Lac | |
Est | |
---|---|
Morfometrie | |
Dimensiuni | 260 [1] × < 50 [1] km |
Pătrat | 15.790 km² |
Volum | 5400 [2] km³ |
Litoral | 1010 km |
Cea mai mare adâncime | peste 1200 m |
Locație | |
78°28′00″ S SH. 106°48′00″ E e. | |
Continent | |
Regiune | Antarctica de Est |
Est | |
Fișiere media la Wikimedia Commons |
Vostok [1] este cel mai mare lac subglaciar din Antarctica [3] [4] [5] [6] [7] .
Lacul Vostok este situat în zona stației antarctice „ Vostok ” (77 ° S, 105 ° E) sub o calotă de gheață de aproximativ 4000 m grosime și are dimensiuni de aproximativ 250 × 50 km. Suprafața estimată este de 15,5 mii km². Adâncimea este mai mare de 1200 m. Volumul apei este de aproximativ 5400 km³ [2] .
Lacul Vostok este unic în primul rând pentru că este posibil să fi fost izolat de mediu timp de câteva milioane de ani. O coajă de gheață de patru kilometri deasupra ei a servit drept izolator natural al lacului. Potrivit oamenilor de știință, organismele vii pot trăi în apele lacului, deoarece conține toți factorii necesari vieții:
Lacul și-a luat numele de la stația științifică sovietică (acum rusă, cu un echipaj internațional) Vostok , care funcționează în zonă din 1957.
Descoperirea lacului Vostok este una dintre cele mai mari descoperiri geografice din a doua jumătate a secolului al XX-lea.
În total, în 2007, în Antarctica au fost descoperite peste 140 de lacuri subglaciare.
Existența acestui lac, precum și a altor lacuri subglaciare, pe baza datelor de cercetare și a justificărilor teoretice , a fost prezisă de Andrei Kapitsa încă din anii 1955-1957, dar se crede că descoperirea în sine a avut loc relativ recent, în 1996, prin eforturile depuse. a exploratorilor polari ruşi.
Ideea că, cu o grosime foarte mare a unui ghețar, temperatura de la limita sa inferioară poate deveni egală cu temperatura de topire a gheții este cunoscută încă de la sfârșitul secolului al XIX-lea. A rezultat din ideile lui Peter Kropotkin , care credea că în grosimea ghețarilor mari și reci de sus, unde fluctuațiile temporare de temperatură nu afectează, aceasta din urmă crește liniar cu adâncimea, așa cum se întâmplă în puțurile forate în alte roci.
Pe baza acestei poziții, deja în anii 1950, oceanologul Nikolai Zubov a introdus conceptul de grosime critică a unui ghețar, la care temperatura de topire a gheții este atinsă la fundul său (la presiunea corespunzătoare ). El a fost primul care a sugerat că straturile de gheață interioare neobișnuit de groase găsite în primele sondaje seismice ale ghețarilor din Antarctica ar putea cauza existența apei în părțile inferioare, chiar și atunci când temperatura gheții de la suprafață este foarte scăzută.
În 1955, glaciologul englez Gordon Robin a publicat o lucrare clasică în care a arătat că câmpul de temperatură se formează în ghețarii groși din Antarctica sub influența puternică a transferului vertical de frig prin căderea particulelor de gheață și nu este deloc liniar. Prin urmare, abordarea Zubov nu poate fi folosită pentru a evalua condițiile din adâncurile unor astfel de ghețari.
În 1961, Igor Zotikov a efectuat calcule termofizice bazate pe rezolvarea ecuației de conducere a căldurii într-un ghețar, considerat fluid în mișcare. S -a luat în considerare și transferul convectiv al frigului de sus în jos . Pe această bază, sunt analizate datele privind stratul de gheață din partea centrală a Antarcticii de Est, obținute în timpul primelor patru expediții sovietice în Antarctica (SAE) și se arată că de-a lungul profilului de la stația Mirny până la stația Vostok și mai departe până la Polul Geografic Sud , regiunile centrale ale stratului de gheață din Antarctica sunt în condiții , când îndepărtarea căldurii de pe suprafața inferioară a ghețarului în sus datorită grosimii sale mari este foarte mică. În acest sens, o parte din fluxul geotermal trebuie cheltuită în mod constant pentru topirea continuă în apropierea limitei stratului de gheață-solid. În aceleași lucrări, a fost prezentat câmpul de temperatură calculat din considerațiile de mai sus pe întreaga grosime a gheții sub stația Vostok și s-a arătat că temperatura gheții la limita sa inferioară este egală cu temperatura de topire (−2 °C) la un pat. presiune de peste 300 de atmosfere. Concluzie: apa de topire sub formă de peliculă relativ subțire este stoarsă în acele locuri în care grosimea ghețarului este mai mică și îngheață din nou acolo, deplasându-se la marginile ghețarului deja sub formă de gheață. În adâncituri izolate ale patului sub-gheață, această apă se poate acumula sub formă de lacuri sub cea mai groasă parte centrală a calotei de gheață antarctice.
Astfel, a apărut o ipoteză că sub gheața Antarcticii, pe o zonă aproape egală cu cea a Europei , se revarsă o mare de apă dulce. Trebuie să fie bogat în oxigen , care este furnizat de straturile superioare de gheață și zăpadă care coboară treptat în adâncuri. Și se poate foarte bine să existe viață în acest lac subglaciar. A fost realizată o hartă calculată a zonelor de topire continuă din apropierea patului din partea centrală a calotei de gheață a Antarcticii. Din hartă a rezultat că stațiile Vostok , Amundsen-Scott , Baird sunt situate în zone în care are loc o topire continuă a fundului și ne putem aștepta ca aici să existe lacuri subglaciare.
Pentru prima dată, confirmarea reală a ipotezei lui I. A. Zotikov a fost obținută ca urmare a forării celei mai adânci puțuri în anii 1960 (mai mult de doi kilometri) la stația American Baird , care aparținea zonei în care ar fi trebuit să aibă loc topirea subglaciară. . Când burghiul a ajuns la fundul ghețarului, apa proaspătă a intrat în fântână.
Recunoașterea faptului de topire constantă a fundului și a apei subglaciare în partea centrală a Antarcticii a creat ulterior noi abordări pentru reconstrucția straturilor de gheață cuaternare , căutarea acumulărilor de minerale (în special petrol și gaze) stoarse până la marginile ghețarilor de către apă, a devenit principalul factor teoretic în respingerea proiectului de eliminare a deșeurilor radioactive.deșeuri la fundul calotei de gheață din Antarctica Centrală.
Sondarea seismică a calotei de gheață de sub stația Vostok, efectuată sub conducerea lui Andrei Kapitsa în 1959 și 1964, a făcut posibilă determinarea grosimii acesteia. În același timp, s-a dovedit că, pe lângă vârful principal de reflexie din partea de jos a ghețarului, a fost detectat un altul în semnalul de recepție. Apoi a fost interpretat ca o reflectare de la limita inferioară a stratului de roci sedimentare de sub ghețar. Mai târziu, s-a sugerat că acesta a fost un semnal de reflexie de la granița gheață-apă.
În perioada 1971-1978, Institutul Scott de Cercetări Polare a efectuat profiluri radar aeropurtate. Datele sale au indicat în mod clar prezența unui rezervor subglaciar de dimensiuni extraordinare. În sezonul celei de-a 33-a RAE, pe 7 noiembrie 1987, în cadrul cercetărilor geofizice aeriene la scară mică ale PMGE din centrul Antarcticii, o aeronavă Il-18 a zburat de-a lungul rutei stația Molodyozhnaya - Munții Prince Charles - stația Vostok - Stația Molodyozhnaya. La apropierea stației Vostok, au fost înregistrate reflecții similare cu cele primite pe rafturile de gheață. În 1995 (41 RAE), după o întâlnire la Cambridge, PMGE, împreună cu RAE, au început un studiu sistematic al acestui obiect natural folosind metode geofizice solului. Începutul a fost pus prin sondaj seismic prin metoda undelor reflectate (SRM), apoi, din 1998, în combinație cu acestea, a început să se realizeze profilarea radar la sol. Scopul acestor lucrări a fost de a determina caracteristicile morfometrice ale lacului Vostok ca obiect geografic [9] .
Forarea unei sonde, numită 5G, și întreprinsă în scopul cercetării paleoclimatice, a început în 1989 de către cercetătorii unei expediții comune de oameni de știință sovietici , francezi și americani la stația Vostok . Pornind de la o adâncime de 3539 m, atinsă până în 1996, compoziția chimică și izotopică a gheții și structura ei cristalografică s-au schimbat semnificativ - s-a dovedit că această gheață este apa înghețată a unui lac subglaciar. Cercetarea implică șase grupuri științifice, care includ angajați ai institutelor de cercetare și universităților din două țări - Rusia și Franța. În 2004, Rusia a semnat un Acord cu Franța privind înființarea Asociației Europene de Cercetare (ENIO), al cărui scop este „de a crea o arhivă de date climatice și biologice, pentru a realiza studii exobiologice ale lacurilor subglaciare antarctice pe baza studiului. a nucleelor de gheață din Antarctica de Est” [10] .
Până în 1999, forarea fusese efectuată la o adâncime de 3623 m. Probele de gheață de la această adâncime aveau o vechime de aproximativ 430 de mii de ani, așa că se presupune că lacul a fost blocat de gheață cu cel puțin 500 de mii de ani în urmă.
Forajul a fost suspendat în 1999 la aproximativ 120 m de suprafața propusă a lacului pentru a preveni poluarea apei care ar putea deteriora ecosistemul unic al lacului . Preocupările în acest sens cu privire la metodele de foraj aplicate au fost exprimate în mod repetat, în principal de către organizații și oameni de știință străini [11] [12] [13] , inclusiv din motive politice [14] . Indică utilizarea kerosenului, freonului și etilenglicolului la forarea unui puț și posibilitatea pătrunderii acestora în lac. Experții ruși obiectează că tehnica de foraj este sigură, aprobată la cea de-a 26-a întâlnire consultativă a Tratatului Antarctic de la Madrid în 2003 [11] și a fost deja testată în Groenlanda [15] .
În 2003, la Institutul Minier din Sankt Petersburg a fost dezvoltată o nouă tehnologie , iar în 2006 au fost reluate lucrările de foraj adânc.
În cadrul celei de-a 52-a expediții rusești în Antarctica (2006-2007), forajul a fost reluat la sfârșitul lunii decembrie 2006 și primul nucleu de gheață a fost obținut de la o adâncime de 3650,43 metri.
Total pentru munca sezoniera in 2006-2007. s-a planificat extragerea a 75 de metri de miez de gheață. Cu toate acestea, din cauza unei defecțiuni tehnice a troliului și cablului, proiectilul de foraj termic a trebuit să fie oprit la aproximativ 3665 de metri - mai erau încă aproximativ 85 de metri până la suprafața lacului (o eroare în calcule este de plus sau minus 20). m). Prelevarea de probe de apă din lacul subglaciar Vostok a fost planificată să fie efectuată ca parte a Anului Polar Internațional în sezonul 2008-2009 [10] .
În sezonul antarctic din 2008, a avut loc din nou un accident - o instalație de foraj s-a rupt. În ianuarie 2009, foratori ruși, după ce au finalizat toate lucrările pregătitoare necesare pentru a extinde diametrul găurii de gheață, au început o operațiune de „capturare” a burghiului pentru a-l ridica la suprafață.
Conform informațiilor celei de-a 54-a expediții rusești în Antarctica din 22 ianuarie 2009, forajul glaciar a continuat la stația Vostok . După extinderea sondei la 138 mm, 300 de litri de etilenglicol au fost livrați în zona fundului găurii și a fost pregătit un dispozitiv pentru a recupera proiectilul de urgență. Cu toate acestea, după aceste măsuri, progresul proiectilului de urgență nu a fost încă observat. Dacă proiectilul nu se mișcă, forajul va începe ocolirea de la o adâncime de 3580 m - 170 de metri vor rămâne până la suprafața lacului [16] .
Pe 22 martie 2010, șeful Roshydromet , Alexander Frolov, a remarcat că este planificată să pătrundă în apele lacului în iarna 2010-2011, când va fi vară în emisfera sudică [17] .
La 3 februarie 2011, adâncimea puțului era de 3714,24 m [18] .
Adâncimea exactă a ghețarului este necunoscută, adâncimea aproximativă este de la 3730 la 3770 de metri. La rata actuală de foraj de 2,2 metri pe zi, ar fi nevoie de încă 16 până la 32 de zile pentru a pătrunde în lac. Cu toate acestea, odată cu sfârșitul sezonului estival în Antarctica la sfârșitul lunii februarie, lucrările au fost amânate până în decembrie 2011; pe 7 februarie 2011, fântâna a fost suspendată până anul viitor. Proiectilul de foraj a fost oprit la aproximativ 3720 de metri [19] .
Era planificat ca în decembrie 2011, oamenii de știință să foreze din nou gheață proaspătă obținută direct din apa lacului, să o dea geochimiștilor, cristalografilor și microbiologilor pentru analiză, iar munca se va opri din nou acolo. În decembrie 2011, la fața locului a sosit o nouă expediție condusă de profesorul Nikolai Vasilyev [20] .
La ora 11 pe 12 ianuarie 2012, adâncimea puțului a ajuns la 3737,5 metri. Forajul a fost efectuat non-stop - în acest sezon, exploratorii polari ruși se așteptau să deschidă ghețarul și să pătrundă în lacul subglaciar Vostok. Până la țintă au rămas puțin mai mult de o duzină de metri [21] .
În perioada 17-19 ianuarie, forajul a fost oprit în vederea efectuării măsurătorilor geofizice și lucrărilor auxiliare. Specialiștii au realizat o înregistrare video a sondei folosind o cameră specială de mare adâncime cu lentilă fisheye și iluminare IR . A fost forată secțiunea inferioară a sondei și a fost calibrată secțiunea inferioară a sondei în intervalul de 3680-3719 metri [22] . La sfârșitul lunii ianuarie, până la sfârșitul operațiunilor de foraj, sosirea în stația Vostok a reprezentantului special al președintelui Federației Ruse, membru al Consiliului Federației, celebrul explorator polar Artur Chilingarov [23] .
Pe 5 februarie 2012, la o adâncime de 3769,3 metri, oamenii de știință au finalizat forajul și au ajuns la suprafața lacului subglaciar [24] .
Conform noii tehnologii, se creează în mod preliminar efectul de subcompensare a presiunii coloanei de fluid de foraj în puț, în urma căruia, din cauza diferenței de presiune, apa din lac după penetrare crește cu cantitatea de presiune subcompensată și îngheață în siguranță în puț. Apoi, în sezonul următor, se forează, iar această apă proaspăt înghețată este trimisă la laboratoare științifice pentru analiză.
— Valery Lukin [25]Pe 10 ianuarie 2013, primul nucleu a fost obținut din gheață transparentă de lac de 2 metri lungime [26] .
Apa lacului, înghețată până la gaură, a fost livrată spre analiză la Laboratorul de Genetică Eucariotă al Institutului de Fizică Nucleară din Sankt Petersburg (PNPI). În septembrie 2012, Serghei Bulat, șeful grupului de crioastrobiologie de la Laboratorul de Genetică Eucariotă, declara: „Au fost găsite patru specii de bacterii care sunt contaminante (microorganisme contaminante). Aceleași bacterii au fost găsite în fluidul de foraj, iar apa lacului de la burghiu a fost spălată cu acest fluid de foraj murdar, încă două tipuri de bacterii din probe au fost găsite la o persoană. Adică nimic interesant. Concluzia generală este următoarea: nu există celule deasupra (în stratul de zăpadă), nu există nici populații de celule în gheața lacului - acolo este lipsită de viață. Apa poate conține ceva” [27] .
În următorul sezon antarctic (decembrie 2012 - ianuarie 2013), până la jumătatea lui mai 2013, miezul de gheață înghețat a fost livrat Rusiei pentru analiză.
La 11 martie 2013, Institutul de Cercetare Arctic și Antarctic din Roshydromet ( AARI ), după ce a examinat probe de apă obținute în mai 2012, a emis o declarație în care afirmă descoperirea unui tip de bacterie necunoscută științei în lacul subglaciar Vostok din Antarctica, care milioane de ani a fost izolat de lumea exterioară cu un strat de gheață de 4 kilometri și care este singurul analog terestru al oceanelor subglaciare ale sateliților lui Jupiter ( Europa , Ganymede , Callisto ) sau Saturn ( Enceladus ). Microbii care sunt chemolitoautotrofe pot trăi în lac , extragând energie din reacțiile redox, mai degrabă decât din materie organică. Dacă biologii confirmă realitatea descoperirii lor (probe de apă mai curată vor fi disponibile pentru cercetare în mai 2013, iar noi probe de apă din straturile apropiate de suprafață ale lacului Vostok vor fi prelevate nu mai devreme de decembrie 2013), atunci lumea științifică va fi capabil să înceapă studierea bacteriilor care pot exista pentru prima dată.în cele mai extreme condiții, inclusiv în oceanele subglaciare ale Europei și Enceladus [28] .
În iulie 2013, au fost publicate rezultatele unui studiu metagenomic al probelor de gheață din foraj . A fost posibilă izolarea a 3507 secvențe unice de ADN din probe , pentru 1623 dintre care a fost stabilită afilierea taxonomică (la gen sau specie). Aproximativ 94% dintre secvențe aparțin bacteriilor , 6% eucariotelor (majoritatea ciupercilor ) și doar două arheilor . Mai multe secvențe aparțin metazoarelor ( rotifere , moluște , artropode ). Deoarece unele dintre bacteriile găsite sunt paraziți de pești, cercetătorii sugerează că peștii pot trăi în lac [29] . Criticii (inclusiv Sergey Bulat, menționat mai sus) spun că majoritatea probelor sunt probabil contaminate sau conțin rămășițe de organisme care au murit cu mult timp în urmă și au fost conservate doar datorită unui strat gros de gheață. Găsind animale atât de complexe precum peștii în condițiile extreme ale lacului, ei consideră extrem de puțin probabil [30] .
Următoarea etapă, pătrunderea în lac cu studiul său prin instrumente, a fost planificată pentru 2013-2014 [25] , însă, a doua pătrundere a avut loc abia pe 25 ianuarie 2015, la ora 13:12, ora Moscovei . A doua fântână s-a dovedit a avea 3769,15 m adâncime, adică cu 15 centimetri mai puțin decât prima. Discrepanța se explică printr-o oarecare abatere de la trunchiul original. De data aceasta, lacul va fi etanșat cu un dop de gheață, astfel încât să existe acces constant la el. Studiul sistematic al lacului este planificat să înceapă în 2016 [31] .
Ghețarul din zona Lacului Vostok are o pantă de zece ori mai mică decât în zonele învecinate. La vest de platou are loc o înălțare bruscă (așa-numita Creasta (Cresta) î.Hr.), iar spre est are o coborâre la fel de bruscă. Această structură este tipică pentru rafturile de gheață . Aceasta a servit ca o altă confirmare a ipotezei existenței lacului.
În 2008, lucrările geofizice la sol, care erau în desfășurare din 1995, au fost finalizate. În timpul interpretării tuturor datelor disponibile, inclusiv materialelor din studii străine, a fost întocmită cea mai detaliată hartă a coastei lacului, au fost determinate caracteristicile morfometrice ale bazinului său și ghețarului care acoperă lacul.
Grosimea gheții în diferite părți ale lacului variază de la 3800 m în nord până la 4250 m în sud, diferența de înălțime a interfeței este de 450 m, în timp ce la suprafața ghețarului diferența de înălțime este de doar aproximativ 40 m. îngheață. Marcajele absolute ale secțiunii apă-gheață sunt de la -600 m în partea de nord până la -150 m în sud.
Suprafața lacului subglaciar Vostok este de 15.790 km². În zona sa de apă au fost identificate 11 insule de gheață , cu o suprafață totală de 365 km². Suprafața celui mai mare dintre ele este de 175 km². Pe drum spre lacurile din jur. În teritoriile de Est, au fost identificate 56 de rezervoare subglaciare izolate. Cel mai mare dintre ele are o suprafață de 129 km². [9]
Lacul este împărțit în două părți de o creastă subacvatică. Adâncimea părții de nord este de aproximativ 400 m, cea de sud este de aproximativ 800 m; adâncimea deasupra crestei este de aproximativ 200 m.
Studii recente au arătat că, ca urmare a acțiunii forțelor de maree , suprafața apă-gheață oscilează cu o amplitudine de 1-2 cm. Acest fenomen determină amestecarea apei și poate fi esențial pentru supraviețuirea microorganismelor.
Ecosistemul lacului aparține ecosistemelor subglaciare (sub gheață), care se caracterizează printr-un grad extrem de ridicat de oligotrofie , adică o concentrație scăzută de nutrienți - astfel de ecosisteme sunt cele mai oligotrofe sisteme de pe Pământ. Motivul acestei stări de lucruri sunt următorii factori:
Astfel, dacă există viață în adâncurile lacului, atunci acesta poate forma un ecosistem numai dacă există un aflux de energie sub formă chimică (substrat anorganic redus) suficient pentru sinteza nefotosintetică a materiei organice, adică organismele chemosintetice ar trebui să fie verigile inițiale în lanțurile trofice ale ecosistemului . Un posibil analog ar putea fi ecosistemele afloririlor abisale de fluide hidrotermale mineralizate ( fumători alb - negru ) legate de falii din scoarța terestră.
Cu toate acestea, prezența sau absența surselor unor astfel de substraturi depinde în mare măsură de natura geologică a Estului, care în prezent nu este clară. Acum (2005) există două ipoteze cu privire la natura sa:
Particularitatea Estului este „înghețarea de sus”, adică înghețarea gheții formate de straturile superioare de apă de la poalele ghețarului care o acoperă. Desigur, aceste straturi înghețate au devenit obiectul cercetării pentru a determina abundența și compoziția microflorei lacului.
Rezultatele analizei probelor de gheață din astfel de straturi înghețate sunt foarte contradictorii: în multe, se remarcă o concentrație de celule bacteriene de 100-10.000 de bacterii pe cm³, apropiată de concentrația de celule din gheața care acoperă straturile înghețate, în unele. se remarcă o concentraţie mai mare.
De asemenea, studiile profilurilor ADN sunt ambigue. În unele probe, acestea sunt similare cu profilurile ADN ale gheții de deasupra; cu toate acestea, unii cercetători au arătat prezența secvențelor de ADN apropiate de ADN-ul bacteriilor termofile și chimiotrofe , ceea ce poate indica prezența focarelor de activitate geotermală în lac. .
Analiza primelor probe de apă ale lacului a fost efectuată timp de aproximativ un an, după care, în martie 2013, s-a anunțat că a fost descoperită o nouă clasă de bacterii rezistente la îngheț [32] (printre acestea W123-10 ).
Condițiile din rezervorul subglaciar pot fi apropiate de condițiile de pe Pământ în timpul Proterozoicului târziu (acum 750–543 milioane de ani), când glaciațiile globale ale suprafeței pământului au avut loc de mai multe ori, cu o durată de până la 10 milioane de ani ( Snowball Earth ).
Experiența de explorare a lacului poate fi utilă în studiul lunilor lui Jupiter Europa și Callisto , precum și al lunii lui Saturn Enceladus , pe care, conform unor ipoteze, există formațiuni similare. Există deja misiuni planificate pentru explorarea oceanelor subglaciare extraterestre, precum JIME , EJSM , Laplace-Europe P [33] [34] . Acesta poate deveni unul dintre cele mai promițătoare proiecte în căutarea vieții extraterestre [35] .
În romanul fantastic al lui Charles Strauss , A Very Cold War, o parte a acțiunii are loc în Lacul Vostok, unde sunt descoperite un portal interplanetar și forme de viață neobișnuite.
În romanul științifico-fantastic al lui Vasily Golovachev „Atlantarctica”, Lacul Vostok joacă un rol central, deoarece conține o structură funcțională a vechilor antarctici-atlanți, capabilă să influențeze la nivel global realitatea fizică a Pământului, ceea ce provoacă un conflict de interese între Ruși și americani, fiecare dintre ei încearcă să fie primii care ajung la puternicul artefact.
Lacurile subglaciare din Antarctica | |
---|---|