважина и, как утверждается, был взят образец чистой воды. Российская группа планирует в конечном итоге спустить зонд в озеро, чтобы собрать образцы воды и отложений со дна. Предполагается, что необычные формы жизни могут быть найдены в жидком слое озера, ископаемом водном резервуаре. Потому что озеро Восток может содержать среду опечатан подо льдом в течение миллионов лет, условия могут походить на тех , покрытых льдом океанов гипотетически существует на Jupiter «s луны Европа , и Сатурн » s луна Энцелад .

Содержание

  • 1 открытие
  • 2 Геологическая история
  • 3 черты
  • 4 Исследования
    • 4.1 Результаты биологии
      • 4.1.1 Соединенное Королевство и США
      • 4.1.2 Россия и Франция
    • 4.2 Загрязнение буровыми растворами
  • 5 См. Также
  • 6 Ссылки
  • 7 Внешние ссылки

Открытие

Русский ученый Петр Кропоткин впервые предложил идею пресной воды под ледяными покровами Антарктики в конце XIX века. Он предположил, что огромное давление, оказываемое совокупной массой льда в тысячи вертикальных метров, может снизить температуру плавления в самых нижних частях ледяного покрова до точки, где лед станет жидкой водой . Теория Кропоткина была развита российским гляциологом И.А. Зотиковым, написавшим на эту тему в 1967 году кандидатскую диссертацию.

Русский географ Андрей Капица использовал сейсмические зондирования в районе станции Восток, сделанные во время Советской антарктической экспедиции в 1959 и 1964 годах, для измерения толщины ледяного покрова. Капица первым высказал предположение о существовании в регионе подледникового озера, и последующие исследования подтвердили его гипотезу.

Когда британские ученые в Антарктиде в начале 1970-х годов проводили воздушные радиолокационные исследования льда , они обнаружили необычные показания радара в этом месте, которые предполагали наличие жидкого пресноводного озера подо льдом. В 1991 году Джефф Ридли, специалист по дистанционному зондированию из Лаборатории космических исследований Малларда в Университетском колледже Лондона , направил спутник ERS-1, чтобы повернуть его высокочастотный массив к центру ледяной шапки Антарктики . Данные ERS-1 подтвердили результаты британских съемок 1973 года, но эти новые данные не публиковались в Journal of Glaciology до 1993 года. Космический радар показал, что этот подледниковый массив пресной воды является одним из крупнейших озер в мир и одно из 140 подледниковых озер Антарктиды. Российские и британские ученые очертили озеро, объединив различные данные, в том числе воздушные ледовые радиолокационные изображения и космическую радиолокационную альтиметрию, а открытие озера было опубликовано в научном журнале Nature 20 июня 1996 года. Было подтверждено, что озеро содержит большое количество жидкой воды под ледяной шапкой толщиной более 3 километров (1,9 мили). Озеро имеет как минимум 22 полости с жидкой водой , в среднем по 10 километров (6 миль) каждая.

Станция , после чего озеро называется поминает Восток (Восток), 900-тонный шлюп корабль плыл один из открывателей Антарктиды, русский исследователь адмирал Фабиан фон Беллинсгаузен . Поскольку слово Восток в переводе с русского означает «Восток», названия станции и озера также отражают тот факт, что они расположены в Восточной Антарктиде.

В 2005 году в центральной части озера был найден остров. Затем, в январе 2006 года, было опубликовано открытие двух близлежащих небольших озер под ледяной шапкой; им присвоены названия « 90 градусов востока» и « Советская» . Предполагается, что эти антарктические подледниковые озера могут быть связаны сетью подледниковых рек. Гляциологи Центра полярных наблюдений и моделирования предполагают, что многие подледниковые озера Антарктиды хотя бы временно связаны между собой. Из-за различного давления воды в отдельных озерах могут внезапно образоваться большие подземные реки, которые затем вытесняют большие количества воды через твердый лед.

Геологическая история

Африка отделилась от Антарктиды около 160 миллионов лет назад, а затем Индийский субконтинент в раннем меловом периоде (около 125 миллионов лет назад). Около 66 миллионов лет назад в Антарктиде (тогда она была связана с Австралией) все еще был климат от тропического до субтропического , с сумчатой фауной и обширными тропическими лесами с умеренным климатом .

Бассейн озера Восток представляет собой небольшой (50 км в ширину) тектонический объект в общей обстановке континентальной зоны столкновения шириной в несколько сотен километров между горным хребтом Гамбурцева , подледным горным хребтом и куполом C. область, край. Вода в озере находится на дне отложений толщиной 70 метров (230 футов), что дает возможность предположить, что они содержат уникальные записи о климате и жизни в Антарктиде до образования ледяной шапки.

Черты

По оценкам, вода в озере была закрыта толстым ледяным покровом около 15 миллионов лет назад. Первоначально считалось, что одна и та же вода составляла озеро с момента его образования, давая время пребывания в нем порядка одного миллиона лет. Позже исследование Робин Белл и Майкл Studinger из Ламонт-Доэрти Земли обсерватории из Колумбийского университета предположил , что вода в озере постоянно замораживании и уносят движения Антарктического ледникового покрова , а заменяется плавлении воды из других частей ледяного покрова в условиях высокого давления. Это привело к оценке, что весь объем озера заменяется каждые 13 300 лет — его эффективное среднее время пребывания.

Самая низкая естественная температура, когда-либо наблюдаемая на Земле, –89 ° C (–128 ° F ), была зафиксирована на станции Восток 21 июля 1983 года. Средняя температура воды, по расчетам, составляет около –3 ° C (27 ° F); он остается жидким при температуре ниже нормальной точки замерзания из-за высокого давления, создаваемого весом льда над ним. Геотермальное тепло из недр Земли может согреть дно озера, в то время как ледяной покров сам по себе изолирует озеро от низких температур на поверхности.

Озеро Восток представляет собой олиготрофную экстремальную среду, которая, как ожидается, будет перенасыщена азотом и кислородом, из расчета 2,5 литра (0,088 куб. Футов) азота и кислорода на 1 кг (2,2 фунта) воды, что в 50 раз больше, чем обычно. Встречается в обычных пресноводных озерах на поверхности Земли. Чистый вес и давление около 345 бар (5000 фунтов на квадратный дюйм ) континентальной ледяной шапки на вершине озера Восток, по оценкам, способствуют высокой концентрации газа.

Помимо растворения в воде, кислород и другие газы улавливаются структурой, называемой клатратом . В клатратных структурах газы заключены в ледяную клетку и выглядят как утрамбованный снег. Эти структуры образуются на глубинах озера Восток с высоким давлением и станут нестабильными, если их вынести на поверхность.

В апреле 2005 года немецкие, российские и японские исследователи обнаружили, что в озере есть приливы . В зависимости от положения Солнца и Луны поверхность озера поднимается примерно на 12 мм (0,47 дюйма). Озеро находится в полной темноте, под давлением 355 бар (5150 фунтов на квадратный дюйм) и, как ожидается, будет богато кислородом, поэтому есть предположение, что любые организмы, населяющие озеро, могли развиваться уникальным образом для этой среды. На восточном побережье озера есть магнитная аномалия в 1 микротесла, размер которой составляет 105 на 75 км (65 на 47 миль). Исследователи предполагают, что аномалия может быть вызвана истончением земной коры в этом месте.

Живые микроорганизмы Hydrogenophilus thermoluteolus были обнаружены в глубоких ледяных кернах озера Восток; они являются существующими видами, обитающими на поверхности. Это предполагает наличие глубокой биосферы, использующей геотермальную систему коренных пород, окружающих подледниковое озеро. Существует оптимизм в отношении того, что микробная жизнь в озере возможна, несмотря на высокое давление, постоянный холод, низкое поступление питательных веществ, потенциально высокую концентрацию кислорода и отсутствие солнечного света. Юпитер «ы луна Европа и Сатурн » ы луна Энцелад могут также питать озеро или океаны ниже толстой корки льда. Любое подтверждение наличия жизни на озере Восток может усилить перспективу наличия жизни на ледяных лунах.

Исследование

Исследователи, работающие на станции Восток, в 1998 году добыли один из самых длинных кернов льда в мире. Совместная группа из России, Франции и США пробурила и проанализировала керн длиной 3623 м (11 886 футов). Возраст образцов льда из кернов, пробуренных вблизи вершины озера, составляет 420 000 лет. Предполагается, что озеро было изолировано от поверхности с тех пор, как ледяной щит образовался 15 миллионов лет назад. Бурение керна было намеренно остановлено примерно на 100 м (300 футов) выше предполагаемой границы между ледниковым щитом и жидкими водами озера. Это было сделано для предотвращения загрязнения озера 60-тонной колонной фреона и керосина, используемой для предотвращения обрушения и замерзания скважины.

Читайте также:  Почта медвежьи озера московская область

Из этого керна, а именно из льда, который, как считается, образовался из замерзшей воды озера на основании ледяного покрова, были обнаружены микробы-экстремофилы , что свидетельствует о том, что вода в озере поддерживает жизнь. Ученые предположили, что озеро могло обладать уникальной средой обитания для древних бактерий с изолированным микробным генофондом, в котором были обнаружены характеристики, появившиеся около 500 000 лет назад.

В январе 2011 года руководитель Российской антарктической экспедиции Валерий Лукин объявил, что его команде осталось пробурить только 50 м (200 футов) льда, чтобы добраться до воды. Затем исследователи перешли на новую головку термобура с «чистым» силиконовым маслом, чтобы просверлить оставшуюся часть пути. Они сказали, что вместо того, чтобы сверлить воду полностью, они остановятся прямо над ней, когда датчик термобура обнаружит свободную воду. В этот момент сверло должно было быть остановлено и извлечено из ствола скважины. Удаление сверла снизило бы давление под ним, втягивая воду в отверстие, чтобы оставить замерзнуть, создавая ледяную пробку на дне отверстия. Бурение было остановлено 5 февраля 2011 года на глубине 3720 м (12 200 футов), чтобы исследовательская группа смогла выбраться изо льда до начала антарктического зимнего сезона. Буровая бригада вылетела самолетом 6 февраля 2011 года.

По плану на следующее лето команда должна была снова провести бурение, чтобы взять образец льда и проанализировать его. Русские возобновили бурение в озере в январе 2012 года и достигли верхней поверхности воды 6 февраля 2012 года. Исследователи позволили бурлящей воде озера замерзнуть в скважине, а через несколько месяцев они собрали образцы ледяного керна этого новообразованного льда. и отправлен в Лабораторию гляциологии и геофизики окружающей среды в Гренобле, Франция, для анализа.

Результаты биологии

Соединенное Королевство и Соединенные Штаты

Ученые впервые сообщили о наличии микробов в образовавшемся льду в 1999 году. С тех пор другая группа под руководством Скотта О. Роджерса выявляла различные бактерии и грибки в образовавшемся льду (а не в подледниковом слое воды), собранных во время проектов бурения в США в 1990-е гг. По его словам, это свидетельствует о том, что озеро подо льдом не стерильно, а содержит уникальную экосистему. Затем Скотт Роджерс опубликовал в июле 2013 года, что его команда выполнила секвенирование нуклеиновых кислот ( ДНК и РНК ), и результаты позволили вывести метаболические пути, представленные в срастающемся льду и, соответственно, в озере. Команда обнаружила 3507 уникальных последовательностей генов, причем примерно 94% последовательностей были получены от бактерий, а 6% — от Эукарии . Таксономическая классификация (по родам и / или видам) или идентификация были возможны для 1623 последовательностей. В целом эти таксоны были похожи на ранее описанные организмы из озер, солоноватой воды, морской среды, почвы, ледников, льда, озерных отложений, глубоководных отложений, глубоководных термальных источников, животных и растений. Присутствовали последовательности от аэробных , анаэробных , психрофильных , термофильных , галофильных , алкалифильных , ацидофильных , устойчивых к высыханию, автотрофных и гетеротрофных организмов, в том числе несколько от многоклеточных эукариот.

В 2020 году Колби Гура и Скотт Роджерс расширили свое исследование аккреционного льда озера Восток, а также базального льда, впадающего в озеро. Они обнаружили, что базальный лед содержит почти полностью другое сообщество организмов по сравнению с теми, которые обнаружены в аккреционном льду озера, что указывает на то, что они обозначают две совершенно разные экосистемы. Сообщалось о дополнительных бактериях и эукариотах. Наибольшее разнообразие организмов во льду озера было достоверно связано (p 97% аналогична таковой у каменной трески, распространенной вдоль побережья Антарктиды. Это первое сообщение о виде рыб, возможно обитающих в озере Восток. Известно, что рыба вырабатывает антифризные белки.

Однако микробиолог Дэвид Пирс из Университета Нортумбрии в Ньюкасле, Великобритания, заявил, что ДНК может быть просто загрязнением в результате процесса бурения, а не представителем самого озера Восток. Старые ледяные керны были пробурены в 1990-х годах для поиска свидетельств прошлого климата, погребенного во льду, а не для жизни, поэтому буровое оборудование не было стерилизовано . Также Сергей Булат, эксперт по озеру Восток из Петербургского института ядерной физики в Гатчине, Россия, сомневается, что какие-либо из клеток или фрагментов ДНК в образцах могут принадлежать организмам, которые действительно могут существовать в озере. Он говорит, что очень вероятно, что образцы сильно загрязнены тканями и микробами из внешнего мира.

Возможность заражения была опровергнута Скоттом Роджерсом, потому что меры контроля были строгими, а комбинации организмов, обнаруженные в каждом из образцов льда, соответствовали организмам, живущим в холодном озере и льду (включая последовательность из антарктической трески) , и были несовместимы с загрязнением, внесенным во время отбора проб или лабораторных процедур. Кроме того, все лабораторные процедуры выполнялись параллельно с образцами льда из озера Эри, и два полученных набора данных были полностью разными. Образец озера Эри продемонстрировал множество признаков проживания людей, в то время как образцы льда озера Восток не показали никаких признаков проживания людей. Образец из озера Эри также имел почти совершенно другой профиль бактериального и эукариотического типов.

Россия и Франция

Российские и французские ученые проводят молекулярные исследования ДНК воды из озера Восток, которая была заморожена в скважине, создавая многочисленные библиотеки ДНК , которые представляют собой коллекции фрагментов ДНК, которые позволяют ученым определить, к каким видам бактерий могут принадлежать. Пробы, взятые из озера на данный момент, содержат примерно одну часть керосина на 1000 воды, и они загрязнены бактериями, ранее присутствовавшими в буровом долоте и керосиновом буровом растворе. На данный момент ученым удалось идентифицировать 255 видов загрязнителей, но они также обнаружили неизвестную бактерию, когда они первоначально пробурили воду до поверхности озера в 2012 году, не имея совпадений в каких-либо международных базах данных, и они надеются, что это может быть уникальный обитатель. озера Восток. Однако Владимир Королев, заведующий лабораторией этого же учреждения, сказал, что бактерии в принципе могут быть загрязнителем, использующим керосин — антифриз, используемый во время бурения — в качестве источника энергии.

Критики из научного сообщества заявляют, что невозможно получить ценную информацию, пока они не проведут испытания чистых образцов озерной воды, незагрязненных буровым раствором. Несмотря на проблемы загрязнения, в мае 2013 года буровая установка на российской антарктической станции Восток была объявлена ​​историческим памятником как «результат признания международным научным сообществом достижений российских исследований Антарктиды и уникальных работ. об открытии подледного озера Восток российскими учеными 5 февраля 2012 г. »

В январе 2015 года российская пресса сообщила, что российские ученые проделали новую «чистую» скважину в озере Восток с помощью специального 50-килограммового зонда, который собрал около 1 литра воды, не загрязненной антифризом. Прогнозировалось, что вода поднимется на 30–40 м в нижней части скважины, но на самом деле вода поднималась из озера на высоту более 500 м. В октябре того же года работы были приостановлены на то южное лето из-за недостаточного финансирования со стороны федерального правительства России.

Загрязнение буровыми растворами

Против проекта бурения выступили некоторые экологические группы и ученые, которые утверждали, что бурение с использованием горячей воды будет иметь более ограниченное воздействие на окружающую среду . Основная проблема заключается в том, что озеро может быть заражено антифризом, который русские использовали для предотвращения повторного замерзания скважины. Ученые Национального исследовательского совета США заняли позицию, согласно которой следует исходить из того, что в озере Восток существует микробная жизнь и что после такой длительной изоляции любые формы жизни в озере требуют строгой защиты от загрязнения.

Первоначальная технология бурения, применявшаяся русскими, включала использование фреона и керосина для смазки скважины и предотвращения ее обрушения и замерзания; 60 коротких тонн (54 тонны ) этих химикатов было использовано на льду над озером Восток. Другим странам, особенно Соединенным Штатам и Великобритании, не удалось убедить россиян не прокалывать озеро до тех пор, пока не станут доступны более чистые технологии, такие как бурение с горячей водой. Хотя русские утверждают, что улучшили свои операции, они продолжают использовать ту же скважину, которая уже была загрязнена керосином. По словам руководителя российских антарктических экспедиций Валерия Лукина, исследователи Петербургского института ядерной физики разработали новое оборудование , которое обеспечит незагрязнение озера в случае вторжения. Лукин неоднократно заверял другие страны, подписавшие Систему Договора об Антарктике, что бурение не повлияет на озеро, утверждая, что при прорыве вода устремится вверх по скважине, замерзнет и закроет другие жидкости.

Некоторые группы защитников окружающей среды по-прежнему не убеждены в этих аргументах. Антарктики и Южного океана коалиция утверждает , что этот способ бурения является глубоко ошибочным шагом , который ставит под угрозу озеро Восток и другие подледниковых озера в Антарктиде (которые некоторые ученые убеждены в том, являются взаимосвязанными с озера Восток). Коалиция заявила, что «было бы гораздо предпочтительнее объединиться с другими странами, чтобы проникнуть в меньшее и более изолированное озеро, прежде чем повторно изучать, является ли проникновение в озеро Восток экологически безопасным. Если мы будем мудры, озеру будет позволено раскрыть свои секреты со временем ».

Лукин утверждает, что бурение с горячей водой гораздо более опасно для микробиотической фауны, так как оно приведет к кипению живых существ и нарушит всю структуру водных слоев озера. Кроме того, бурение с горячей водой потребовало бы больше энергии, чем российская экспедиция могла бы получить в своем отдаленном лагере. Однако образцы воды, полученные российской группой, были сильно загрязнены буровым раствором, поэтому в мае 2017 года они сообщили, что в настоящее время невозможно получить надежные данные о реальном химическом и биологическом составе воды в озере.

Смотрите также

  • изображениеПортал озер
  • значокГеографический портал

Источник

Восток и его обитатели: тайны подледного озера Антарктиды

«Если бы мы показали ДНК организма, обнаружение которого мы подтвердили в 2016 году, не предупредив о том, откуда он… Нас бы спросили, с этой ли он планеты», – говорит генетик-микробиолог Сергей Булат. Микробиота антарктического озера Восток должна быть уникальна, как и само озеро, миллионы лет отрезанное от мира многокилометровым слоем льда. Из-за своих размеров оно вызывает интерес астробиологов, поскольку может служить моделью потенциально обитаемых подледных водоемов спутников Юпитера и Сатурна – Европы и Энцелада.

Координаты: 78°28’ ю.ш., 106°48’в.д.

Тип: подледное рифтовое озеро

Расстояние до побережья: 1260 км

Толщина ледового покрова: 3750–4200 м

Площадь: 15 800 км 2

Максимальная глубина: 1220 м

Связь с другими водоемами: отсутствует

Время изоляции: 14 млн лет

Читайте также:  Озеро которое провалилось под землю

Температура воды: –2,65 °C

Открытие: 1996 г.

Первое проникновение: 2012 г.

По случайности самым близким к Востоку жильем оказалась советская, а затем российская станция «Восток», поэтому до 2015 года исследованием озера занимались в основном российские ученые. По этой же причине пробы озерной воды хранятся в России. И по той же самой причине продолжать исследования становится все сложнее. По мере того как российское правительство сокращает финансирование антарктических исследований и не поддерживает международное сотрудничество в науке, шансов узнать, как устроена странная жизнь в озере Восток, становится все меньше.

Подледных озер в Антарктиде обнаружено больше четырехсот, все они похожи: жидкая вода под многокилометровым ледяным панцирем. Но Восток обширнее прочих: площадь оценивается в 15 800 км 2 – это больше Онежского озера. В 1994-м Восток нашли, в конце перестройки начали бурить скважину, и только в 2012 году получили первые образцы воды. Из-за недокомпенсации давления в скважине (специальная технология, гарантирующая незагрязнение озера) вода попала к ученым в виде намерзшего на буровой коронке льда. Сразу после получения пробы в 2012 году начались микробиологические исследования. Львиная доля усилий ученых ушла на отсеивание контаминантов – микроорганизмов и их ДНК, попавших в озерный лед с жидкостью для бурения и позднее. К 2015 году были обнаружены фрагменты ДНК двух бактерий, насчет которых ученые были уверены: они – из Востока. Первая оказалась совершенно незнакомой биологам; ее ДНК совпала с известными последовательностями всего на 86%. Это о ней Булат говорит, что она вполне могла бы сойти за инопланетянку. Вторая бактерия, родственная Herminiimonas glaciei, оказалась более-менее знакомой ученым по ледникам Гренландии. В 2015 году ждали новых проб воды из озера, чтобы подтвердить результаты и получить новые данные. Но не дождались.

Три километра вниз

Пробуренная российскими полярниками скважина позволила взять пробы льда, который прирастает на «потолке» озера из озерной воды. О том, что происходит ниже – в толще воды и тем более возле дна, можно только предполагать. Возможно, там находятся геотермальные источники, дающие пищу обитателям озера.

Зимой 2015–2016 года у российской антарктической экспедиции начались проблемы: правительство, ранее планировавшее антарктические исследования по крайней мере до 2020 года, перестало выделять средства. Это решение связывают с «поворотом к северу» – интересом российского правительства к Арктике в ущерб другим направлениям деятельности. Даже памятная дата – 200-летие открытия Антарктиды Беллинсгаузеном и Лазаревым – не помогла привлечь в российскую Антарктиду деньги.

Выжимая последнее

Все, что осталось Сергею Булату – крупному специалисту по организмам, живущим при низких температурах, – пробы озерного льда, добытые в 2012–2015 годах. К счастью, в НИЦ КИ ПИЯФ есть оборудование и технологии, позволяющие изучать замерзшую воду Востока, не допуская загрязнения. Ученые усовершенствовали методику работы, составили библиотеки контаминантов. В этих библиотеках хранятся данные о микроорганизмах из жидкости, которой омывали пробы льда, организмах, обитающих в чистых комнатах, в реагентах и материалах, которые используются для анализа. В ходе исследования старых проб в 2018 году обнаружили третьего возможного обитателя Востока – бактерию (бациллу) marini Lactobacillus sp. Но вопросов об этой бактерии больше, чем ответов. Бациллы – гетеротрофные организмы, то есть питаются органикой, которой в воде Востока почти нет. Может быть, в глубине озера есть области, более насыщенные питательными веществами? Может быть, жизнь там более разнообразна, чем полагают?

Холодно, но жить можно

Условия в озере Восток очень специфические. Огромное давление (около 400 атмосфер) не позволяет воде замерзать при постоянной температуре на 2–3 градуса ниже нуля. Эти условия некомфортны для людей, но для жизни вообще вполне нормальны. Нижний температурный порог для деления клеток – 255 К (–18 °C), а метаболизм может продолжаться даже при охлаждении до –33 °C. Что касается давления, то глубоководные организмы справляются и не с такими его значениями.

Главным фактором, ограничивающим жизнедеятельность в воде Востока, должен быть недостаток источников энергии. В озеро никогда не проникает солнечный свет, а значит, там не могла сложиться обычная для неглубоких водоемов экосистема с фотосинтезирующими организмами в начале пищевой цепи. Органики в озерной воде почти нет – по крайней мере по результатам анализа кернов озерной воды. То живое, что может там жить, должно уметь питаться растворенными в воде минеральными веществами, которых в Востоке тоже мало. Организмы, которые получают энергию, окисляя неорганические вещества, встречаются во многих (буквально) темных уголках планеты – на большой глубине в океане, в почве, в пещерах. Поэтому обнаружение гетеротрофной marini Lactobacillus sp. так смутило ученых.

Туманные перспективы

Узнать больше об уже обнаруженных в озере Восток организмах можно было бы, вырастив их в лаборатории. Однако сделать это очень сложно: нужно создать и поддерживать очень специфические условия – давление, температуру, состав воды, благоприятные для этих существ в природе. В России лабораторий, которые могли бы взяться за эту работу, нет, а поделиться льдом Востока с зарубежными коллегами пока не удается – мешают бюрократия и ограничения на работу с иностранными учеными.

Пока прогресса в этой области не предвидится, на самой станции «Восток» готовятся большие изменения к лучшему. После затишья 2016–2018 годов заговорили о модернизации станции, нашлись деньги на строительство новых жилых модулей, были испытаны аэросани, которые должны доставить модули вглубь континента. Все это должно улучшить жизнь полярников, но вряд ли поможет возобновить исследование озера Восток. Скважина, пробуренная в 1989–2012 годах, предположительно непригодна для проникновения в озеро. Вероятно, к воде нужно бурить новую скважину и использовать при этом новую, стерильную жидкость для бурения. Заниматься этим пока никто не планирует. Озеро Восток со своими неведомыми обитателями останется нетронутым в ближайшее время.

Но есть и хорошие новости. Годы работы микробиологов и генетиков над льдом Востока дали больше, чем три бактерии: они дали методику работы с деликатным материалом и технологию обнаружения контаминантов. Если однажды к заповедному озеру снова пробурят скважину, ученые будут готовы искать в новых пробах жизнь. И если когда-нибудь межпланетная станция привезет на Землю воду подледного океана Европы или Энцелада, те же методы можно будет применить, чтобы проверить, окажется ли в них что-нибудь живое и внеземное.

Источник



Озеро Восток в Антарктиде

24 ноября 2016 в 08:04

Антарктида – то загадочный материк, который имеет особый мир природы. Здесь есть своеобразные водоемы, среди которых стоит выделить озеро Восток. Оно названо в честь станции «Восток», которая располагается поблизости. Озеро сверху покрыто ледяным щитом. Площадь его составляет 15,5 тысяч кв. километров. Восток является весьма глубоким водоемом, поскольку его глубина составляет около 1200 метров. Вода в озере пресная и обогащена кислородом, а на глубине она имеет даже плюсовую температуру, поскольку нагревается от геотермальных источников.

Открытие озера в Антарктиде

Озеро Восток было открыто в конце ХХ века. Советский, российский географ и геоморфолог А. Капица предположил, что подо льдом могут быть различные формы рельефа, и в некоторых местах должны быть водоемы. Его гипотеза была подтверждена в 1996 году, когда возле станции «Восток» было открыто подледное озеро. Для этого применялось сейсмическое зондирование ледяного щита. Бурение скважины началось в 1989 году, и со временем, достигнув глубины более 3 тыс. метров, был взят лед на исследование, которое показало, что это замороженная вода подледного озера.

В 1999 году бурение скважины было приостановлено. Учены решили не вмешиваться в экосистему, чтобы не загрязнять воду. Позднее была разработана более экологичная технология бурения скважины в леднике, что позволило продолжить бурение. Поскольку периодически ломалось оборудование, процесс был растянут на несколько лет. Достигнуть поверхности подледного озера ученым довелось в начале 2012 года.

В дальнейшем пробы воды были взяты на исследование. Они показали, что в озере есть жизнь, а именно несколько видов бактерий. Они развивались изолировано от других экосистем планеты, поэтому современной науке неизвестны. Некоторые клетки предположительно принадлежат многоклеточным животным, к примеру, моллюскам. Другие обнаруженные бактерии – это паразиты рыб, а потому вероятно в глубинах озера Восток может обитать рыба.

Рельеф в районе озера

Озеро Восток является объектом, который активно исследуется по сегодняшний день, и много особенностей этой экосистемы еще не установлено. Недавно была составлена карта с рельефом и очертаниями берегов озера. На территории водоема было найдено 11 островов. Подводный гребень поделил дно озера на две части. В целом экосистема оз. Восток имеет малую концентрацию питательных веществ. Это приводит к тому, что живых организмов в водоеме очень мало, но никто не знает, что будет найдено в озере в ходе дальнейших исследований.

Источник

Озеро Восток

Озеро Восток — крупнейшее подлёдное озеро в Антарктиде. Озеро расположено в районе антарктической станции «Восток» (77° южной широты, 105° восточной долготы) под ледяным щитом толщиной около 4000 м и имеет размеры приблизительно 250×50 км. Предпологаемая площадь 14.000 кв. км.

Озеро Восток уникально прежде всего тем, что находилось в изоляции от земной биосферы на протяжении миллионов лет. Естественным изолятором озера служил и служит четырёхкилометровый ледяной панцирь над ним. Как полагают учёные, в водах озера могут обитать живые организмы, в нём имеются все необходимые для жизни факторы:

  • Пресная вода, содержание кислорода в которой примерно в 50 раз выше, чем в обычной пресной воде. Кислород в воды озера доставляют постепенно опускающиеся в глубины верхние слои льда.
  • Температура воды весьма высокая — не менее 10 °C в глубине. Тепло озеро получает, скорее всего, от подземных геотермальных источников. Температура на границе вода-лёд составляет минус 3,2 °C.
  • Давление воды в озере, согласно расчётам, более 300 атмосфер (давление создаётся толщей льда), но микроорганизмы могли приспособиться к таким условиям.

Микроорганизмы, приспособленные к жизни в таких удивительных условиях, изолированные от земной биосферы (а значит и эволюционные процессы там протекали по-другому), могут обладать уникальнейшими свойствами.

Название озеро получило от советской (теперь российской, с международным экипажем) научной станции Восток, работающей в этом районе с 1957 года.

Открытие озера Восток — одно из крупнейших географических открытий второй половины XX века.

Всего на 2007 год в Антарктике обнаружено более 140 подледниковых озёр.

Содержание

История открытия

Существование этого озера, как и других подлёдных озёр, было предсказано (опираясь на данные исследований и теоретические обоснования) ещё в 1960-70х годах, но считается, что само открытие произошло относительно недавно, в 1996 году, совместными усилиями российских и британских полярников.

Теоретические обоснования

Мысль о том, что при очень большой толщине ледника температура у его нижней границы может стать равной температуре плавления льда, известна с конца XIX века. Она следовала из представлений П. А. Кропоткина, полагавшего, что в толще крупных, холодных сверху ледников, где не сказываются временные колебания температуры, последняя линейно повышается с глубиной, как это происходит в скважинах, пробурённых в других горных породах.

Читайте также:  Озеро в лесу в тверской области

Исходя из этого положения, уже в 1950-х годах нашего века океанолог Н. Н. Зубов ввёл понятие критической толщины ледника, при которой у его дна достигается температура плавления льда (при соответствующем давлении). Он был первым, кто высказал предположение о том, что необычайно большая толщина ледниковых щитов в удалённых от берегов местах, обнаруженная при первых сейсмических исследованиях ледников в Антарктиде, может послужить причиной существования воды в нижних частях, даже когда температура льда на поверхности очень низка.

В 1955 году английский гляциолог Гордон Робин опубликовал ставшую классической работу, в которой показал, что поле температуры формируется в толстых антарктических ледниках под сильным воздействием вертикального переноса холода опускающимися вниз частичками льда, и отнюдь не линейно. Поэтому использовать подход Зубова для оценки условий в глубинах таких ледников нельзя.

В 1961 году И. А. Зотиковым были проведены теплофизические расчёты, основанные на решении уравнения теплопроводности в леднике, рассматриваемом как движущаяся жидкость. Учтён был и конвективный перенос холода сверху вниз. На этой основе проанализированы данные о ледниковом покрове центральной части Восточной Антарктиды, полученные в первых четырёх советских антарктических экспедициях (САЭ), и показано, что по профилю от станции Мирный к станции Восток и далее к Южному географическому полюсу центральные области ледникового покрова Антарктиды находятся в условиях, когда отвод тепла от нижней поверхности ледника вверх из-за большой его толщины очень мал. В связи с этим часть геотермического потока должна постоянно затрачиваться на непрерывное таяние у границы лёд — твёрдое ложе. В тех же работах было приведено рассчитанное из указанных выше соображений поле температур по всей толщине льда под станцией Восток и показано, что температура льда у его нижней границы равна температуре плавления (−2 °C) при давлении у ложа более 300 атмосфер. Вывод: талая вода в виде сравнительно тонкой плёнки выдавливается в те места, где толщина ледника меньше, и намерзает там вновь, двигаясь к краям ледника уже в виде льда. В отдельных углублениях подлёдного ложа эта вода может скапливаться в виде озёр под самой толстой центральной частью Антарктического ледяного щита.

Таким образом, возникла гипотеза, что подо льдом Антарктиды, на площади, почти равной площади Европы, разливается море пресной воды. Она должна быть богата кислородом, который доставляют постепенно опускающиеся в глубины верхние слои льда и снега. И очень может быть, что в этом подледниковом озере есть жизнь. Была составлена расчётная карта областей непрерывного таяния у ложа в центральной части ледникового покрова Антарктиды. Из карты следовало, что станции Восток, Амундсен-Скотт, Берд находятся в областях, где идёт непрерывное донное таяние, и можно ожидать, что здесь существуют подледниковые озера.

Впервые реальное подтверждение гипотезы И. А. Зотикова были получены в результате бурения самой глубокой в 1960-е годы скважины (два с лишним километра) на американской станции Берд, которая относилась к области, где должно было происходить подледниковое таяние. Когда бур достиг дна ледника, в скважину хлынула пресная вода.

Признание факта постоянного донного таяния и подледниковой воды в центральной части Антарктиды в дальнейшем создало новые подходы к реконструкции четвертичных ледниковых покровов, поискам скоплений полезных ископаемых (в особенности нефти и газа), выдавливаемых к краям ледников водой, оно стало главным теоретическим фактором отклонения проекта захоронения радиоактивных отходов на дне ледникового покрова в Центральной Антарктиде.

Сейсмическое зондирование в районе станции Восток

Сейсмическое зондирование ледникового щита под станцией Восток, проведённое под руководством А. П. Капицы в 1959 и 1964 годах позволило определить его толщину. При этом оказалось, что помимо главного пика отражения от дна ледника в приёмном сигнале выявлялся ещё один. Тогда он был интерпретирован как отражение от нижней границы слоя осадочных пород под ледником. Позже возникло предположение, что это был сигнал отражения от границы льда с водой.

Попытки достичь озера

В 1989 исследователями совместной экспедиции российских, французских и американских учёных на базе станции Восток было начато бурение льда с целью палеоклиматических исследований. Начиная с глубины 3539 м, достигнутой к 1996, химический и изотопный состав льда и его кристаллографическая структура существенно изменились — оказалось, что этот лёд представляет собой замороженную воду подлёдного озера.

Бурение было проведено до глубины 3623 м. Образцы льда с этой глубины имели возраст около 420 тыс. лет, поэтому предполагается, что озеро было закупорено льдом не менее 500 тыс. лет назад. Бурение было приостановлено в 1999 приблизительно в 120 м от предполагаемой поверхности озера, чтобы не допустить загрязнения воды, которое может повредить уникальной экосистеме озера.

В рамках 52-ой Российской антарктической экспедиции (2006—2007) в конце декабря 2006 было возобновлено бурение и получен первый ледяной керн с глубины 3650,43 метров.

Всего за сезонные работы в 2006—2007 годах планировалось извлечь 75 метров ледового керна. Однако термобуровой снаряд из-за технической неисправности лебёдки и кабеля пришлось остановить на отметке 3 тыс. 665 метров — до поверхности озера осталось ещё около 85 метров. (Погрешность в расчетах плюс-минус 20 м). Забор проб воды из подледникового озера Восток планировалось провести в рамках Международного полярного года в сезоне 2008—2009 годов. [1] .

В антарктическом сезоне 2008 года опять произошла авария — оборвался буровой снаряд. В январе 2009 года российские буровики, выполнив все необходимые подготовительные работы по расширению диаметра ледяной скважины, приступили к операции по «захвату» бурового снаряда с целью его подъема на поверхность.

По информации 54-ой Российской антарктической экспедиции от 22 января 2009 года на станции Восток продолжаются гляцио-буровые работы. После расширения ствола скважины до 138 мм, в забойную зону доставлено 300 л этиленгликоля, подготовлено устройство для извлечения аварийного снаряда. Однако после этих мер подвижки аварийного снаряда пока не наблюдается. В случае если движение снаряда не произойдет, начнется бурение в обход с глубины 3580 м — до поверхности озера при этом останется 170 метров. [2] .

В исследованиях участвуют шесть научных групп, в состав которых входят сотрудники НИИ и университетов двух стран — России и Франции. В 2004 году Россия подписала с Францией Соглашение о создании Европейского научно-исследовательского объединения (ЕНИО), цель которого — «создание архива климатических и биологических данных, выполнение экзобиологических исследований антарктических подледниковых озёр на основе изучения ледяных кернов Восточной Антарктиды» [3] .

Рельеф в районе озера

Ледник в районе озера Восток имеет в десять раз меньший уклон, чем в соседних районах. Западнее плато находится резкий подъём (так называемый Ridge B-C), а восточнее — столь же резкий спуск. Такая структура характерна для шельфовых ледников. Это послужило ещё одним подтверждением гипотезы существования озера.

Толщина льда в разных частях озера составляет от 3800 м на севере до 4250 м на юге, перепад высот границы раздела составляет около 400 м, тогда как на поверхности ледника перепад высот всего около 40 м. С более высокой северной стороны лёд тает, а с южной — намерзает.

Озеро разделено на две части подводным гребнем. Глубина северной части составляет около 400 м, южной — около 800 м; глубина над гребнем порядка 200 м.

Недавние исследования показали, что в результате действия приливных сил, поверхность вода-лёд колеблется с амплитудой 1—2 см. Это явление вызывает перемешивание воды и может быть существенным для выживания микроорганизмов.

Экосистема озера

Хотя прямых свидетельств наличия жизни в озере Восток не получено, большинство исследователей считает, что в озере могут обитать микроорганизмы.

Олиготрофность экосистемы озера

Экосистема озера относится к субгляциальным (подлёдным) экосистемам, которые характеризуются крайне высокой степенью олиготрофности, то есть низкой концентрацией питательных веществ — такие экосистемы являются наиболее олиготрофными системами Земли. Причиной такого положения вещей являются следующие факторы:

  • В большинстве экосистем Земли началом пищевой цепи являются автотрофныефотосинтезирующие организмы, которые синтезируют органические соединения из углекислого газа, используя энергию Солнца. Особенностью озера Восток (в отличие от озёр сухих долин Антарктики) является невозможность использования экосистемой солнечнойэнергии из-за крайне толстого покрывающего озеро слоя льда.
  • Содержание органики в тающем льду крайне низко, то есть, в отличие от абиссальных экосистем (экосистем больших глубин океанов), в которых есть постоянный приток органики (детрита) из приповерхностной зоны фотосинтеза, гетеротрофы в субгляциальных системах не могут быть повсеместно распостранены.

Таким образом, если жизнь в глубинах озера и есть, то образовать экосистему она может только при наличии притока энергии в химической форме (восстановленного неорганического субстрата), достаточных для нефотосинтезирующего синтеза органического вещества, то есть начальными звеньями пищевых цепей экосистемы должны быть хемосинтезирующие организмы. Возможным аналогом могут послужить экосистемы абиссальных выходов минерализованных гидротермальных флюидов (чёрных и белых курильщиков), привязанных к разломам земной коры.

Однако наличие или отсутствие источников таких субстратов весьма зависит от геологической природы Востока, которая в настоящий момент не ясна. Сейчас (2005) есть два предположения о его природе:

  • рифтовая впадина — флюиды могут поступать
  • ледниковая эрозия — флюидов нет

Бактериальные пробы

Особенность Востока — «замерзание сверху», то есть намерзание льда, образованного верхними слоями воды, на подошву покрывающего его ледника. Естественно, что эти намёрзшие слои стали объектом исследований для определения численности и состава микрофлоры озера. Результаты анализа проб льда из таких намороженных слоёв весьма противоречивы: во многих отмечается концентрация бактериальных клеток в 10²-10 4 бактерий на см³, близкая к концентрации клеток в покрывающим намороженные слои льде, в некоторых отмечается более высокая концентрация.

Также неоднозначны и исследования ДНК-профилей. В некоторых пробах они аналогичны ДНК-профилям покрывающего льда, однако некоторые исследователи показали наличие ДНК-последовательностей, близких к ДНК термофильных и хемотрофных бактерий, что может указывать на наличие очагов геотермальной активности в озере.

Возможные аналоги экосистемы озера

Условия в подлёдном водоёме могут быть близки к условиям на Земле в период позднего протерозоя (750—543 млн лет назад), когда несколько раз происходили глобальные оледенения земной поверхности, продолжавшиеся до 10 млн лет (Snowball Earth).

Предполагается, что опыт исследования озера может быть полезен при исследовании спутников Юпитера Европы и Каллисто, на которых, по некоторым гипотезам, существуют аналогичные образования. Это может стать одним из наиболее многообещающих проектов поиска внеземной жизни.

Источник

Adblock
detector