Одна из самых волнующих загадок Антарктиды – озеро Восток, расположенное прямо под одноименной станцией. Это самый настоящий водоем! Но как же возможна жидкая вода в условиях крайне низких температур и отсутствия солнечного света на глубине в 4 км?
«Мы не знаем, с чем человечество столкнется на Южном полюсе в ближайшее время в связи с глобальным потеплением. Возможно, начнется небывалая эпидемия.
Защищенные протеиновой оболочкой вирусы, в вечной мерзлоте сохранив свою жизнеспособность, станут размножаться сразу, как только повысится температура окружающей среды…»
Том Стармерю, эксперт Нью-Йоркского университета
5 февраля 2012 года 57-я Российская антарктическая экспедиция сумела пробурить лед на глубину 3768 м и достичь поверхности реликтового озера Восток. Казалось бы, что такого? Но дело в том, что многие сотни тысяч лет озеро было скрыто под четырехкилометровой толщей льда! А значит, живые существа, которые в нем обитают, эволюционировали совершенно изолированно, отдельно от всех остальных. И все известные нам биологические процессы не имеют для них никакого значения под массивной ледяной шапкой. А в том, что в озере Восток есть жизнь, ученые не сомневаются.
Подледные озера в Антарктиде, как оказалось, не редкость. Их на данный момент открыто более 140. Но самым большим и герметично закупоренным был и остается Восток. Площадь водоема составляет более 15 тыс. кв. км, а глубина в некоторых местах превышает 1200 м. И в отличие от окружающих покровов, он теплый! У поверхности, где проходит граница вода-лед, температура составляет от 0 до 3 градусов тепла, а в глубину и того больше. Благодаря этому озеро постоянно подпитывается талым льдом. Из того же льда в воду попадают важные микроэлементы и кислород. То есть условия для развития жизни в озере, конечно, сложные, но все-таки не запредельно.
Станция «Восток» – южный полюс холода. И по совместительству самое холодное место на Земле. Тут 21 июля 1983 года была зафиксирована самая низкая температура на планете – 89,2 градуса ниже нуля. Помимо этого, высокое расположение станции над уровнем моря заставляет ученых страдать от недостатка кислорода. Акклиматизация проходит очень болезненно и долго – до двух месяцев. С учетом того, что антарктическое лето длится всего три месяца.
И вот тут перед исследователями встает вопрос: а насколько безопасен контакт с такой ледяной колбой? Ответа на него пока нет. Вполне может оказаться, что проникновение в озеро станет для человечества биологической катастрофой! Ведь полмиллиона лет животный мир этого водоема выживал и развивался в совершенно иных условиях – в перенасыщенной кислородом воде и под давлением в четыре сотни атмосфер!
Кроме того, по версии биологов, в водах озера могут обитать не только бактерии и вирусы, но и вполне развитые высшие организмы: моллюски, крабы, кальмары, рыбы. Подобную мысль высказал Сергей Булат, заведующий группой криоастробиологии Лаборатории генетики эукариот при Петербургском Институте ядерной физики. Остается только догадываться, какие же виды животных могли сохраниться в реликтовом водоеме!
Но обо всем по порядку.
Таинственная Антарктида
Ледяной континент открыли русские мореходы в 1820 году. Тогда Фаддей Беллинсгаузен и Михаил Лазарев, командовавшие экспедицией в южнополярных морях, обогнули материк и тем самым подтвердили его существование. Конечно, искатели южной земли были и до них: Дирк Гееритц, Ив-Жозеф Керглен, Джеймс Кук, Вильям Смит и другие в разное время подплывали вплотную к неизвестной земле, но не могли пробиться за стену льдов. Так что Беллинсгаузена и Лазарева принято считать первооткрывателями современной Антарктиды.
Только спустя 75 лет, в 1895 году, на антарктическую землю высадился исследовательский экипаж норвежского судна «Антарктик» под началом Леонарда Кристенсена. Прибывший с ними Карстен Борхгревинк спустя 4 года вернулся в Антарктиду, чтобы впервые устроиться на зимовку на самом холодном материке планеты.
Следующей значительной вехой в изучении Антарктиды стали две экспедиции к Южному полюсу. В 1911 году в опасный переход выступили норвежцы под руководством Руаля Амундсена и англичане во главе с Робертом Скоттом. Норвежцы достигли полюса первыми. Роберт Скотт замерз с остатками экспедиции по пути назад.
С первой четверти ХХ века над Антарктидой совершаются полеты. Благодаря Нильсу Ларсену, Ричарду Бэрду и другим отважным летчикам была составлена детальная карта ледяного материка. Примерно в это же время здесь появились первые научно-исследовательские станции. Сегодня их уже более 40.
1 декабря 1959 года был подписан международный договор об Антарктике. Согласно ему, Антарктида является демилитаризованной и безъядерной зоной. Южнее 60 градуса южной широты запрещено появление военной техники, а также размещение вблизи и на самом континенте ядерных реакторов и установок. Антарктида остается доступной для исследований и выступает как общая мировая зона научных изысканий.
Правда, учитывая количество полезных ископаемых, скрывающихся в недрах материка, – железной руды, каменного угля, меди, никеля, свинца, цинка и других – и пресной воды (80% мирового запаса), государства продолжают оспаривать друг у друга определенные антарктические территории.
Мороз, снег и…жидкая вода!
Между прочим, предположение о наличии воды в жидком состоянии под несколькими километрами льда высказывал еще в конце ХIX века князь Петр Алексеевич Кропоткин.
Помимо революционной деятельности, Петр Алексеевич Кропоткин занимался географией, геологией, историей, учился на математическом отделении Санкт-Петербургского императорского университета. Публиковался в «Петербургских ведомостях». В своих научных экспедициях в Сибирь и Скандинавию князь изучал геологию и гляциологию. Результатом его трудов явилось основание теории антропогена – современного этапа в развитии Земли.
Теория ученого была проста: чем глубже – тем теплее. Независимо от того, лед сверху или твердые горные породы. Таким образом, после какой-то критической отметки толщины льда его основание должно подтаивать даже в условиях многолетней мерзлоты.
Правда, в первой половине ХХ века военные лихорадки переориентировали научную деятельность на изобретение новых видов оружия. Но уже в 50-х годах советский океанолог Николай Николаевич Зубов прямо заявил миру о том, что под ледяным покровом Антарктиды могут обнаружиться незамерзающие водоемы.
В 1961 году советский ученый-гляциолог И.А. Зотиков, опираясь на предположения своих коллег, обосновал эту теорию. По его расчетам, в самом сердце Антарктиды, где толщина ледяного покрова больше всего, идет непрерывное донное таяние. В то время эта мысль показалась ученым умам мира сомнительной. Высказывались контраргументы, в институтах собирались комиссии для обсуждения и опровержения…
Зотиков Игорь Алексеевич. Доктор географических наук, полярник, член-корреспондент РАН, главный научный сотрудник Института географии РАН, участник двух советских и четырех американских экспедиций в Антарктику.
Зубов Николай Николаевич. Инженер-контр-адмирал, профессор кафедры гидрологии, океанолог, полярник, заслуженный деятель науки и техники РСФСР. Участник Цусимского сражения во время Русско-Японской войны. В разное время был командиром военных и гражданских судов. Руководитель нескольких экспедиций, в том числе начальник научной части первой советской высокоширотной экспедиции на ледоколе «Садко». В 1953 году основал кафедру океанологии географического факультета в Московском университете.
Восток на юге
Неизвестно, поддерживала ли теории советского ученого американская антарктическая экспедиция на станции «Бэрд». Полярники спокойно бурили лед, когда с отметки 2164 м в скважину хлынула вода. Узнав об этом, ученый мир забыл все контраргументы и попросил Зотикова еще раз показать свои расчеты.
Позже, в 70-х годах, полеты над ледяным континентом помогли составить карту ледникового щита. Также было произведено сейсмическое зондирование поверхности Антарктиды. И в районе советской станции на очень значительной территории исследователи получили странный сигнал. Тогда его приняли за отражение от нижней границы ледника. И только в 1996 году, изучив вопрос совместно с британскими учеными, русские специалисты подтвердили: здесь есть подледное озеро. Это стало крупнейшим географическим открытием конца ХХ века. Название озеру дала советская, а ныне русская, антарктическая станция.
Детальное изучение с воздуха позволило создать более подробные карты скрытого от глаз водоема. Выяснилось, что под толщей льда находится не просто чаша с теплой водой. В озере существуют острова, открытые участки суши, оголенная порода ледяного континента и пещеры.
Космические перспективы земного озера
«Проникновение в озеро будет большим мировым достижением, по моему понятию, равным посадке на Марс». Владимир Котляков, директор Института географии РАН
Еще уникальность озера состоит в его удивительной схожести с ледяным спутником Юпитера – Европой. Как известно, этот планетоид вместе с тремя другими – Ио, Ганимедом и Каллисто – был открыт Галилео Галилеем в 1610 году. Диаметр Европы превышает 3100 км, что несколько меньше Луны. Вместе с этим, строение небесного тела очень схоже с так называемыми планетами земной группы – Меркурием, Венерой, Землей и Марсом. Все они обладают высокой плотностью и состоят преимущественно из тяжелых элементов, силикатов и воды. Принято считать, что именно на таких планетах может зародиться и развиться жизнь.
Поиск и изучение подобных космических тел – одна из важнейших задач современной космонавтики. Предполагается, что строение самой Европы примерно следующее – в центре находится металлическое ядро, сверху идет слой горных пород, а дальше разливается вода – целый планетарный океан глубиной в десятки километров. Сверху часть этого слоя, естественно, замерзла, образовав прочную ледяную корку с толщиной до ста километров. Под ним – вода в жидком состоянии. Температуру в ней поддерживают гидротермальные источники, которые несут тепло из недр. Исходя из всего этого, ученые сделали вывод, что на Европе в толще теплой воды, под защитой ледяного купола, может существовать жизнь!
Но вернемся на Землю. После публикации первых данных об озере Восток к изучению антарктической находки подключились ученые из сферы космонавтики. Ведь озеро в Антарктиде – наиболее точная естественная модель Европы! А потому было бы нелишним протестировать дорогие межпланетные автоматические буры в подобных условиях, перед тем как запускать их в космос. И науке полезно, и чинить в случае неисправности не так проблематично.
Открывая ящик Пандоры
Лед – очень полезный природный консервант. С помощью буровых установок ученые добывают ледяные керны, которые, в свою очередь, содержат целый спектр информации. Пробы, добытые с больших глубин – это своего рода страницы истории Земли. По ним можно узнать, что происходило на нашей планете сотни и тысячи лет назад.
Обнаружив под бурильной установкой станции Восток самое большое на ледяном континенте озеро, ученые пришли в восторг. И радостно приступили к углублению скважины, которую уже начали бурить на станции. Правда, работы продвигались медленно. На глубине в 40 м бур замерзал и отказывался двигаться дальше. Усовершенствованная И.А. Зотиковым машина смогла углубиться еще на десяток метров. Но когда к делу подключились специалисты Ленинградского (ныне Санкт-Петербургского) горного института, дело пошло веселее. За тридцать лет они сумели преодолеть 3623 м.
Но в 1998 году бурение было прекращено, согласно расчетам, не дойдя до поверхности озера немногим более 100 м. Возраст льда, полученного с такой глубины – более четырехсот тысяч лет!
На пороге нового тысячелетия иностранная научная общественность забила тревогу. Зарубежные специалисты в один голос твердили о загрязнении озера буровым снарядом. Оно и понятно: при проникновении в зону талой воды бур впервые за сотни тысяч лет принесет совершенно новые элементы в сложившуюся экосистему. А иммунитета к новым соединениям у местной флоры и фауны нет.
Дело в том, что до последнего времени в системе бурения использовалась заливочная жидкость из смеси керосина и фреона. Именно благодаря такой комбинации токсичных веществ бур смог пройти больше трех с половиной километров вглубь ледяного покрова и при этом не замерзнуть. Но для «чистого проникновения» в озеро этот способ никак не подходит.
Тогда российские ученые предложили следующую технологию. На последнем, самом ответственном этапе бурения скважину заполнят жидкостью не полностью. А потому в момент прохождения последней ледяной преграды произойдет скачок давления и в скважину хлынет озерная вода. Ее напор удержит токсичную жидкость и не даст ей попасть в реликтовый водоем. С другой стороны, плотность заливочного состава не позволит озерной воде подняться слишком высоко по стволу скважины.
Подобная технология была опробована датскими бурильщиками в Гренландии. И, по данным полярников, полностью себя оправдала. При проникновении в озеро произошел скачок давления, озерная вода поднялась вверх по стволу скважины и застыла там ледяной пробкой.
Животный мир озера
Чем же так привлекает ученых реликтовый водоем? Многие выдвигают предположения, что самое интересное в нем непременно должно находиться на дне. Верхние слои озера перенасыщены кислородом, и если обнаружение бактерий оксигенофилов – такое имя дали ученые гипотетическим микроорганизмам – там возможно, то высших животных точно не сыщешь. А вот дно озера может обеспечивать вполне комфортные условия.
В глубинных кернах льда была обнаружена ДНК бактерий-термофилов, которые встречаются в горячих источниках на поверхности земли и в гидротермальных источниках на дне океана! А значит, озеро может подогреваться со дна подобными гейзерами. Температурные исследования показали, что в толще воды сохраняются более-менее комфортные условия – около +10 градусов.
Стоит отметить, что в мировом океане придонные обитатели зачастую могут превосходить поверхностных численностью, размерами и причудливостью форм. Так, в зоологии даже выделена целая тенденция, которая именуется «глубоководный гигантизм». Согласно ей, некоторые виды беспозвоночных, обитая на дне морей и океанов, достигают невиданных размеров в 10–20 м, в зависимости от вида! Трудно даже представить, что могло сохранить и «развить» в своих водах реликтовое озеро за 400 тыс. лет.
Детальное изучение дна ученые планируют начать с 2013 года. К этому времени должны быть исследованы верхние водные слои озера и сконструированы специальные криоботы для глубинного погружения.
Вирусы-убийцы
«Динозавры? Нет, такой живности, полагаю, там нет… Кстати, микроорганизмы для науки куда интереснее и важнее…»
Из интервью Лукина Валерия Владимировича, заместителя директора Арктического и антарктического НИИ Росгидромета, начальника РАЭ
Но есть куда большая опасность при изучении проб воды. У нас, наземных обитателей, тоже нет иммунитета к тому, что таится в подледном озере. А условия выживания там, внизу, гораздо сложнее, чем здесь, на поверхности. Результаты изолированной подледной эволюции способны привести к очень страшным последствиям. Человечество в один не самый лучший момент может получить целый спектр агрессивных бактерий, микроорганизмов и вирусов – закаленных низкими температурами подледного озера, способных питаться неорганическими соединениями, выживающих даже при давлении в 400 атмосфер!
Уже сейчас в глубинных ледяных пробах Антарктиды обнаружено более 10 тыс. вирусов и бактерий, дремлющих или живущих в подледных озерах. Так, специалисты из Независимого университета в Мадриде под руководством доктора Алберто Лопес-Буэно насчитали в антарктическом озере Лимнополар более 9 тыс. видов вирусов. С учетом крайне скудной пищи в водоеме они научились менять свою ДНК в зависимости от интенсивности таяния ледников. В «зимний» период количество подобных вирусов уменьшается до 5 тыс., а в «летний» – увеличивается.
Как отмечает в журнале «Science» Д. Лэйборн-Пэри из Университета Тасмании, полярные водоемы просто кишат вирусами. Около трети бактерий, которые смогли приспособиться к суровым полярным условиям, оказываются инфицированы. Подобный процесс вызван замкнутостью пространства полярных озер и крайне скудной пищевой базой. «Заболевшие» бактерии, пораженные вирусами, становятся пищей для своих «здоровых» сородичей.
Еще один исключительный и настораживающий феномен ледяного континента – кровавый водопад. Это ржаво-красный поток воды, который вытекает из ледника Тейлора. Поток берет свое начало в подледном озере с уникальными микроорганизмами. Из-за отсутствия солнечного света – и, как следствие, фотосинтеза – они научились вырабатывать энергию из имеющихся в озере природных химических элементов, в основном из железа. Результатом их жизнедеятельности стал ржаво-красный цвет потока.
Важность изучения неизвестных форм вирусов для человечества неоспорима. Чтобы бороться с чем-то, нужно сначала это познать. На нашей планете в прошлом бушевали эпидемии, среди которых холера и чума – далеко не самые ужасные. О многих страшных болезнях современная наука может даже не знать, так как достоверных описаний их протекания не сохранилось. Наконец, на основе полученных данных ученые, возможно, сумеют найти методы борьбы с современными пандемиями.
Осталось дождаться официального отчета 57-й российской антарктической экспедиции и изучить первые пробы ледяного керна. Тогда и станет известно, что же скрывает в себе озеро Восток.
До 70-х годов прошлого века ученые считали, что для зарождения и развития жизни необходима солнечная энергия. Именно процесс ее преобразования, по мнению специалистов, дал толчок развитию земных форм жизни. Однако в конце 70-х океанологи обнаружили колонии глубоководных животных, которые черпали энергию для жизни из гидротермальных источников. Химический состав вокруг этих подводных гейзеров как раз и служил заменой солнечному свету, который на такую глубину просто не проникал. Таким образом, обязательные условия – солнечный свет и вода – превратились в более широкие, «источник энергии и вода».
Между тем, в Антарктиде медленно, но верно повышается температура. Примерно на 1 десятую градуса ежегодно. Биологи и климатологи уже через сто лет предрекают появление на материке деревьев. Еще в конце прошлого века полярники исследовали значительные территории континента, на которых развивается растительность. Цветковые растения южного материка – луговик антарктический и колобантус кито – из-за глобального потепления расширили свой ареал в двадцать пять раз! Так что чем быстрее биологи и эпидемиологи получат новые сведения, тем скорее смогут обезопасить человечество от надвигающейся вирусной атаки.
В 2009 году Россия присоединилась к программе Europa Jupiter System Mission с собственной исследовательской миссией Лаплас-Европа П. В рамках этого проекта планируется запустить к Юпитеру от двух до четырех спутников. США возьмет на себя орбитальное изучение Европы и Ио, ЕС займется Ганимедом и Каллисто, Япония проведет исследование магнитосферы Юпитера. А Россия сконструирует и запустит аппарат, который сядет на Европе, пробурит там слой льда и проникнет в подледный океан. Там он проведет исследования и возьмет необходимые пробы воды, льда и грунта. Сроки миссии – около семи лет. Старт запланирован на 2017 год.
