Sø | |
Øst | |
---|---|
Morfometri | |
Dimensioner | 260 [1] × < 50 [1] km |
Firkant | 15.790 km² |
Bind | 5400 [2] km³ |
Kystlinje | 1010 km |
Største dybde | over 1200 m |
Beliggenhed | |
78°28′00″ S sh. 106°48′00″ Ø e. | |
Kontinent | |
Område | Østantarktis |
![]() | |
Mediefiler på Wikimedia Commons |
Vostok [1] er den største subglaciale sø i Antarktis [3] [4] [5] [6] [7] .
Vostok-søen ligger i området for den antarktiske station " Vostok " (77 ° S, 105 ° E) under en iskappe på omkring 4000 m tyk og har dimensioner på cirka 250 × 50 km. Det anslåede areal er 15,5 tusinde km². Dybden er mere end 1200 m. Vandvolumenet er omkring 5400 km³ [2] .
Vostok-søen er unik, primært fordi den kan have været isoleret fra miljøet i flere millioner år. En fire kilometer lang isskal over den tjente som en naturlig isolator af søen. Ifølge videnskabsmænd kan levende organismer leve i vandet i søen, fordi det indeholder alle de faktorer, der er nødvendige for livet:
Søen har fået sit navn fra den sovjetiske (nu russiske, med en international besætning) videnskabelige station Vostok , som har været i drift i området siden 1957.
Opdagelsen af Vostok-søen er en af de største geografiske opdagelser i anden halvdel af det 20. århundrede.
I alt blev der i 2007 opdaget mere end 140 subglaciale søer i Antarktis.
Eksistensen af denne sø, såvel som andre subglaciale søer, baseret på forskningsdata og teoretiske begrundelser, blev forudsagt af Andrei Kapitsa tilbage i 1955-1957, men det menes, at selve opdagelsen skete relativt nylig, i 1996, af indsatsen af russiske polarforskere.
Ideen om, at med en meget stor tykkelse af en gletsjer kan temperaturen ved dens nedre grænse blive lig med isens smeltetemperatur, har været kendt siden slutningen af det 19. århundrede. Det fulgte af ideerne fra Peter Kropotkin , der mente, at i tykkelsen af store, kolde gletsjere fra oven, hvor midlertidige temperaturudsving ikke påvirker, stiger sidstnævnte lineært med dybden, som det sker i brønde boret i andre bjergarter.
Baseret på denne position introducerede oceanologen Nikolai Zubov allerede i 1950'erne konceptet om den kritiske tykkelse af en gletsjer, ved hvilken isens smeltetemperatur nås ved dens bund (ved passende tryk ). Han var den første, der foreslog, at de usædvanligt tykke indlandsisar, der blev fundet i de første seismiske undersøgelser af gletsjere i Antarktis, kunne få vand til at eksistere i de lavere dele, selv når temperaturen af isen på overfladen er meget lav.
I 1955 udgav den engelske glaciolog Gordon Robin et klassisk værk, hvori han viste, at temperaturfeltet er dannet i tykke antarktiske gletsjere under stærk påvirkning af lodret kuldeoverførsel af faldende ispartikler, og på ingen måde er lineært. Derfor kan Zubov-tilgangen ikke bruges til at vurdere forholdene i dybet af sådanne gletsjere.
I 1961 udførte Igor Zotikov termofysiske beregninger baseret på løsning af varmeledningsligningen i en gletsjer, betragtet som en bevægelig væske. Den konvektive overførsel af kulde fra top til bund blev også taget i betragtning . På dette grundlag analyseres data om isdækket i den centrale del af Østantarktis opnået under de første fire sovjetiske antarktiske ekspeditioner (SAE), og det er vist, at langs profilen fra Mirny station til Vostok station og videre til den sydlige geografiske pol , de centrale områder af isdækket i Antarktis er under forhold , når varmefjernelsen fra den nedre overflade af gletsjeren opad på grund af dens store tykkelse er meget lille. I den forbindelse skal en del af den geotermiske strøm konstant bruges på kontinuerlig smeltning nær grænsen mellem is og fast bund. I de samme værker blev temperaturfeltet beregnet ud fra ovenstående betragtninger over hele istykkelsen under Vostok-stationen præsenteret, og det blev vist, at istemperaturen ved dens nedre grænse er lig med smeltetemperaturen (−2 °C) ved et leje tryk på mere end 300 atmosfærer. Konklusion: smeltevand i form af en relativt tynd film presses ud på de steder, hvor tykkelsen af gletsjeren er mindre, og fryser der igen, og bevæger sig til kanten af gletsjeren allerede i form af is. I isolerede fordybninger af underisbunden kan dette vand ophobes i form af søer under den tykkeste centrale del af den antarktiske iskappe.
Der opstod således en hypotese om, at der under Antarktis is, på et område næsten lig med Europas , løber et hav af ferskvand ud. Den skal være rig på ilt , som leveres af de øverste lag af is og sne, der gradvist falder ned i dybet. Og det kan meget vel være, at der er liv i denne subglaciale sø. Et beregnet kort over områder med kontinuerlig smeltning nær lejet i den centrale del af indlandsisen på Antarktis blev udarbejdet. Det fulgte af kortet, at Vostok , Amundsen-Scott , Baird stationerne er placeret i områder, hvor der forekommer kontinuerlig bundsmeltning, og man kan forvente, at der findes subglaciale søer her.
For første gang blev en reel bekræftelse af hypotesen om I. A. Zotikov opnået som et resultat af boringen af den dybeste brønd i 1960'erne (mere end to kilometer) på den amerikanske Baird -station , som tilhørte det område, hvor subglacial smeltning skulle finde sted . Da boret nåede bunden af gletsjeren, strømmede ferskvand ind i brønden.
Erkendelsen af den konstante bundsmeltning og subglacialt vand i den centrale del af Antarktis skabte efterfølgende nye tilgange til genopbygningen af de kvartære iskapper, søgningen efter ophobninger af mineraler (især olie og gas) presset ud til gletsjernes kanter af vand, blev det den vigtigste teoretiske faktor i afvisningen af det radioaktive affaldsbortskaffelsesprojekt.affald på bunden af indlandsisen i det centrale Antarktis.
Seismisk sondering af iskappen under Vostok-stationen, udført under ledelse af Andrei Kapitsa i 1959 og 1964, gjorde det muligt at bestemme dens tykkelse. Samtidig viste det sig, at der ud over hovedtoppen af refleksion fra bunden af gletsjeren blev detekteret en anden i det modtagende signal. Så blev det tolket som en refleksion fra den nedre grænse af laget af sedimentære bjergarter under gletsjeren. Senere blev det foreslået, at dette var et reflektionssignal fra is-vand-grænsen.
I perioden 1971-1978 foretog Scott Institute of Polar Research luftbåren radarprofilering. Hans data indikerede klart tilstedeværelsen af et subglacialt reservoir af ekstraordinær størrelse. I sæsonen for den 33. RAE, den 7. november 1987, inden for rammerne af små luftbårne geofysiske undersøgelser af PMGE i det centrale Antarktis, fløj et Il-18 fly langs ruten Molodyozhnaya station - Prince Charles Mountains - Vostok station - Molodyozhnaya station. Ved indflyvning til Vostok-stationen blev der registreret refleksioner svarende til dem, der blev modtaget over ishylder. I 1995 (41 RAE), efter et møde i Cambridge, begyndte PMGE sammen med RAE en systematisk undersøgelse af dette naturlige objekt ved hjælp af geofysiske metoder på jorden. Begyndelsen blev lagt af seismisk lyd ved metoden med reflekterede bølger (SRM), og siden 1998 begyndte man i kombination med dem at udføre jordbaseret radarprofilering. Formålet med disse værker var at bestemme de morfometriske karakteristika af Vostok-søen som et geografisk objekt [9] .
Boringen af en brønd, kaldet 5G, og udført med henblik på palæoklimatisk forskning, begyndte i 1989 af forskere fra en fælles ekspedition af sovjetiske , franske og amerikanske videnskabsmænd på Vostok -stationen . Startende fra en dybde på 3539 m, nået i 1996, har den kemiske og isotopiske sammensætning af isen og dens krystallografiske struktur ændret sig betydeligt - det viste sig, at denne is er det frosne vand i en subglacial sø. Forskningen involverer seks videnskabelige grupper, som omfatter ansatte fra forskningsinstitutter og universiteter i to lande - Rusland og Frankrig. I 2004 underskrev Rusland en aftale med Frankrig om oprettelse af European Research Association (ENIO), hvis formål er "at skabe et arkiv af klimatiske og biologiske data for at udføre exobiologiske undersøgelser af antarktiske subglaciale søer baseret på undersøgelsen af iskerner fra Østantarktis” [10] .
I 1999 var der blevet boret til en dybde på 3623 m. Isprøver fra denne dybde var omkring 430 tusind år gamle, så det antages, at søen var blokeret af is for mindst 500 tusinde år siden.
Boringen blev indstillet i 1999 cirka 120 m fra den foreslåede overflade af søen for at forhindre vandforurening , der kunne skade søens unikke økosystem . Bekymringer i denne forbindelse om de anvendte boremetoder er gentagne gange blevet udtrykt, hovedsageligt af udenlandske organisationer og videnskabsmænd [11] [12] [13] , herunder af politiske årsager [14] . Det indikerer brugen af petroleum, freon og ethylenglycol ved boring af en brønd og muligheden for, at de kommer i søen. Russiske eksperter indvender, at boreteknikken er sikker, godkendt på det 26. rådgivende møde i Antarktistraktatet i Madrid i 2003 [11] og allerede er blevet testet i Grønland [15] .
I 2003 blev en ny teknologi udviklet på Mineinstituttet i St. Petersborg , og i 2006 blev dybdeboringsarbejdet genoptaget.
Som en del af den 52. russiske antarktiske ekspedition (2006-2007) blev boringen genoptaget i slutningen af december 2006, og den første iskerne blev opnået fra en dybde på 3650,43 meter.
I alt for sæsonarbejde i 2006-2007. det var planlagt at udvinde 75 meter iskerne. På grund af en teknisk funktionsfejl i spil og kabel måtte det termiske boreprojektil imidlertid standses på omkring 3665 meter - der var stadig omkring 85 meter tilbage til overfladen af søen (en fejl i beregningerne er plus eller minus 20 m). Vandprøvetagning fra den subglaciale Vostok-sø var planlagt til at blive udført som en del af det internationale polarår i sæsonen 2008-2009 [10] .
I den antarktiske sæson 2008 skete der igen en ulykke - en borerig brød af. I januar 2009 begyndte russiske borere, efter at have afsluttet alt det nødvendige forberedende arbejde for at udvide diameteren af ishullet, en operation for at "fange" boret for at løfte det til overfladen.
Ifølge oplysningerne fra den 54. russiske antarktiske ekspedition dateret 22. januar 2009 fortsatte gletsjerboring ved Vostok -stationen . Efter at have udvidet brøndboringen til 138 mm, blev 300 liter ethylenglycol leveret til bundhulszonen, og en anordning blev forberedt til at hente nødprojektilet. Efter disse foranstaltninger er fremskridtene af nødprojektilet dog endnu ikke blevet observeret. Hvis projektilet ikke bevæger sig, vil boringen begynde at omgå fra en dybde på 3580 m - 170 meter vil være tilbage til overfladen af søen [16] .
Den 22. marts 2010 bemærkede lederen af Roshydromet , Alexander Frolov, at det er planlagt at trænge ind i søens vand i vinteren 2010-2011, hvor det bliver sommer på den sydlige halvkugle [17] .
Pr. 3. februar 2011 var brøndens dybde 3714,24 m [18] .
Den nøjagtige dybde af gletsjeren er ukendt, den omtrentlige dybde er fra 3730 til 3770 meter. Ved den nuværende borehastighed på 2,2 meter om dagen vil det tage yderligere 16 til 32 dage at trænge ind i søen. Men sammen med afslutningen af sommersæsonen i Antarktis i slutningen af februar blev arbejdet udskudt til december 2011; den 7. februar 2011 blev brønden lagt i mølpose til næste år. Boreprojektilet blev stoppet på omkring 3720 meter [19] .
Det var planlagt, at forskerne i december 2011 igen skulle bore frisk is, der er opnået direkte fra søvandet, give den til geokemikere, krystallografer og mikrobiologer til analyse, og arbejdet ville stoppe der igen. I december 2011 ankom en ny ekspedition ledet af professor Nikolai Vasilyev til stedet [20] .
Klokken 11 den 12. januar 2012 nåede brøndens dybde 3737,5 meter. Der blev boret døgnet rundt - i denne sæson forventede russiske polarforskere at åbne gletsjeren og trænge ind i den subglaciale Vostok-sø. Lidt mere end et dusin meter tilbage til målet [21] .
Den 17.-19. januar blev boringen standset for at udføre geofysiske målinger og hjælpearbejde. Specialisterne lavede en videooptagelse af borehullet ved hjælp af et specielt dybhavskamera med fiskeøjelinse og IR - belysning. Den nederste del af brøndboringen blev boret, og den nederste del af brønden blev kalibreret i intervallet 3680-3719 meter [22] . I slutningen af januar, ved afslutningen af boreoperationer, ankomsten til Vostok-stationen af den særlige repræsentant for præsidenten for Den Russiske Føderation, et medlem af Føderationsrådet, den berømte polarforsker Artur Chilingarov [23] .
Den 5. februar 2012, i en dybde på 3769,3 meter, afsluttede forskere boring og nåede overfladen af den subglaciale sø [24] .
Ifølge den nye teknologi er effekten af underkompensation af trykket fra borevæskesøjlen i brønden foreløbigt skabt, som følge af, at vandet fra søen efter indtrængning stiger med mængden af trykforskellen. trykunderkompensation og fryser sikkert i brønden. Derefter, i den næste sæson, bores det, og dette friskfrosne vand sendes til videnskabelige laboratorier til analyse.
— Valery Lukin [25]Den 10. januar 2013 blev den første kerne opnået fra gennemsigtig søis 2 meter lang [26] .
Vandet i søen, frosset til boringen, blev leveret til analyse til Laboratory of Eukaryotic Genetics ved St. Petersburg Institute of Nuclear Physics (PNPI). I september 2012 udtalte Sergei Bulat, leder af kryoastrobiologigruppen ved Eukaryotic Genetics Laboratory: "Der er fundet fire arter af bakterier , der er kontaminanter (forurenende mikroorganismer). De samme bakterier blev fundet i borevæsken, og søvandet fra boret blev vasket med denne snavsede borevæske, yderligere to typer bakterier fra prøverne blev fundet på en person. Altså ikke noget interessant. Den generelle konklusion er denne: der er ingen celler ovenover (i snedækket), der er heller ingen cellepopulationer i søisen - der er livløst. Vand kan indeholde noget” [27] .
I den næste antarktiske sæson (december 2012 - januar 2013), i midten af maj 2013, blev den frosne iskerne leveret til Rusland til analyse.
Den 11. marts 2013 udgav Arctic and Antarctic Research Institute of Roshydromet ( AARI ), efter at have undersøgt vandprøver opnået i maj 2012, en erklæring, der angiver opdagelsen af en type bakterier, der er ukendt for videnskaben i den subglaciale sø Vostok i Antarktis, som i millioner af år var isoleret fra den ydre verden med et 4-kilometer lag af is, og som er den eneste terrestriske analog til de subglaciale oceaner af satellitterne fra Jupiter ( Europa , Ganymedes , Callisto ) eller Saturn ( Enceladus ). Mikrober, der er kemolitoautotrofer , kan leve i søen og udvinde energi fra redoxreaktioner i stedet for organisk stof. Hvis biologer bekræfter virkeligheden af deres opdagelse (renere vandprøver vil være tilgængelige til forskning i maj 2013, og nye vandprøver fra de nærliggende lag af Vostok-søen vil tidligst blive taget i december 2013), så vil den videnskabelige verden være i stand til at begynde at studere bakterier, der kan eksistere for første gang under de mest ekstreme forhold, herunder i de subglaciale oceaner i Europa og Enceladus [28] .
I juli 2013 blev resultaterne af en metagenomisk undersøgelse af isprøver fra borehullet offentliggjort . Det var muligt at isolere 3507 unikke DNA-sekvenser fra prøverne , for 1623 af hvilke den taksonomiske tilknytning (til slægten eller arten) blev fastslået. Omkring 94% af sekvenserne tilhører bakterier , 6% til eukaryoter (de fleste af dem til svampe ), og kun to til archaea . Adskillige sekvenser tilhører metazoer ( hjertedyr , bløddyr , leddyr ). Da nogle af de fundne bakterier er fiskeparasitter , foreslår forskerne, at fisk kan leve i søen [29] . Kritikere (inklusive den førnævnte Sergey Bulat) siger, at de fleste af prøverne sandsynligvis er forurenede eller indeholder rester af organismer, der døde for længe siden og kun blev bevaret takket være et tykt lag is. At finde så komplekse dyr som fisk under de ekstreme forhold i søen, anser de for ekstremt usandsynligt [30] .
Den næste fase, indtrængning i søen med dens undersøgelse med instrumenter, var planlagt til 2013-2014 [25] , men den anden gennemtrængning fandt først sted den 25. januar 2015 kl. 13:12 Moskva-tid . Den anden brønd viste sig at være 3769,15 m dyb, hvilket er 15 centimeter mindre end den første. Uoverensstemmelsen forklares med en vis afvigelse fra den oprindelige stamme. Denne gang bliver søen forseglet med en isprop, så der er konstant adgang til den. Den systematiske undersøgelse af søen er planlagt til at begynde i 2016 [31] .
Gletscheren i området ved Lake Vostok har ti gange mindre hældning end i naboområderne. Vest for plateauet er der en kraftig stigning (den såkaldte Ridge (Ridge) f.Kr.), og mod øst er der en lige så skarp nedstigning. Denne struktur er typisk for ishylder . Dette tjente som endnu en bekræftelse af hypotesen om eksistensen af søen.
I 2008 blev det geofysiske jordarbejde, som havde været i gang siden 1995, afsluttet. Under fortolkningen af alle tilgængelige data, inklusive materialer fra udenlandske undersøgelser, blev det mest detaljerede kort over søens kystlinje udarbejdet, de morfometriske karakteristika af dens bassin og gletsjeren, der dækker søen, blev bestemt.
Istykkelsen i forskellige dele af søen varierer fra 3800 m i nord til 4250 m i syd, grænsefladens højdeforskel er 450 m, mens højdeforskellen på gletsjerens overflade kun er omkring 40 m. fryser til. De absolutte mærker for van-is-delen er fra -600 m i den nordlige del til -150 m i syd.
Arealet af den subglaciale Vostok-sø er 15.790 km². Inden for dets vandområde er der identificeret 11 isøer med et samlet areal på 365 km². Arealet af den største af dem er 175 km². Undervejs til de omkringliggende søer. I de østlige territorier blev 56 isolerede subglaciale reservoirer identificeret. Den største af dem har et areal på 129 km². [9]
Søen er opdelt i to dele af en undersøisk højderyg. Dybden af den nordlige del er omkring 400 m, den sydlige er omkring 800 m; dybde over højderyggen er ca. 200 m.
Nyere undersøgelser har vist, at vandis-overfladen som følge af tidevandskræfter svinger med en amplitude på 1-2 cm Dette fænomen forårsager vandblanding og kan være afgørende for mikroorganismers overlevelse.
Søens økosystem tilhører subglaciale (under-is) økosystemer, som er karakteriseret ved en ekstrem høj grad af oligotrofi , det vil sige en lav koncentration af næringsstoffer - sådanne økosystemer er de mest oligotrofe systemer på Jorden. Årsagen til denne tilstand er følgende faktorer:
Således, hvis der er liv i søens dybder, kan det kun danne et økosystem, hvis der er en tilstrømning af energi i den kemiske form (reduceret uorganisk substrat), der er tilstrækkelig til den ikke-fotosyntetiske syntese af organisk stof, dvs. kemosyntetiske organismer bør være de første led i økosystemets fødekæder . En mulig analog kunne være økosystemerne af afgrundsfremspring af mineraliserede hydrotermiske væsker ( sorte og hvide rygere ) bundet til fejl i jordskorpen.
Tilstedeværelsen eller fraværet af kilder til sådanne substrater er imidlertid meget afhængig af den geologiske natur i Østen, hvilket i øjeblikket ikke er klart. Nu (2005) er der to antagelser om dens natur:
Østens særegenhed er "frysning fra oven", det vil sige frysning af is dannet af de øverste lag af vand på foden af gletsjeren, der dækker det. Disse frosne lag blev naturligvis genstand for forskning for at bestemme overfloden og sammensætningen af søens mikroflora.
Resultaterne af analysen af isprøver fra sådanne frosne lag er meget modstridende: i mange er der en koncentration af bakterieceller på 100-10.000 bakterier pr. cm³, tæt på koncentrationen af celler i isen, der dækker de frosne lag, i nogle en højere koncentration noteres.
Også undersøgelser af DNA- profiler er tvetydige. I nogle prøver ligner de DNA-profilerne for den overliggende is, men nogle forskere har vist tilstedeværelsen af DNA-sekvenser tæt på DNA'et fra termofile og kemotrofe bakterier, hvilket kan indikere tilstedeværelsen af geotermisk aktivitet i søen. .
Analysen af de første vandprøver af søen blev udført i omkring et år, hvorefter det i marts 2013 blev annonceret, at en ny klasse af frostresistente bakterier blev opdaget [32] (bl.a. W123-10 ).
Forholdene i det subglaciale reservoir kan være tæt på forholdene på Jorden under det sene proterozoikum (750-543 millioner år siden), hvor globale istider af jordens overflade fandt sted flere gange, og varede op til 10 millioner år ( Snowball Earth ).
Erfaringen med at udforske søen kan være nyttig i studiet af Jupiters måner Europa og Callisto , samt Saturns måne Enceladus , hvorpå der ifølge nogle hypoteser er lignende formationer. Der er allerede planlagte missioner for at udforske udenjordiske subglaciale oceaner, såsom JIME , EJSM , Laplace-Europe P [33] [34] . Dette kan blive et af de mest lovende projekter i søgen efter udenjordisk liv [35] .
I Charles Strauss ' fantasyroman A Very Cold War udspiller en del af handlingen i Vostok-søen, hvor en interplanetarisk portal og usædvanlige livsformer opdages.
I Vasily Golovachevs science fiction-roman "Atlantarctica" spiller Vostok-søen en central rolle, da den indeholder en brugbar struktur af de gamle antarktiske-atlantere, der er i stand til globalt at påvirke Jordens fysiske virkelighed, hvilket forårsager en interessekonflikt mellem Russere og amerikanere, som hver især forsøger at være de første til at komme til den magtfulde artefakt.
Subglaciale søer i Antarktis | |
---|---|