http://93.174.130.82/digest/showdnews.aspx?id=0a438dd1-d59c-411d-8dcf-6910c975fbb4&print=1© 2024 Российская академия наук
Проникновение в подледниковое озеро Восток стало одним из самых значительных научных событий уходящего года. Исследователи рассказали обо всем, что сделано, и планах на будущее.
С сообщениями «Глубокое бурение в Центральной Антарктиде и проникновение в подледниковое озеро Восток» перед Президиумом РАН выступили академик Владимир Михайлович Котляков, кандидат географических наук Владимир Яковлевич Липенков (Арктический и антарктический научно-исследовательский институт Росгидромета), доктор технических наук Николай Иванович Васильев (Санкт-Петербургский государственный горный университет).
В феврале этого года произошло знаменательное событие: российские учёные первыми в мире проникли в знаменитое подлёдное озеро Восток. К настоящему времени удалось дешифрировать палеоклиматическую информацию до глубины 3360м, т.е. «уйти» в прошлое на 440 тыс. лет.
История изучения толщи антарктического льда началась в середине прошлого века. В начале 1960-х годов в Институте географии АН СССР было научно обосновано заключение о том, что существует критическая толщина антарктического ледника, при превышении которой на ледниковом ложе начинается таяние льда. В результате расчётов выяснилось, что уже в 350 км от берега реальная толщина льда начинает превышать её критическое значение, так что почти во всей Центральной Антарктиде, несмотря на очень низкие средние годовые температуры, у ложа идёт непрерывное таяние, и под мощным ледниковым покровом должен быть слой жидкой воды.
Глубокое бурение льда на станции Восток было начато в 1970 г., техника и технология бурения льда разрабатывались в Ленинградском горном институте, а на начальном этапе изотопный анализ керна выполнялся в Москве в изотопной лаборатории Института географии АН СССР. Ледяной керн, получаемый из глубокой скважины, служит источником очень богатой информации: изотопы воды позволяют получить сведения о температуре окружающей среды в прошлом, газовые пузырьки свидетельствуют о составе древней атмосферы и пр. Само озеро было сначала предсказано Андреем Петровичем Капицей в 50-е годы прошлого века, а подтверждение предсказаний произошло в 1996 году. Озеро Восток лишь немногим уступает по площади водной поверхности крупнейшего в Европе Ладожского озера и составляет почти треть Байкала. По объёму воды озеро Восток занимает пятое место среди пресноводных водоёмов планеты.
Важным достижением проекта бурения на станции Восток стала реконструкция климата и газового состава атмосферы во время древнего межледникового периода, который переживала наша планета 410 тыс. лет назад и который хорошо известен под названием «морская изотопная стадия 11». Это единственный – из четырёх полностью зарегистрированных в керне станции Восток – межледниковый период, который был таким же тёплым и таким же продолжительным, как наш голоцен. Есть все основания рассматривать эту стадию как уникальную эпоху в истории Земли, изучение которой может дать ключ к пониманию современного климата.
В это время характеристики климата и газового состава атмосферы Земли испытывали значительные колебания. Значительная доля естественных климатических колебаний связана с циклическими изменениями прецессии равноденствий, наклона оси Земли и эксцентриситета её орбиты. Наиболее существенный вклад в глобальные изменения природной среды вносили колебания с периодом около 100 тыс. лет (соответствуют циклу изменения эксцентриситета земной орбиты), которые определяли время наступления ледниковых и межледниковых эпох на нашей планете. Исследования выявили тесную связь между глобальными изменениями климата и концентрацией двуокиси углерода (СО2) и метана (СН4) в атмосфере Земли. Благодаря изучению ледяных кернов Востока эта связь была впервые прослежена на протяжении четырёх больших (100-тысячелетних) климатических циклов и стала неопровержимым экспериментальным доказательством роли парниковых газов как усилителей первоначально слабых климатических изменений, вызванных циклическими колебаниями орбитальных параметров планеты и связанными с ними изменениями количества солнечной энергии.
Данные со станции Восток говорят о том, что «морская изотопная стадия 11» была подобна текущему межледниковью, и мы имеем, еще по крайней мере, несколько тысяч лет умеренно тёплого климата, а затем неизбежно начнется новое глобальное похолодание и наступит очередной ледниковый период.
К 2007 г. сформировалось представление о существовании под ледниковом покровом Антарктиды обширной подлёдной гидрологической системы, состоящей из крупных озёр тектонического происхождения (как озеро Восток) и соединяющих их «рек» и каналов, через которые постоянно или периодически происходит дренаж подледниковой воды. В настоящее время признано, что эта гидрологическая сеть оказывает существенное влияние на форму и размеры ледникового покрова Антарктиды.
До проникновения в озеро Восток единственным источником экспериментальных данных о его гидрологическом режиме служат образцы льда, образовавшегося при замерзании озерной воды. В озёрном льду содержание газовых, химических и биологических компонентов в 100–1000 раз меньше, чем в воде озера, где происходит аккумуляция газов и химических примесей, поступающих из атмосферы через ледник и из осадков на дне озера. Такая среда уникальна в биологическом плане. Она может оказать серьёзное сдерживающее влияние на развитие жизни в озере и требует специальной адаптации обитающих здесь микроорганизмов.
Поверхность озера была достигнута 5 февраля 2012 г на глубине 3769,3 м, которая, с учетом наклона скважины, соответствует вертикальному расстоянию от дневной поверхности ледника примерно 3759 м. Озёрная вода вошла в скважину под давлением не менее 4 атм, что полностью исключило возможность попадания заливочной жидкости в подледниковый водоём. Озёрная вода поднялась в скважине на 600 м от поверхности озера и, естественно, замёрзла. Однако достигший озера буровой снаряд, покрытый толстым слоем льда, удалось поднять на поверхность. В заранее подготовленные стерильные контейнеры был произведён отбор образцов замёрзшей озёрной воды для биологических, химических и изотопных анализов.
Результаты подсчёта микробных клеток подтверждаются данными анализа ДНК, которые показывают, что озёрный лёд в целом – исключительно чистый материал, не содержащий ни бактериальную, ни архебактеральную ДНК. Тип микроорганизмов, которые потенциально могут существовать в воде озера – это оксигенофильные (любят кислород) хемоавтотрофные (перерабатывают неорганический углерод) пьезофильные (живут под высоким давлением) психрофилы (низкотемпературные организмы). Бактерии такого рода в озёрном льду не обнаружены и науке пока не известны. Предельно низкие концентрации микробных клеток в современном снеге на поверхности Антарктиды свидетельствуют о том, что перекрывающий озеро Антарктический ледниковый щит следует рассматривать как барьер, который на протяжении миллионов лет препятствовал контакту возможной озёрной биоты с поверхностью.
Разработкой и внедрением технологий кернового бурения льда занимается Санкт-Петербургский горный университет. Благодаря усовершенствованиям в конструкции снаряда и технологии бурения удалось сохранить высокую эффективность буровых работ даже на рекордных глубинах. На последнем этапе бурения выход керна за сутки работы составлял 2–2,4 м, что значительно превышает аналогичные показатели зарубежных буровых снарядов при бурении придонных слоёв антарктического ледника (но на меньших глубинах).
Сейчас сформулирован список фундаментальных проблем, которые необходимо и можно решить в ходе проведения прямых исследований водной толщи озера:
1) определить степень изолированности озера Восток от других элементов подледниковой гидрологической сети Антарктиды;
2) рассмотреть проблему стабильности озера Восток и оценить вероятность катастрофических сбросов воды из озера;
3) выяснить происхождение и оценить возраст озера как водного тела (в случае его изолированности);
4) определить концентрацию, видовой состав и механизмы адаптации микроорганизмов, населяющих водную толщу озера (или получить подтверждения её стерильности).
Верхний 50-метровый слой озера наиболее интересен с точки зрения уточнения термодинамических свойств озёрной воды, определения концентрации растворённых газов и получения данных, необходимых для идентификации гидродинамической модели циркуляции озера. Поэтому при проведении первых прямых измерений характеристик водной толщи озера Восток измерительное устройство будет опускаться в озеро на грузонесущем кабеле до глубины 50 м, что позволит производить измерения в режиме on-line. Для отбора проб воды с целью их последующего анализа пробоотборник будет погружаться до 500–700 м и, вероятно, достигнет придонных слоёв озера.
Совсем скоро группа исследователей отправляется в Антарктиду, чтобы разбурить старую скважину и начать подготовку к исследованиям самогó подледникового озера Восток.