|
Najbardziej niedostępny zbiornik wodny świata
Jak doszło do odkrycia tak wielkiego jeziora ?
W rzeczywistości nikt go przecież jeszcze nie widział, nie dotarła do niego żadna sonda ani próbnik. Jezioro Wostok jest wciąż niedostępne, niewidoczne i pełne tajemnic. Jednak dzięki najnowszym metodom badań odległościowych poznajemy je coraz lepiej. Po przetworzeniu danych możemy oglądać na ekranach komputerów kształt jego misy, rozmieszczenie oraz miąższość osadów dennych, typ podłoża pod dnem jeziora. Choć wiemy o nim coraz więcej i z technicznego punktu widzenia moglibyśmy bez większego trudu dowiercić się do jego powierzchni naukowcy sami przerwali prace zaledwie około 150 metrów ponad powierzchnią jeziora. Dlaczego ? O tym za chwilę.
Wróćmy do tego jak doszło do odkrycia tak nietypowego w skali całego naszego globu zbiornika? Wszystko zaczęło się już dosyć dawno, bo w latach 1974-75. Pierwszymi informacjami sugerującymi istnienie wielkiego, podlodowego jeziora były zdjęcia satelitarne równinnej powierzchni Antarktyki Wschodniej, gdzie zauważono wyjątkowo płaski obszar wyraźnie odcinający się od otaczającego go lądolodu. (foto Internet). W okolicach – radzieckiej wówczas - Stacji Wostok, położonej daleko w głębi kontynentu Antarktycznego geofizycy prowadzili standardowe badania sejsmiczne podłoża skalnego, znajdującego się pod pokrywą lodową. Posuwając się w kierunku północnym od Stacji wyniki pomiarów stawały się coraz ciekawsze, sygnalizując „coś”, znajdującego się głęboko pod lodową pokrywą. Po trzech latach wzbogacono zakres metod pomiarowych o radio-echosondowanie, używając specjalnie do tego celu zaprojektowanej stacji sondującej RSL-60-98. Porównanie wyników uzyskanych tą metodą z danymi lotniczymi oraz zdjęciami satelitarnymi dało naukowcom 100% pewność. Pod lodem, na głębokości ponad 3 kilometrów znajduje się wielkie jezioro. Rozpoczęto wiercenia. Jako antyzamarzacza podczas wierceń Rosjanie używali kerozyny, którą wlewano do otworu wiertniczego aby wiertło nie utknęło w wiecznej zmarzlinie. Niestety kerozyna jako substancja o małej gęstości łatwo rozprzestrzeniała się zanieczyszczając lód w bezpośrednim sąsiedztwie odwiertu.
Metodami radio-echolokacji przebadano znaczną część powierzchni kontynentu antarktycznego i odkryto około 80 mniejszych i większych jezior podlodowych, leżących na głębokości poniżej 2 kilometrów pod powierzchnią lodu. Jeśli jezioro ma długość nie mniejszą niż 10 km przykrywająca go warstwa lodu jest płaska, gdyż lód jako substancja plastyczna, przybiera taki właśnie kształt pływając po powierzchni wody. Leżąc na podłożu skalnym jego powierzchnia zewnętrzna jest bardziej pofalowa nieraz nawet i górzysta.
Stacja Wostok - założono ją w 1957 roku we Wschodniej Antarktyce, w odległości 1400 km od wybrzeża Oceanu Indyjskiego, na pozycji 78o28` S i 106o 48` E. Nazwano ją na pamiątkę rosyjskiego statku „Wostok”, na którym kapitan carskiej floty Fadiej Ballingshausen pływał po wodach antarktycznych na początku XIX wieku. Panują tam najcięższe warunki klimatyczne na ziemi. Okolica ta nazywana jest Biegunem Zimna, zanotowano tam najniższą temperaturę na ziemi –89,6oC (lipiec 1983). Słupek rtęci nie podskoczył tu nigdy wyżej niż do –22oC.
Lód pochodzący z odwiertów nad jeziorem Vostok zawiera bakterie pochodzące sprzed prawie pół miliona lat. Wówczas gnane wiatrem mikroorganizmy osiadły na powierzchni śniegu i następnie przez tak długi czas dostały się wraz ze śniegiem przemieniającym się pod wpływem ciśnienia w lód na głębokość ponad 3 kilometrów. Prawdopodobnie w wodach jeziora żyją bakterie, które dostały się tam właśnie z lodu topiącego się na granicy fazy woda-lód. Niewykluczone, że mikroorganizmy zasiedlające głębsze partie jeziora oraz jego osady denne są jeszcze starsze. Mogą mieć nawet milion lat !
Jaka jest przyczyna, że woda zalegająca się na takiej głębokości i w taki warunkach fizycznych jest w stanie ciekłym ? Próbuje to wytłumaczyć kilka hipotez. Jedna z nich mówi o cieple geotermalnym ogrzewającym poprzez skalne podłoże znajdującą się nad nim wodę inna znów o wielkich ciśnieniach, jakie wywiera naciskająca masa lądolodu na wodę utrzymując ją w takim stanie skupienia.
Najnowsze informacje o Jeziorze WOSTOK
Badania podlodowego jeziora Wostok prowadzono dotychczas tylko metodami sejsmicznymi i echa radiowego (radio-echolokacja). Lód jest dosyć dobrym ośrodkiem do rozchodzenia się fal radiowych, a sprzyja temu dodatkowo bardzo niska i stabilna temperatura, panująca wewnątrz antarktycznej pokrywy lodowej. Zgromadzono również próbki śniegu i przeanalizowano przewodnictwo, zawartość stabilnych izotopów (tlenu i deuteru), podstawowych jonów a także opisano mikroorganizmy uwięzione w warstwach lodu ponad jeziorem.
Laboratoryjne badania lodu przeprowadzono w rdzeniach wydobytych do głębokości 3611 m. Analiza izotopowa i zawartość gazów wskazała, że lód z poziomu pomiędzy 3538 a 3539 m pochodzi już z zamarzniętej ponownie wody z podlodowego jeziora a nie ze skumulowanego przez setki tysięcy lat śniegu, pochodzącego „z góry”. Wydobyte z tego lodu mikroorganizmy pochodzą więc z wód jeziornych. Odkrycie to daje naukowcom perspektywy do badań mikroflory bakteryjnej jeziora Wostok, która pozostawała izolowana od reszty biosfery przez prawie milion lat.
Obliczenia termodynamiczne wykonane na podstawie zawartości powietrza w rdzeniach lodowych wskazują na coś, czego zupełnie się nie spodziewano we wcześniejszych rozważaniach teoretycznych. Wody jeziora Wostok są bardzo dobrze nasycone tlenem! Zawartość tego gazu rozpuszczonego w wodzie szacuje się na od 27 do 1,3 x 103 mg 02/l. (dla porównania w warunkach standardowych wynosi ono 15 mg 02/l). Molekularna analiza oparta na technikach PCR, analizująca zawartość DNA w lodzie ponad jeziorem Wostok wskazuje na wyjątkowe ubóstwo mikroorganizmów. Bardzo niska zawartość DOC (rozpuszczonego węgla organicznego) łącznie ze specyficzną zawartością DNA wskazuje na większe prawdopodobieństwo występowania tam form autotroficznych niż heterotroficznych .
Jak na razie badania charakterystyki tego wielkiego podlodowego zbiornika wodnego prowadzone są jedynie metodami odległościowymi, z których najwięcej informacji dostarczają radio-echosondowanie oraz metody sejsmiczne. Posługując się nimi dokładnie określono już:
- położenie i kształt linii brzegowej zbiornika
- grubość pokrywy lodowej
- głębokość wody w jeziorze, a właściwie grubość jej warstwy pomiędzy dnem a „sufitem”
- typy oraz miąższość osadów na dnie jeziora
- kształt powierzchni warstw podlodowych
Wszystkie te dane pozwalają lepiej zrozumieć od strony geologicznej, jakie były początki oraz jak ewoluowało to nietypowe jezioro.
Na podstawie badań geofizycznych przeprowadzonych przez rosyjskie ekspedycje w latach 1998-2002 udało się zgromadzić następujące dane o jeziorze Wostok:
- zachodnie wybrzeże
- grubość warstwy lodu nad powierzchnią jeziora wzrasta z południa na północ (od 3750 m w okolicach Stacji Wostok do 4350 m przy północnym krańcu jeziora)
- dokładne ustalenie północnej linii brzegowej jest dosyć trudne ze względu na problemy z interpretacją otrzymanego echa, zniekształconego i osłabionego grubością warstwy lodu
- ograniczone skalistym wybrzeżem podlodowe jezioro jest całkowicie zamkniętym i izolowanym zbiornikiem wodnym
- jego powierzchnia wynosi 16900 km 2
- batymetryczna struktura jeziora wyraźnie dzieli je na dwie części: głębokowodną w części południowo-wchodniej oraz płytszą na północnym-zachodzie.
- najgrubsza warstwa lodu nad powierzchnią jeziora występuje w jego północno-zachodniej części i ma grubość 4350m
- najgłębsze miejsce w jeziorze znajduje się w jego południowo-zachodniej części i sięga 1200 m.
- zachodnia linia brzegowa jeziora jest bardzo urozmaicona, obfituje w zatoki, półwyspy, przylądki, podczas gdy brzeg wschodni jest ubogi, ma charakter wyrównany i gładki
Masa lodu zalegająca ponad jeziorem jest tak wielka, że gigantyczne ciśnienie wcisnęło je głęboko pod powierzchnię oceanu. Górna granica poziomu wody znajduje się 300-600 m pod poziomem morza. Południowe obszary jeziora są znacznie głębsze. Odległość pomiędzy dnem a „sufitem” wynosi tu 1200 m, zaś na północy - zaledwie kilkadziesiąt metrów. Podobnie wygląda rozkład osadów jeziornych, których grubość maleje wraz z głębokością wody. Co mogą dać nam badania jeziora Wostok:
- poznanie przebiegu zmian klimatycznych na przestrzeni prawie pół miliona lat
- poznanie ewolucji życia izolowanego od „naszego” a zmagającego się z ekstremalnymi warunkami: niską temperaturą, wielkim ciśnieniem, wieczną ciemnością, ubóstwem składników pokarmowych oraz brakiem tlenu
- wykorzystanie danych o jeziorze jako analogii środowiska na innych planetach lub księżycach w naszym układzie słonecznym. (np. na Europie - jednym z księżyców Jowisza )
Obecnie główny wysiłek skoncentrowany jest na opracowaniu odpowiednich, sterylnych metod badawczych, które nie dopuszczą do jakiegokolwiek zanieczyszczenia jeziora podczas kontaktu z maszynami i mikrobami z „naszego świata”. W związku z tym należy bardzo dokładnie poznać, sklasyfikować i opisać wszystkie mikroorganizmy występujące na stacji Wostok, w otaczającym ją lodzie, na wszystkich poziomach wierceń a także w płynach oraz maszynach użytych do wierceń. Opracować metody, pozwalające na wykrycie aktywnych mikroorganizmów w wodzie i w osadach oraz przesłanie ich lub wyników obserwacji i badań na powierzchnię.
Naukowcy wierzą, że dokładne zbadanie pierwotnych osadów dennych pochodzących z najgłębszych partii jeziora, których wiek szacuje się na 30 milionów lat (!) może być kluczem do poznania początków życia na naszej planecie.
CRYOBOT – („cryo” w języku greckim znaczy lód) – to amerykańska sonda podążająca przez grubą pokrywę lądolodu antarktycznego w kierunku jeziora Wostok. Ma ona kształt cylindra o długości 2,3 m i średnicy od 13 cm na dole do 16 cm w górnej części. Całość waży 150 kg. Sonda jest wyposażona w 8 sterowanych przez komputer grzałek o mocy 750 W każda. Roztapiają one lód powodując wtapianie całej konstrukcji pod własnym ciężarem w głąb lądolodu. Ponad poruszającą się sondą kanał ponownie zamarza odcinając ją całkowicie od świata zewnętrznego Kształt oraz rozmieszczenie środka ciężkości a także dodatkowa grzałka w tyle sondy zapewniają jej dokładnie pionowy kierunek ruchu. Szybkość penetracji wynosi około 1-2 m/1godz. W tylnej części sondy znajduje się zapas kabla zasilającego, który rozwija się wraz z zagłębianiem sondy. Po dotarciu do jeziora (spodniej powierzchni lodu i górnej warstwy wody) Cryobot zakotwiczy się w sklepieniu stanowiąc bazę-matkę przekaźnikową, która będzie zbierała informację z najbliższej okolicy i przekazywała za pomocą kabla na powierzchnię. W kierunku dna jeziora zostanie opuszczona (połączona kablem z zakotwiczoną bazą) część głębinowa której zadaniem będzie zbadanie dna i osadów. Po dotarciu do dna oddzieli się od niej najmniejsza, autonomiczna podjednostka tzw. HYDROBOT, który wyruszy w toń jeziora na badania pelagiczne. Będzie on kilkakrotnie pływał pomiędzy sklepieniem a dnem jeziora (aż do wyczerpania baterii) cały czas przekazując dane do bazy-matki. Izolacja jeziora Wostok, pozwala przypuszczać, że ewolucja organizmów żywych – jeśli się na takie natrafi - mogła przebiegać inną drogą niż „u nas” na powierzchni. Dlatego tak ważne jest zachowanie szczególnej sterylności stosowanego sprzętu, aby nie zawlec w to dziewicze środowisko czegoś „z naszego świata”. Z tego względu państwa-członkowie konsultatywni Układu Antarktycznego, w którym jest także Polska zdecydowały o wstrzymaniu na razie wszelkich prac wiertniczych, mających na celu dotarcie do jeziora Wostok.
|
