Do naukowych zagadek Antarktydy należy z pewnością 379 położonych pod lądolodem jezior, w tym największe i najbardziej znane – Jezioro Wostok, umiejscowione pod rosyjską stacją naukową o tej samej nazwie. Opowiada o nim dr Maciej Kania z Instytut Nauk Geologicznych UJ.
Więcej o nauce?! Dołącz do profilu strony. www NAUKA.uj.edu.pl na Facebooku
Pierwsze doniesienia o tym olbrzymim (Wostok jest siódmym jeziorem na świecie pod względem objętości i czwartym pod względem głębokości) podlodowym zbiorniku pojawiły się w 1996 roku, choć już na przełomie lat 60. i 70. podejrzewano, że w pobliżu stacji antarktycznej Sowietskaja znajduje się rozległy, skryty pod lodem zbiornik wody.
Ciekawe? Przeczytaj także: To nie science-fiction. Kryształy czasowe istnieją!
Istnienie jeziora potwierdzono przy zastosowaniu fal radiowych. W uproszczeniu było to radarowe sondowanie lądolodu przy pomocy fal o częstotliwości 60 MHz. Promieniowanie elektromagnetyczne o tej częstotliwości przenika zarówno przez lód jak i przez wodę w stanie ciekłym. Z czasem, występowania tego i wielu innych jezior dowiodły również dodatkowe badania. Odkryto na przykład, że zmiany poziomu podlodowcowych wód są odzwierciedlane przez zmianę wysokości powierzchni lodu (który powyżej jeziora jest wyjątkowo gładki) – z pomocą przyszła tu altimetria satelitarna. Do poznania kształtu jeziora wykorzystano też profilowanie sejsmiczne. Ta metoda, polegająca na wzbudzaniu w lodowcu fal sejsmicznych, a następnie rejestrowaniu ich echa odbitego od różnych powierzchni nieciągłości, pozwoliła określić głębokość jeziora Wostok na średnio 344 metry (w najgłębszym miejscu jezioro mierzy 870 metrów).
Jezioro, którego lustro leży 4 kilometry poniżej górnej powierzchni lodu, ma kształt wrzeciona o wymiarach około 250 na 50 kilometrów. Ten wydłużony zarys ma bezpośredni związek z budową geologiczną wschodniej Antarktydy – jezioro jest pochodzenia tektonicznego, podobnie jak nieco większy Bajkał na Syberii. Fakt, że zbiornik jest położony w obrębie głębokiego, sięgającego 80 km w głąb rozłamu skorupy ziemskiej, potwierdziły również badania geofizyczne. Rozłam ten jest zapewne wewnątrzkontynentalną strefą ryftową (strefą, w której następuje pękanie skorupy kontynentalnej), współcześnie już nieaktywną. Tak przynajmniej uważano początkowo.
Zagadkowa głębia
Wostok jest największym antarktycznym zbiornikiem słodkiej wody. 20 milionów lat temu skorupa lodu odcięła go od atmosfery i hydrosfery Ziemi. Same wody nie są jednak prawdopodobnie tak stare, gdyż jezioro jest częścią aktywnego podlodowego systemu hydrologicznego – czas potrzebny na całkowitą wymianę wód szacowany jest na 250 tysięcy lat. Poznanie składu wód Wostoku nie jest jednak prostą rzeczą. Nie tylko trzeba było przewiercić 4 km lodu, ale też zrobić to tak, by jeziora nie zanieczyścić, przede wszystkim substancjami organicznymi pochodzącymi z powierzchni, znajdującymi się w płuczce wiertniczej (ciecz wprowadzana do otworu wiertniczego, mająca na celu m.in. wypłukiwanie zwierconego materiału, chłodzenie wiertła i stabilizację ścian otworu). Nie bez znaczenia jest również fakt, że samo wiercenie prowadzono w pobliżu punktu określanego mianem antarktycznego bieguna zimna, co spowodowało, że naukowcom Arktyczno-Antarktycznego Instytutu Naukowo Badawczego z Sankt Petersburga przedarcie się w głąb lądolodu zajęło 15 lat.
Do jeziora dowiercono się – a właściwie, biorąc pod uwagę skalę operacji, można powiedzieć: wkłuto się – wreszcie w lutym 2012 roku. Wody jeziora, pozostające pod znacznym ciśnieniem, wdarły się do otworu wiertniczego wypychając specjalną, lekką płuczkę i tworząc lodowy korek na dnie otworu, który miał zabezpieczyć sam zbiornik. Ten właśnie lodowy rdzeń stał się źródłem danych na temat składu wód jeziora. Choć cały proces precyzyjnie wymodelowano przed finalną częścią operacji, pojawiły się zarzuty, że jednak nie udało się uniknąć zanieczyszczenia materiałem pochodzącym z płuczki. Inaczej przebiegała podjęta przez Brytyjczyków próba nawiercenia podlodowego jeziora Ellsworth. Zastosowano tłoczoną pod ciśnieniem gorącą, wysterylizowaną wodę. Tych prac zaniechano jednak z powodów technicznych.
Ciekawe? Przeczytaj także: Podróże z nauką w walizce
Nowe życie. Inne życie?
Krótko po pobraniu próbek wody z jeziora Wostok, ogłoszono, że występuje w niej bakteria o nieznanej dotąd sekwencji DNA. Wstępne rezultaty wskazywały, że odkryte komórki nie odpowiadały żadnym mikroorganizmom wytypowanym jako potencjalne zanieczyszczenia. Tym niemniej naukowcy (także rosyjscy) szybko ostudzili emocje: choć DNA rzeczywiście okazało się nowe, nie można jednak z pewnością wykluczyć, że te nieznane bakterie nie były już obecne w nafcie wykorzystanej jako składnik płuczki. Być może kolejne nawiercenie lodu ponad jeziorem Wostok, które miało miejsce w styczniu 2015 roku, przyniesie nowe rezultaty. Naukowcy i inżynierowie zapewniają, że próbę tę podjęto z jeszcze większą troską o uniknięcie zanieczyszczenia.
W półlitrowej próbce wody, pochodzącej ze stopionego lodu znaleziono 3507 unikalnych sekwencji genów, za pomocą których udało się sklasyfikować 1623 organizmy.
Tymczasem, w 2013 roku, biolodzy z USA opublikowali rezultaty badań rdzeni lodowych pochodzących z tzw. lodu akrecyjnego jeziora Wostok. Lód ten gromadzi się z prędkością 3 metrów rocznie u podstawy przemieszczającego się nad jeziorem lądolodu. W półlitrowej próbce wody, pochodzącej ze stopionego lodu znaleziono 3507 unikalnych sekwencji genów, za pomocą których udało się sklasyfikować 1623 organizmy. Z tej liczby 94% stanowią bakterie, 6% organizmy eukariotyczne, a dwie sekwencje rozpoznano jako należące do domeny Archea. Znalezione genotypy okazały się typowe dla ekstremofili – organizmów żyjących w ekstremalnych warunkach temperatury, ciśnienia, zasolenia itp. Wśród tej menażerii stwierdzono m.in. termofile i kriofile – a więc organizmy żyjące w wyjątkowo wysokich lub niskich temperaturach, halofile – preferujące wysokie zasolenie, czy wreszcie organizmy wymagające do przeżycia zabójczych dla innych warunków pH (zarówno kwaśnych jak i zasadowych).
Istnienie tak złożonego ekosystemu w warunkach Jeziora Wostok jest na pewno zaskakującym odkryciem. Obecność organizmów preferujących wysokie temperatury może odnosić się do potencjalnego istnienie źródeł hydrotermalnych w przydennych partiach jeziora, a to z kolei jest wskazówką, że być może ryft w którym leży zbiornik nie jest całkiem nieaktywny. Wyniki badań budzą też zainteresowanie astrobiologów: podlodowy ocean prawie na pewno istnieje na jednym z galileuszowych księżyców Jowisza – Europie, podobne zbiorniki mogą znajdować się również na niektórych z satelitów Saturna.
Zapraszamy na stronę Instytutu Nauk Geologicznych UJ
--------------------------------------------------
Ilustracja pod tytułem: rdzenie lodowe wydobyte tuż obok stacji Wostok, licencja Public Domain
Wykorzystana literatura:
- Brahic, C. Subglacial Lake Vostok cracked for a second time. www.newscientist.com/article/dn26907-subglacial-lake-vostok-cracked-for-a-second-time/
- Kaufman, M. Breaking through the ice at Lake Vostok. www.astrobio.net/extreme-life/breaking-through-the-ice-at-lake-vostok/
- Kędzierski, Mariusz (Instytut Nauk Geologicznych UJ) – blog kalcyt.blogspot.com, wpisy kalcyt.blogspot.com/2012/02/rosjanie-potwierdzili-vostok-osiagniety.html oraz kalcyt.blogspot.com/2012/02/vostok-blisko-coraz-blizej.html
- Leonov, V., Popov, S. Geological Structure of Central East Antarctica from Geophysical Data. Geotectonics, 2009, Vol. 43, No. 4, pp. 274–282
- Shtarkman, Y. i in., Subglacial Lake Vostok (Antarctica) Accretion Ice Contains a Diverse Set of sequences from Aquatic, Marine and Sediment-Inhabiting Bacteria and Eukarya. PLOS One, 2013, 8: e67221
- Studinger, M. i in. Ice cover, landscape setting, and geological framework of Lake Vostok, East Antarctica. Earth and Planetary Science Letters 205 (2003) 195-21
- Wright, A. & Siegert, M. The Identification and Physiographical Setting of Antarctic Subglacial Lakes: An Update Based on Recent Discoveries, w: Antarctic Subglacial Aquatic Environments. 2011, Geophysical Monograph Series 192
