20 миллионов лет подо льдом

Остался всего шаг до того, как будут обнаружены неизвестные формы жизни на нашей планете: российские полярники во второй раз достигли реликтового озера Восток в Антарктиде

Озеро Уиланс. Британские и американские исследователи собирались с помощью бурения достичь поверхности этих двух подледных озер в 2012 году. Проекты пока законсервированы.
Ученые надеются найти в нем «инопланетную» жизнь, непохожую на обычную земную. В воде озера должна быть необычайно высокая концентрация кислорода (до 1,3 грамма на литр), ведь она образуется из тающего «атмосферного ледника», насыщенного кислородом, а обычная замерзающая вода его не содержит. Поэтому в озере могли бы обнаружиться удивительные бактерии-хемолитоавтотрофы, приспособившиеся к высоким концентрациям перекиси водорода, супероксидов, атомарного кислорода и других весьма неполезных для жизни соединений.

«Увы, первые образцы воды оказались не идеальны, в них могли попасть внешние контаминанты», — говорит заведующий лабораторией криоастробиологии ПИЯФ Сергей Булат, занимавшийся анализом образцов воды, взятых из Востока в 2012 году. В них были найдены ДНК неизвестных бактерий, но видов бактерий существует, предположительно, больше миллиона, при этом известно и описано не более процента. Так что эти «неизвестные» вполне могли попасть в образцы и сверху, из «мира людей». Поэтому была предпринята вторая попытка получить образцы воды реликтового озера.

Точка входа

Станция «Восток» расположена на южном магнитном полюсе Земли. Основана в 1957 году. Здесь ведутся метеорологические и аэрологические наблюдения, вертикальное зондирование ионосферы, геомагнитные измерения, наблюдение за полярными сияниями и космическими лучами, измерение содержания озона и спектральной прозрачности атмосферы, медицинские исследования. Благодаря метеонаблюдениям станция стала всемирно знаменитой, а ее название записано во всех школьных учебниках по географии: 21 июля 1983 года здесь был зарегистрирован абсолютный минимум приземной температуры воздуха на планете, равный –89,2 °C.

Длина озера Восток — более 275 км, ширина — около 65 км, площадь — примерно 15 500 км2, а объем — около 6100 км3 (это примерно шестьдесят Женевских озер или четверть Байкала).

100 ЛЕТ ТЕОРИИ
История с озером Восток — это пример образцовой многолетней научной деятельности: сначала была идея, потом теория, доказательство, сейчас мы находимся на стадии эксперимента.

Полторы сотни лет назад Антарктида, открытая в 1820 году российской экспедицией Беллинсгаузена — Лазарева, была сплошным белым пятном на карте мира, и даже ее береговая линия толком не исследована. Во второй половине XIX века идея существования подледных озер пришла в голову российскому географу (и, кстати, автору теории анархо-коммунизма) Петру Кропоткину, который предположил, что с ростом давления температура в глубоких слоях ледников может повышаться. Прошло столетие, и в 1950-х советский геофизик Николай Зубов рассчитал критическую толщину ледника, при которой его нижние слои могут находиться в расплавленном состоянии. В 1961 году российский гляциолог Игорь Зотиков предположил наличие в центральных областях Антарктиды подледных озер, существующих за счет геотермального (то есть поступающего из недр Земли) тепла.

Из скважины ученые достали образцы льда (ледяные керны), по которым можно судить о состоянии земной атмосферы в последние полмиллиона лет.

А еще несколько лет спустя группе Андрея Капицы удалось с помощью серии сейсмических опытов очертить границы подледного озера, находящегося в окрестностях советской антарктической станции «Восток». Десятилетием позже это было подтверждено радиозондированием, но окончательно сомнения в существовании озера почти под четырехкилометровым щитом льда исчезли только в начале 1990-х, когда спутник ERS-1 произвел радарные исследования. Сейчас считают, что озеро Восток существует благодаря одновременно и геотермальным источникам, и высокому давлению ледового щита, но в ближайшие годы это станет известно точно. Потому что озера мы фактически достигли.

Вниз сквозь время
Слепок атмосферы

Бурение само по себе стало великим научным событием, потому что по дороге вниз были вынуты образцы льда, содержащие «слепки» земной атмосферы за последние полмиллиона лет.

50 ЛЕТ БУРЕНИЯ

Почему ученым так важно озеро Восток? Оно может хранить древние загадки, спрятанные под спудом задолго до появления на Земле первых людей. Около 35 миллионов лет назад это было обычное крупное озеро, окруженное густым лесом. Уровень Мирового океана был тогда куда выше, и, возможно, озеро сообщалось с океаном. В любом случае оно представляло собой сложную оживленную экосистему. Около 20–15 миллионов лет назад значительно похолодало, и покрывающий озеро лед постепенно из сезонного явления стал перманентным. При этом в Востоке могла сохраниться жизнь, но ей пришлось серьезно перестроиться, и как раз этим она интересна.

С 1960-х годов началось бурение льда над озером, и до отметки 3623 метра в работе участвовали российские, французские и американские специалисты. В 1999 году бурение остановили на восемь лет (решали, какой способ «входа» в озеро самый безопасный), и возобновилось оно лишь в 2006-м. Эксперты Международного научного комитета по изучению Антарктиды опасались, что антифриз (состоящий из керосина, спирта и других токсичных соединений), заполняющий скважины при бурении, может просочиться в озеро. Но в 2003 году в Горном университете Санкт-Петербурга была разработана принципиально новая технология «чистого» бурения. В феврале 2012 года удалось достичь поверхности озера, но давлением выбило воду в скважину почти на 600 метров. Спустя три года, в январе 2015-го, бур снова достиг озера. Антифриз легче воды (его плотность равна 0,91 грамма на кубический сантиметр), и в озеро он не проник. Осталось только спустить по скважине разработанный в том же Горном университете зонд, который сможет дойти до дна (ученых очень интересует многометровый слой ила), а заодно слегка «осмотреться» и, вполне возможно, произвести сенсацию. Но это только в следующем сезоне, сейчас в Антарктиде началась зима, работы остановлены. Последний этап работ любой желающий в скором времени сможет увидеть своими глазами: в декабре — январе к полярникам присоединилась съемочная группа фильма «Озеро Восток». Большой проект по популяризации российских научных достижений поддержало Русское географическое общество.

Настанет ли следующий сезон исследований подземного озера, пока сказать трудно. «Этот сезон на станции «Восток», возможно, последний, — пишет в своем блоге участник экспедиции (и один из авторов «Вокруг света») Алексей Екайкин. — Где-то с осени 2014 года появляются сообщения, что станцию могут закрыть, и с каждым днем вероятность такого исхода становится все больше…» Исследования озера до сих пор финансировались в рамках программы «Мировой океан», проект которой на 2015–2030 годы пока не утвержден.

ТЕХНОЛОГИИ
Антифриз и горячая вода

В российском проекте бур представляет собой металлическую полую трубу, которая, вращаясь, вгрызается в толщу льда. Внутри бура при этом образуется цилиндрический ледовый керн, который нужно постоянно вынимать из снаряда. Это очень медленный способ, ведь в глубокой скважине приходится постоянно поднимать и опускать бур. Но керн крайне важен для научных исследований, фактически это фиксация состояния атмосферы Земли на определенный момент (скажем, 10 миллионов лет назад). В нем же могут попадаться и древние бактерии.

Чтобы скважину не сжало с боков, в нее заливается смесь керосина и фреона с плотностью, близкой к плотности льда. Столб этого «антифриза» немного не доходит до верха скважины, чтобы была небольшая недокомпенсация давления. Это сделано для того, чтобы вода из озера не хлынула наверх, как это случилось в 2012 году. При этом керосин с фреоном в озеро не попадают, потому что смесь легче воды и с водой не смешивается. Минус метода: можно получить стерильные образцы воды, но сложно опускать зонды для обследования самого озера и донных отложений. Есть еще два метода бурения льда. Первый: использование сверхгорячего зонда, который буквально протапливает себе путь. Но в не очень чистом льду грязь забьет нижнюю кромку зонда.

А еще при долгом бурении путь наверх успеет закрыться льдом, и как тогда вернуть зонд с образцами? Второй метод интереснее: бурение при помощи горячих (90 °C) струй стерильной воды, подаваемых под давлением 140 атмосфер. Он требует двух параллельных скважин (одна для откачки воды). Его использовали британцы в безуспешной попытке проникнуть сквозь три километра льда, покрывающие антарктическое озеро Элсуорт. Проект стал бы сенсацией, так как ученые планировали пройти три километра вниз всего за пять дней, но из-за технологических трудностей он был законсервирован.

Источник