jezero | |
Východní | |
---|---|
Morfometrie | |
Rozměry | 260 [1] × < 50 [1] km |
Náměstí | 15 790 km² |
Hlasitost | 5400 [2] km³ |
Pobřežní čára | 1010 km |
Největší hloubka | přes 1200 m |
Umístění | |
78°28′00″ jižní šířky sh. 106°48′00″ východní délky e. | |
Kontinent | |
Kraj | Východní Antarktida |
![]() | |
Mediální soubory na Wikimedia Commons |
Vostok [1] je největší subglaciální jezero v Antarktidě [3] [4] [5] [6] [7] .
Jezero Vostok se nachází v oblasti antarktické stanice „ Vostok “ (77° j. š., 105° v. d.) pod ledovým příkrovem o tloušťce cca 4000 m a má rozměry cca 250 × 50 km. Odhadovaná plocha je 15,5 tisíc km². Hloubka je více než 1200 m. Objem vody je asi 5400 km³ [2] .
Jezero Vostok je unikátní především tím, že mohlo být několik milionů let izolováno od okolního prostředí. Čtyřkilometrový ledový krunýř nad ním sloužil jako přirozený izolant jezera. Podle vědců mohou živé organismy žít ve vodách jezera, protože obsahuje všechny faktory nezbytné pro život:
Jezero dostalo svůj název podle sovětské (dnes ruské, s mezinárodní posádkou) vědecké stanice Vostok , která v oblasti funguje od roku 1957.
Objev jezera Vostok je jedním z největších geografických objevů druhé poloviny 20. století.
Celkem bylo v roce 2007 v Antarktidě objeveno více než 140 subglaciálních jezer.
Existenci tohoto jezera, stejně jako dalších subglaciálních jezer, na základě výzkumných dat a teoretických zdůvodnění předpověděl Andrei Kapitsa již v letech 1955-1957, ale má se za to, že k samotnému objevu došlo relativně nedávno, v roce 1996, díky úsilí ruských polárníků.
Myšlenka, že při velmi velké tloušťce ledovce se teplota na jeho spodní hranici může rovnat teplotě tání ledu, je známá již od konce 19. století. Vyplývá to z myšlenek Petera Kropotkina , který věřil, že v tloušťce velkých, studených ledovců shora, kde dočasné kolísání teploty neovlivňuje, roste lineárně s hloubkou, jak se to děje ve vrtech vrtaných v jiných horninách.
Na základě tohoto postoje již v 50. letech oceánolog Nikolaj Zubov zavedl koncept kritické tloušťky ledovce, při které je na jeho dně dosaženo teploty tání ledu (při vhodném tlaku ). Byl první, kdo navrhl, že neobvykle silné vnitrozemské ledové příkrovy nalezené při prvních seismických průzkumech ledovců v Antarktidě mohou způsobit existenci vody v nižších částech, i když je teplota ledu na povrchu velmi nízká.
V roce 1955 publikoval anglický glaciolog Gordon Robin klasickou práci, ve které ukázal, že teplotní pole se tvoří v tlustých antarktických ledovcích pod silným vlivem vertikálního přenosu chladu padajícími ledovými částicemi a není v žádném případě lineární. Zubovský přístup proto nelze použít k posouzení podmínek v hlubinách takových ledovců.
V roce 1961 Igor Zotikov provedl termofyzikální výpočty založené na řešení rovnice vedení tepla v ledovci, považovaném za pohybující se tekutinu. Počítalo se i s konvekčním přenosem chladu shora dolů . Na tomto základě jsou analyzována data o ledové pokrývce střední části východní Antarktidy získaná během prvních čtyř sovětských antarktických expedic (SAE) a je ukázáno, že podél profilu od stanice Mirnyj ke stanici Vostok a dále k jižnímu geografickému pólu , centrální oblasti ledové pokrývky Antarktidy jsou v podmínkách, kdy je odvod tepla ze spodního povrchu ledovce směrem nahoru díky jeho velké tloušťce velmi malý. V tomto ohledu musí být část geotermálního toku neustále vynakládána na nepřetržité tání poblíž hranice ledového a pevného lože. Ve stejných pracích bylo prezentováno teplotní pole vypočítané z výše uvedených úvah přes celou tloušťku ledu pod stanicí Vostok a ukázalo se, že teplota ledu na jeho spodní hranici je rovna teplotě tání (−2 °C) na loži. tlak vyšší než 300 atmosfér. Závěr: voda z tajícího ledu ve formě relativně tenkého filmu je vytlačována do míst, kde je tloušťka ledovce menší, a tam opět zamrzá a pohybuje se k okrajům ledovce již ve formě ledu. V izolovaných prohlubních spodního ledového dna se tato voda může hromadit ve formě jezer pod nejtlustší centrální částí antarktického ledového příkrovu.
Vznikla tak hypotéza, že pod ledem Antarktidy, na ploše téměř rovné Evropě , se rozlévá moře sladké vody. Musí být bohatý na kyslík , který dodávají vrchní vrstvy ledu a sněhu postupně klesající do hlubin. A velmi dobře se může stát, že v tomto subglaciálním jezeře je život. Byla sestavena vypočítaná mapa oblastí kontinuálního tání v blízkosti dna ve střední části ledového příkrovu Antarktidy. Z mapy vyplynulo, že stanice Vostok , Amundsen-Scott , Baird se nacházejí v oblastech, kde dochází ke souvislému tání na dně, a lze očekávat, že zde existují subglaciální jezera.
Poprvé bylo skutečné potvrzení hypotézy I. A. Zotikova získáno v důsledku vrtání nejhlubšího vrtu v 60. letech (více než dva kilometry) na americké stanici Baird , která patřila do oblasti, kde mělo docházet k subglaciálnímu tání. . Když se vrták dostal na dno ledovce, do studny se nahrnula čerstvá voda.
Poznání skutečnosti neustálého tání dna a subglaciální vody v centrální části Antarktidy následně vytvořilo nové přístupy k rekonstrukci čtvrtohorních ledových příkrovů, hledání akumulací nerostů (zejména ropy a plynu) vytlačených k okrajům ledovců voda se stala hlavním teoretickým faktorem při zamítnutí projektu likvidace radioaktivního odpadu.odpad na dně ledového příkrovu ve střední Antarktidě.
Seismické sondování ledové pokrývky pod stanicí Vostok, provedené pod vedením Andrei Kapitsy v letech 1959 a 1964, umožnilo určit její tloušťku. Zároveň se ukázalo, že kromě hlavního vrcholu odrazu od dna ledovce byl v přijímacím signálu detekován ještě jeden. Poté byl interpretován jako odraz od spodní hranice vrstvy sedimentárních hornin pod ledovcem. Později bylo navrženo, že se jedná o odrazový signál z hranice ledu a vody.
V období 1971-1978 prováděl Scott Institute of Polar Research profilování vzdušného radaru. Jeho údaje jasně naznačovaly přítomnost subglaciálního rezervoáru mimořádné velikosti. V sezóně 33. RAE, 7. listopadu 1987, v rámci drobných vzdušných geofyzikálních průzkumů PMGE ve střední Antarktidě prolétl letoun Il-18 na trase stanice Molodyožnaja - Hory prince Charlese - stanice Vostok - Stanice Molodyozhnaya. Při přiblížení ke stanici Vostok byly zaznamenány odrazy podobné odrazům od ledových šelfů. V roce 1995 (41 RAE), po setkání v Cambridge, PMGE spolu s RAE zahájily systematické studium tohoto přírodního objektu pomocí pozemních geofyzikálních metod. Počátek byl položen seismickým sondováním metodou odražených vln (SRM), poté se od roku 1998 v kombinaci s nimi začalo provádět pozemní radarové profilování. Účelem těchto prací bylo určit morfometrické charakteristiky jezera Vostok jako geografického objektu [9] .
Vrtání vrtu zvaného 5G za účelem paleoklimatického výzkumu zahájili v roce 1989 výzkumníci společné expedice sovětských , francouzských a amerických vědců na stanici Vostok . Od hloubky 3539 m dosažené v roce 1996 se chemické a izotopové složení ledu a jeho krystalografická struktura výrazně změnily - ukázalo se, že tento led je zamrzlá voda subglaciálního jezera. Na výzkumu se podílí šest vědeckých skupin, které zahrnují pracovníky výzkumných ústavů a univerzit dvou zemí – Ruska a Francie. V roce 2004 Rusko podepsalo Dohodu s Francií o založení Evropské výzkumné asociace (ENIO), jejímž účelem je „vytvořit archiv klimatických a biologických dat, provádět exobiologické studie antarktických subglaciálních jezer na základě studie ledových jader z východní Antarktidy“ [10] .
Do roku 1999 byly vrty provedeny do hloubky 3623 m. Vzorky ledu z této hloubky byly staré asi 430 tisíc let, takže se předpokládá, že jezero bylo zablokováno ledem před nejméně 500 tisíci lety.
Vrty byly pozastaveny v roce 1999 přibližně 120 m od navrhované hladiny jezera, aby se zabránilo znečištění vody , které by mohlo poškodit jedinečný ekosystém jezera . Obavy z aplikovaných vrtných metod byly v tomto ohledu opakovaně vyjadřovány zejména zahraničními organizacemi a vědci [11] [12] [13] , a to i z politických důvodů [14] . Označuje použití petroleje, freonu a etylenglykolu při vrtání studny a možnost jejich vniknutí do jezera. Ruští experti namítají, že technika vrtání je bezpečná, schválená na 26. poradním zasedání smlouvy o Antarktidě v Madridu v roce 2003 [11] a již byla testována v Grónsku [15] .
V roce 2003 byla v Hornickém institutu v Petrohradě vyvinuta nová technologie a v roce 2006 byly obnoveny hlubinné vrtné práce.
V rámci 52. ruské antarktické expedice (2006-2007) byly na konci prosince 2006 obnoveny vrty a z hloubky 3650,43 metrů bylo získáno první ledové jádro .
Celkem za sezónní práce v letech 2006-2007. plánovalo se vytěžit 75 metrů ledového jádra. Kvůli technické poruše navijáku a lanka však musel být tepelný vrtný projektil zastaven na zhruba 3665 metrech - k hladině jezera zbývalo ještě asi 85 metrů (chyba ve výpočtech je plus minus 20 m). Odběr vzorků vody ze subglaciálního jezera Vostok byl plánován jako součást Mezinárodního polárního roku v sezóně 2008-2009 [10] .
V antarktické sezóně 2008 došlo opět k nehodě – ulomila se vrtná souprava. V lednu 2009 ruští vrtaři, kteří dokončili všechny potřebné přípravné práce k rozšíření průměru ledové díry, zahájili operaci k „zachycení“ vrtáku, aby jej mohli zvednout na povrch.
Podle informací 54. ruské antarktické expedice ze dne 22. ledna 2009 pokračovaly ledovcové vrty na stanici Vostok . Po rozšíření vrtu na 138 mm bylo do zóny dna vrtu dodáno 300 litrů etylenglykolu a bylo připraveno zařízení pro vytažení nouzové střely. Po těchto opatřeních však zatím nebyl pozorován postup nouzové střely. Pokud se střela nepohne, vrtání začne obcházet z hloubky 3580 m - na hladinu jezera zůstane 170 metrů [16] .
22. března 2010 šéf Roshydrometu Alexander Frolov poznamenal, že se plánuje průnik do vod jezera v zimě 2010-2011, kdy bude na jižní polokouli léto [17] .
K 3. únoru 2011 byla hloubka vrtu 3714,24 m [18] .
Přesná hloubka ledovce není známa, přibližná hloubka je od 3730 do 3770 metrů. Při současné rychlosti vrtů 2,2 metru za den by průnik do jezera trval dalších 16 až 32 dní. Spolu s koncem letní sezóny v Antarktidě na konci února byly však práce odloženy do prosince 2011, 7. února 2011 byl vrt zakonzervován do příštího roku. Vrtný projektil byl zastaven na přibližně 3720 metrech [19] .
Bylo plánováno, že v prosinci 2011 vědci znovu navrtají čerstvý led získaný přímo z jezerní vody, dají ho k rozboru geochemikům, krystalografům a mikrobiologům a tam se práce zase zastaví. V prosinci 2011 dorazila na místo nová expedice vedená profesorem Nikolajem Vasiljevem [20] .
V 11 hodin dne 12. ledna 2012 dosáhla hloubka vrtu 3737,5 metru. Vrtání probíhalo nepřetržitě - v letošní sezóně ruští polárníci očekávali otevření ledovce a průnik do subglaciálního jezera Vostok. K cíli zbývalo něco málo přes tucet metrů [21] .
Ve dnech 17. – 19. ledna byly vrty zastaveny za účelem provedení geofyzikálních měření a pomocných prací. Specialisté pořídili videozáznam vrtu pomocí speciální hlubinné kamery s rybím okem a IR přísvitem. Spodní část vrtu byla vyvrtána a spodní část vrtu byla kalibrována v intervalu 3680-3719 metrů [22] . Koncem ledna, ke konci vrtných operací, příjezd na stanici Vostok zvláštního představitele prezidenta Ruské federace, člena Rady federace, slavného polárníka Artura Chilingarova [23] .
5. února 2012 vědci v hloubce 3769,3 metru dokončili vrty a dostali se na povrch subglaciálního jezera [24] .
Podle nové technologie se předběžně vytváří efekt podkompenzace tlaku sloupce vrtné kapaliny ve vrtu, v důsledku čehož vlivem rozdílu tlaků voda z jezera po průniku stoupne o množství podkompenzace tlaku a bezpečně zamrzne ve studni. V další sezóně se pak vrtá a tato čerstvě zmrzlá voda se posílá do vědeckých laboratoří k analýze.
— Valery Lukin [25]10. ledna 2013 bylo získáno první jádro z průhledného jezerního ledu dlouhého 2 metry [26] .
Voda z jezera, zamrzlá až po vrt, byla dodána k analýze do Laboratoře eukaryotické genetiky Petrohradského institutu jaderné fyziky (PNPI). V září 2012 Sergej Bulat, vedoucí kryoastrobiologické skupiny v Eukaryotic Genetics Laboratory, uvedl: „Byly nalezeny čtyři druhy bakterií , které jsou kontaminanty (kontaminující mikroorganismy). Ve vrtné kapalině byly nalezeny stejné bakterie a touto špinavou vrtnou kapalinou byla opláchnuta jezerní voda z vrtáku, u člověka byly nalezeny další dva druhy bakterií ze vzorků. Tedy nic zajímavého. Obecný závěr je tento: nahoře (ve sněhové pokrývce) nejsou žádné buňky, ani v jezerním ledu nejsou žádné buněčné populace – je tam bez života. Voda může něco obsahovat“ [27] .
V další antarktické sezóně (prosinec 2012 - leden 2013), do poloviny května 2013, bylo zmrzlé ledové jádro dodáno do Ruska k analýze.
11. března 2013 Arctic and Antarctic Research Institute of Roshydromet ( AARI ), po prozkoumání vzorků vody získaných v květnu 2012, vydal prohlášení o objevu vědě neznámého typu bakterií v subglaciálním jezeře Vostok v Antarktidě, který po miliony let byla izolována od vnějšího světa 4kilometrovou vrstvou ledu a která je jedinou pozemskou obdobou subglaciálních oceánů satelitů Jupiteru ( Evropa , Ganymede , Callisto ) nebo Saturnu ( Enceladus ). Mikrobi, kteří jsou chemolithoautotrofy , mohou žít v jezeře a získávat energii z redoxních reakcí spíše než z organické hmoty. Pokud biologové potvrdí realitu svého objevu (čistší vzorky vody budou k dispozici pro výzkum v květnu 2013 a nové vzorky vody z povrchových vrstev jezera Vostok budou odebrány nejdříve v prosinci 2013), bude vědecký svět schopni začít studovat bakterie, které mohou poprvé existovat v nejextrémnějších podmínkách, včetně subglaciálních oceánů Evropy a Enceladu [28] .
V červenci 2013 byly zveřejněny výsledky metagenomické studie vzorků ledu z vrtu . Ze vzorků bylo možné izolovat 3507 unikátních sekvencí DNA , u 1623 z nich byla stanovena taxonomická příslušnost (k rodu nebo druhu). Asi 94 % sekvencí patří bakteriím , 6 % eukaryotům (většina z nich houbám ) a pouze dvě archaeám . Několik sekvencí patří mezi metazoa ( vířníci , měkkýši , členovci ). Protože některé z nalezených bakterií jsou rybí parazité , vědci naznačují, že v jezeře mohou žít ryby [29] . Kritici (včetně výše zmíněného Sergeje Bulata) tvrdí, že většina vzorků je pravděpodobně kontaminována nebo obsahuje pozůstatky organismů, které již dávno zemřely a byly zachovány pouze díky silné vrstvě ledu. Nalezení tak složitých živočichů, jako jsou ryby, v extrémních podmínkách jezera považují za krajně nepravděpodobné [30] .
Další etapa, průnik do jezera s jeho studiem pomocí přístrojů, byla plánována na roky 2013-2014 [25] , nicméně druhý průnik se uskutečnil až 25. ledna 2015 ve 13:12 moskevského času . Druhý vrt se ukázal být hluboký 3769,15 m, což je o 15 centimetrů méně než první. Nesoulad se vysvětluje určitou odchylkou od původního kmene. Jezírko bude tentokrát utěsněno ledovou zátkou, aby k němu byl neustálý přístup. Systematická studie jezera má začít v roce 2016 [31] .
Ledovec v oblasti jezera Vostok má desetkrát menší sklon než v sousedních oblastech. Na západ od náhorní plošiny dochází k prudkému stoupání (tzv. Ridge (Hřeben) př. n. l.) a na východ stejně prudké klesání. Tato struktura je typická pro ledové police . To posloužilo jako další potvrzení hypotézy o existenci jezera.
V roce 2008 byly dokončeny zemní geofyzikální práce, které probíhaly od roku 1995. Při interpretaci všech dostupných dat, včetně materiálů ze zahraničních studií, byla sestavena nejpodrobnější mapa pobřeží jezera, byly stanoveny morfometrické charakteristiky jeho pánve a ledovce pokrývajícího jezero.
Tloušťka ledu v různých částech jezera se pohybuje od 3800 m na severu do 4250 m na jihu, výškový rozdíl rozhraní je 450 m, zatímco na povrchu ledovce je výškový rozdíl jen asi 40 m. zamrzne. Absolutní značky vodního ledového úseku jsou od -600 m v severní části do -150 m na jihu.
Rozloha subglaciálního jezera Vostok je 15 790 km². V jeho vodní ploše bylo identifikováno 11 ledových ostrovů o celkové rozloze 365 km². Rozloha největší z nich je 175 km². Po cestě k okolním jezerům. Na východních územích bylo identifikováno 56 izolovaných subglaciálních nádrží. Největší z nich má rozlohu 129 km². [9]
Jezero je rozděleno na dvě části podvodním hřebenem. Hloubka severní části je asi 400 m, jižní asi 800 m; hloubka nad hřebenem je asi 200 m.
Nedávné studie ukázaly, že v důsledku působení slapových sil povrch vodního ledu osciluje s amplitudou 1-2 cm.Tento jev způsobuje míšení vody a může být nezbytný pro přežití mikroorganismů.
Ekosystém jezera patří k subglaciálním (podledovým) ekosystémům, které se vyznačují extrémně vysokým stupněm oligotrofie , tedy nízkou koncentrací živin - takové ekosystémy jsou nejvíce oligotrofními systémy na Zemi. Důvodem tohoto stavu věcí jsou následující faktory:
Pokud je tedy v hlubinách jezera život, pak může tvořit ekosystém pouze tehdy, je-li příliv energie v chemické formě (redukovaný anorganický substrát) dostatečný pro nefotosyntetickou syntézu organické hmoty, tzn. chemosyntetické organismy by měly být počátečními články v potravních řetězcích ekosystému . Možným analogem by mohly být ekosystémy hlubinných výchozů mineralizovaných hydrotermálních tekutin ( černobílí kuřáci ) vázaných na zlomy v zemské kůře.
Přítomnost nebo nepřítomnost zdrojů takových substrátů je však velmi závislá na geologické povaze východu, což v současnosti není jasné. Nyní (2005) existují dva předpoklady o jeho povaze:
Zvláštností Východu je „zamrzání shora“, tedy zamrzání ledu tvořeného horními vrstvami vody na úpatí ledovce pokrývajícího jej. Tyto zmrzlé vrstvy se přirozeně staly předmětem výzkumu, který měl určit početnost a složení mikroflóry jezera.
Výsledky analýzy vzorků ledu z takto zmrzlých vrstev jsou velmi rozporuplné: v mnoha případech je zaznamenána koncentrace bakteriálních buněk 100–10 000 bakterií na cm³, která se blíží koncentraci buněk v ledu pokrývajícím zmrzlé vrstvy. je zaznamenána vyšší koncentrace.
Také studie profilů DNA jsou nejednoznačné. V některých vzorcích jsou podobné profilům DNA nadložního ledu; někteří výzkumníci však prokázali přítomnost sekvencí DNA blízkých DNA termofilních a chemotrofních bakterií, což může naznačovat přítomnost ložisek geotermální aktivity v jezeře .
Analýza prvních vzorků vody jezera probíhala zhruba rok, poté bylo v březnu 2013 oznámeno, že byla objevena nová třída mrazuvzdorných bakterií [32] (mezi nimi W123-10 ).
Podmínky v subglaciální nádrži se mohou blížit podmínkám na Zemi během pozdního proterozoika (před 750–543 miliony let), kdy několikrát došlo ke globálnímu zalednění zemského povrchu, trvajícím až 10 milionů let ( Snowball Earth ).
Zkušenosti z průzkumu jezera mohou být užitečné při studiu Jupiterových měsíců Europa a Callisto , stejně jako Saturnova měsíce Enceladus , na kterém se podle některých hypotéz nacházejí podobné útvary. Již nyní jsou plánovány mise na průzkum mimozemských subglaciálních oceánů, jako jsou JIME , EJSM , Laplace-Europe P [33] [34] . To se může stát jedním z nejslibnějších projektů při hledání mimozemského života [35] .
Ve fantasy románu Charlese Strausse Velmi studená válka se část děje odehrává v jezeře Vostok, kde je objeven meziplanetární portál a neobvyklé formy života.
Ve sci-fi románu Vasilije Golovačeva „Atlantarktida“ hraje jezero Vostok ústřední roli, protože obsahuje funkční strukturu starověkých antarktických Atlanťanů, schopných globálně ovlivňovat fyzickou realitu Země, což způsobuje střet zájmů mezi Rusové a Američané, z nichž každý se snaží být první, kdo se dostane k mocnému artefaktu.
Subglaciální jezera Antarktidy | |
---|---|