HVORFOR POLARER FRA RUSLAND OPDAGER EN ANTENT SØGE UNDER ICE I ANTARCTIDA, OG HVORFOR ER FLYGTER TIL JUPITER HER
Den 25. januar borede medlemmer af den russiske antarktiske ekspedition en brønd ind i relikvisøen Vostok, som var blevet isoleret fra omverdenen i millioner af år. Måske er denne sø hjemsted for "fremmede" organismer, i modsætning til hvad der er kendt i dag, men ligner dem, der kan eksistere i de subglaciale oceaner i Jupiters måner - Europa eller Ganymede.
Formelt er dette det andet succesrige forsøg, første gang en brønd blev boret i søen i 2012 - og straks blokeret. Denne gang kanalen mellem søen og overfladen holdes åben i lang tid, og forskere vil være i stand til at finde ud af, om nogen lever i evigt mørke under fire kilometer is - i vandet eller i bunden af den underligste sø i verden.
Medmindre dette program er lukket. På grund af den kraftige stigning i dollarkursen er selve arbejdet for russiske polfarere i Antarktis i tvivl, og beslutningen om at fortsætte FTP "World Ocean", hvorfra mange videnskabelige projekter i Arktis og Antarktis blev finansieret, er endnu ikke truffet. Det er muligt, at et af de største videnskabelige projekter i Sovjetunionen og Rusland, der blev startet i 1957, vil blive frosset lige før det begynder at give virkelig sensationelle og kritiske resultater. Der er en risiko for, at den første generation af russiske astrobiologer aldrig vil krydse denne tærskel.
***
Hele historien begyndte for mere end et halvt århundrede siden, da i december 1957 nåede et slædetraktortog ledet af den kommende akademiker Alexei Treshnikov centrum af det iskolde kontinent, til det punkt, hvor Vostok-station blev oprettet. Det blev navngivet det til ære for slyngen "Vostok" - Thaddeus Bellingshausens sejlskib, hvorpå han sejlede for at opdage Antarktis i 1819.
Du er nødt til at forestille dig, hvad det er - Østen. Den nærmeste kyst er 1260 kilometer herfra, og den nærmeste station Mirny er 1410 kilometer. Selv om sommeren stiger temperaturen ikke over 35 grader under nul, og rekordvarmen er minus 14 grader. Faktisk er her jordens kolde pol, i øst blev der registreret en temperaturrekord - 89,2 grader under nul. Luften her er ekstremt tør, den evige kulde fryser al fugt fra luften. Samtidig ligger stationen næsten i centrum af den gigantiske antarktiske gletsjer, i en højde af cirka 4 tusind meter. Det betyder, at der tilføjes hypoxi til ørkenens tørhed og frost - manglen på ilt, som folk normalt står overfor i bjergene.
I 1960'erne skulle isen bores med en miniature atomreaktor, der ville have smeltet breen igennem og igennem.
Salgsfremmende video:
Du kan kun komme hit om sommeren: om vinteren i den polare nat kan fly ikke komme hit. Alvorlige laster - for det meste tønder dieselolie til et dieselkraftværk - transporteres på slædetraktorer.
Hvad bragte det sovjetiske folk ind i denne frygtelige iskaldte ørken? At sige, at kun videnskabelig interesse er bedragersk. Arbejdet med forskningsstationer i ingenmannsland og demilitariserede Antarktis er noget som en "visning af flag" i havet. Vi er nødt til at vise: vi er her, dette er vores sektor, der er tildelt os under Antarktis-traktaten, og ingen kan besætte den og drage fordel af vores fravær.
I 1960 på Vostok station begyndte boringen af gletsjeren - ved hjælp af hjemmelavede termiske boreskaller var det muligt at trænge ned til en dybde på 50 meter. Et projekt blev overvejet til boring gennem is ved hjælp af en miniatyr-atomreaktor, som skulle smelte gennem gletsjeren. Boringen begyndte for alvor i 1967, da fagfolk fra Leningrad Mining Institute ankom i øst. Den første brønd blev boret i isen, 560 meter dyb.
Så vidste ingen om Vostok-søens eksistens - videnskabsmænd borede for at få en iskerne, det vil sige en issøjle. Gletscher i centrum af Antarktis vokser langsomt, hvis du borer en brønd og får en kerne, vil du have is i dine hænder hundreder af tusinder af år gammel. Hver luftboble i sådan is er noget som en flue i rav, en bevaret gammel artefakt, der tillader en at bedømme atmosfærens tilstand i den dybe fortid. Derfor betragtes iskernen fra Vostok station som en af de vigtigste kilder til data om klimaets historie på Jorden.
I 1998, da 5G-1-brønden i øst nåede en dybde på 3623 meter, opnåede forskere en kontinuerlig række klimadata i 420 tusind år. Det viste sig, at der i løbet af denne periode var fire istider på Jorden, ledsaget af et fald i koncentrationen af kuldioxid i atmosfæren, og det blev konstateret, at den nuværende koncentration af kuldioxid er et rekordhøjt over de sidste halve million år. Teorien om global opvarmning voksede ud af netop sådanne observationer. Dataene fra Østen blev senere udvidet og bekræftet med data fra andre iskerneprojekter, herunder EPICA Antarktis europæiske projekt og lignende projekter i Grønland.
***
I slutningen af 1980'erne erhvervede polfarere et nyt mål - Vostok-søen. Denne gigantiske subglacial sø kan sammenlignes i størrelse med delstaten Qatar (eller en tredjedel af Baikal), og den kaldes den sidste store geografiske opdagelse på Jorden i historien. Men denne opdagelse blev ikke fundet natten over. Tilbage i 1876 skrev prins Peter Kropotkin - han var ikke kun en anarkist, men også en professionel geograf - at temperaturen i de nedre lag af kraftige gletsjere kan stige meget under pres: det er med andre ord varmt under den polære is. I de tidlige 1960'ere beregnet sovjetiske videnskabsmænd, at istemperaturen i bunden af den antarktiske gletsjer kan overstige smeltepunktet, hvilket betyder, at der kan forekomme ophobninger af smeltevand på den kontinentale leje.
De første antydninger om Vostok-søens eksistens under et islag dukkede op, da sovjetiske videnskabsfolk, ledet af geografen fra Moskva State University, Andrei Kapitsa (søn af Nobelprisen Pyotr Kapitsa og bror til Sergei Kapitsa), ledede seismisk lyd fra gletsjeren, i 1959 og 1964. Derefter videnskabsmænd var i stand til at måle dens tykkelse, og ud over reflektionen fra bunden af gletsjeren, så de et andet signal, som de tog uden for grænsen til laget af sedimentære klipper under gletsjeren. Vi forstår nu, at disse "sedimentære klipper" var søvand.
I midten af 1970'erne opdagede britiske videnskabsfolk, som et resultat af radar-lyd fra en gletsjer i centrum af Antarktis, områder med "flad" reflektion. Derefter blev der for første gang fremført en hypotese om, at dette er en afspejling fra "is-vand" -grænsen. Det største sådanne sted blev fundet nær Vostok station.
I 1996 sammenfattede Andrei Kapitsa, Igor Zotikov fra Institut for Geografi fra det russiske videnskabsakademi og deres britiske kolleger i en artikel offentliggjort i tidsskriftet Nature, alle radar- og satellitobservationer og gjorde den endelige konklusion - på en dybde på cirka fire kilometer under isen er der en sø med et samlet areal på ca. 10 tusind kvadratkilometer og en gennemsnitlig dybde på cirka 125 meter.
Der er en kold pol på Vostok station. Det var her den laveste temperatur på Jorden blev registreret - minus 89,2 grader celsius.
***
På det tidspunkt var brønd 5G-1 blevet boret til en dybde på 3100 meter og i 1998 - til en dybde på 3623 meter. Ifølge beregninger forblev omkring 120 meter tilbage til Vostok-søen. Men boringen blev standset efter anmodning fra Den Internationale Videnskabelige Komité for Antarktis Forskning (SCAR). Russiske polfarere måtte præsentere en "miljøvenlig teknologi", der ville udelukke indtrængen af ekstern forurening i relikatsøen.
Pausen blev trukket i otte år. I løbet af denne tid forlod franske og amerikanske forskere, der deltog i boring og paleoklimatiske studier (og modtog en tredjedel af kerneprøven) projektet, og boreprojektet blev et nationalt russisk projekt.
***
Hvordan ikke at forkæle søen? Det er ikke mindre vanskeligt at bore så dybe huller i en gletsjer end klippe. Brønden, overladt til sig selv, vil hurtigt "flyde" og forsvinde, du er nødt til at gøre en særlig indsats, så boret ikke fryses ned i isen, ikke sidder fast i den. I løbet af den 40-årige historie i øst er adskillige boreskaller tabt, sidder fast i dybden eller frosset ned i isen.
For at bevare brønden blev den fyldt med en borevæske - en blanding af luftfarinens fotogen og freon, som forhindrede brønden i at fryse. Væggene i den øverste del af brønden blev forstærket med plastikforingsrørstrenge. SCAR frygtede, at borevæsken kunne forurene Vostok-søen, hvis den kommer ind i Vostok-søen.
I 1999 forelagde russiske forskere deres forslag til organiseringen af Antarktis-traktaten. Deres idé var at bruge vandets høje tryk i søen, der flyder oven på næsten fire kilometer is. Hvis mængden af borevæske i brønden ikke er tilstrækkelig til at kompensere for trykket nedenunder, vil søvandet blot skubbe borevæskesøjlen opad og derefter fryse, hvilket danner en naturlig prop mellem søen og omverdenen. For at forhindre direkte kontakt med vand med borevæsken foreslog russiske forskere at bruge en inaktiv "pakning" - et lag af en flydende polymer baseret på silicium, polydimethylsiloxan.
Men internationale eksperter krævede, at effektiviteten af denne metode blev bevist i praksis. Lederen for den russiske antarktiske ekspedition Valery Lukin var indignet:”Vi fik at vide: hvor testede du denne teknologi, har du kun teoretisk udvikling, fundet en anden sø i Antarktis … Men du forstår - for dette skal du oprette en ny separat infrastruktur, dette enorme midler!"
Russiske forskere behøvede dog ikke at lede efter en "testsø". I 2003 nåede det europæiske NGRIP (North Greenland Ice Core Project) en subglacial sø i det nordlige Grønland på en dybde på 3.085 meter. Og penetrationen i søen skete nøjagtigt i henhold til det scenario, der er beskrevet tidligere af russiske specialister: Efter penetrering steg vandet 45 meter op i brønden, og den giftige blanding af parafin og freon kom ikke ind i søen.
I 2004 blev boringen genoptaget - det viste sig, at brønden på syv år ikke var deformeret nok til at starte igen. I 2007, to gange i træk, blev boret fast og løsnet fra kablet i en dybde af 3660 meter. Derfor begyndte boringen i januar 2009 at omgå nødområdet fra en 20-meters højde.
Endelig den 5. februar 2012, på en dybde på 3769,3 meter, nåede boret vandet i søen Vostok. Forskere undervurderede lidt trykket i søen, og søvandet steg gennem brønden omkring 500 meter opad og skubbede borevæsken, der sprøjtede ud af brønden. Efter at have løftet boret faldt de første prøver af søvand blandet med borevæske i hænderne på forskere. Det var denne gulaktige væske, som polfarerne senere havde med sig som en gave til Putin, da de blev inviteret til at mødes med premierministeren i Kreml.
I løbet af de næste to år borede polfarere ud af sø, der er frosset ned i en brønd for at få prøver af frisk søis. Boringen fortsatte i år, med boret i en svag vinkel til brønden for at ramme søen på et andet punkt. Endelig, om aftenen den 25. januar, nåede russiske forskere igen Vostok-søen.
Denne gang blev alt beregnet mere præcist, og søvandet steg kun 45 meter.
”Vi ønskede, at presset praktisk taget var det samme, så vandet ikke steg for højt, og at vandet var et” stik”mellem søen og brønden, som hurtigt kunne bores,” siger Andrei Dmitriev fra St. Petersburg Gorny University, hvorfra sovjet gange udviklede de boreteknologier til Østen. I fremtiden, siger han, vil det være muligt at installere en speciel opvarmet enhed i bunden af brønden, som holder den åben. Gennem disse "porte" vil det være muligt at passere sonder til at undersøge tykkelsen på søen og dens bund.
***
Vostok-søen har været isoleret fra omverdenen i millioner af år, og hvis der er liv i det, er det sandsynligvis helt i modsætning til noget, vi kender i dag. Forholdene der minder dog meget om situationen på en af Jupiters måner - Europa. Et flydende hav er skjult under den tykke isskal i dette himmellegeme. Vandet deri opvarmes af varmen fra Europas tarm, som ikke køler ned på grund af tidevandsvirkningen af Jupiters tyngdekraft.
Chancerne for at finde liv på Europa er endnu større end på Mars, da der ikke har været noget flydende vand på Mars i milliarder af år, men Europa har det nu. På mange måder ligner forholdene i Vostok-søen de "europæiske". Evigt mørke og den mulige tilstedeværelse af kilder til geotermisk varme tillader kun kemoautotrofiske organismer at eksistere - det vil sige dem, der lever af kemiske reaktioner og er i stand til at klare sig uden solen. Sådanne organismer på Jorden er fundet nær dybhavets varme kilder - "sorte rygere".
Is, 420 tusind år gammel, der blev trukket ud af brønden, var med til at føde teorien om global opvarmning.
Forskere fra begyndelsen af 2000'erne ser Vostok-søen som en praktisk testplads til udvikling af teknologier til at finde liv i Europa.
"Subglacial Lake Vostok kan betragtes som den eneste ekstremt rene vandmasse på Jorden, der kan tjene som en unik prøvegrund til at finde undvigende spor af liv på iskolde kroppe, såsom den Jupiteriske måne Europa," skrev forskere fra gruppen af Sergei Bulat, en medarbejder ved St. Petersburg Institute of Nuclear Physics. inden for rumforskning.
De første mikroorganismer, der kunne høre til søens økosystem, blev fundet tilbage i 1999. Derefter gik brønden 5G i en dybde på 3538 meter først islaget fra det frosne søvand. NASA udsendte en særlig erklæring, der fremhævede lighederne mellem Europas øst og hav.
I 2004 identificerede en gruppe ledet af Bulat DNA fra termofile bakterier, der lever i nærheden af varme kilder i vandprøver fra søis ved 50-52 grader over nul. Forskere skrev, at vandet i søsmassen er tæt på frysepunktet (på grund af højt tryk, er frysepunktet for vand under nul: dette er cirka minus to grader celsius), så mikroorganismer kan stamme fra udkanten af øst, hvor der kan være geotermiske afsætningsmuligheder i spaltzoner. I alle disse tilfælde var det imidlertid et spørgsmål om enkelte bakterier, og derudover var det umuligt at udelukke muligheden for kontaminering - kontaminering af prøverne med "fremmede" bakterier.
Sandhedens øjeblik kom i 2012, da de første prøver af frisk søvand faldt i hænderne på forskere. Forskningen blev udført af PNPI kryoastrobiologigruppen under ledelse af Bulat.
Station "Vostok", 1984 / RIA Novosti
***
Sergei Bulat understregede, når han talte om sine forventninger, at vi kan tale om absolut "fremmed" liv. Faktum er, at vandet i søen skal have en ekstrem høj koncentration af ilt (op til 0,7-1,3 gram ilt pr. Liter) - vandet dannes fra en smeltende "atmosfærisk gletsjer" mættet med ilt, og det nyligt frysende vand indeholder det ikke. Videnskaben kender ikke sådanne oxygenofile nu. På den anden side kan bakterier eksistere i bunden eller i bundsedimenter ved grænsen til to miljøer.
De første data blev præsenteret af Bulats gruppe i efteråret 2012 på en konference i Stockholm, men de viste sig at være nul - forskere kunne ikke finde andet end forurening (biologer kalder dem selv det elegante udtryk "forurenende stoffer"). I marts 2013 afslørede analysen af andre prøver imidlertid noget interessant - DNA'et fra bakterien, som ikke var i biblioteket med kontaminanter og ikke var blandt de allerede kendte gensekvenser af bakterier i Genbank-databasen.
Bulat holdt en præsentation om disse resultater på en konference på Rumforskningsinstituttet på det russiske videnskabsakademi, og hans budskab skabte en sensation: en ukendt bakterie blev fundet i Vostok-søen! Det arktiske og antarktiske institut måtte endda afgive en særlig erklæring om, at denne bakterie ikke udgør nogen trussel for mennesker.
Andre forskere var skeptiske over for dataene fra Bulats gruppe. Først fik de prøver af is skåret fra en bore og blandet cirka en til en med en borevæske (dvs. med parafin og freon). For det andet kunne det ikke udelukkes, at dette er en anden forurening, simpelthen ikke inkluderet i biblioteket med forurenende stoffer.
Et år senere faldt prøver af "ren" is fra en nyboret brønd i hænderne på Bulats gruppe. I 2014 præsenterede han en ny rapport på COSPAR-konferencen i Moskva, hvor han sagde, at der i alt blev fundet 49 arter af bakterier i isprøver, alle var forurenende bortset fra to, der ikke kunne klassificeres og identificeres ved hjælp af de tilgængelige gendatabaser.
Imidlertid er disse resultater endnu ikke blevet offentliggjort i et videnskabeligt tidsskrift, og Bulats gruppe bemærker selv, at der er behov for nye vandprøver fra søen for at få et hundrede procent bevis.
Vostok-søen har været isoleret fra omverdenen i millioner af år. Og hvis der er liv i det, så er det sandsynligvis helt i modsætning til noget, vi kender i dag.
***
Genboring og et relativt lille "stik" tilbage i bunden af brønden vil gøre det muligt systematisk at udforske søen.
”Presset vil være afbalanceret, og det vil være muligt at komme ind i søen med sonder og studere søen, vandet og alt nedenfor. Tag vandprøver ikke frosset, men i en "levende" form, "siger Vyacheslav Martyanov, vicechef for den russiske antarktiske ekspedition.
Ifølge Andrei Dmitriev har specialister fra Gorny allerede oprettet og testet en sonde, der kan nå bunden af søen og bore gennem bundsedimenter.
”Vi mener, at bundsedimenter er ca. 10 meter tykke. Der, som i bunden af enhver sø, er der silt, og de, der studerer livet, er interesseret i silt,”sagde Dmitriev.
I år kommer sonden dog ikke i søen. I februar begynder vintersæsonen i øst, boremaskiner forlader indtil den næste sydlige sommer - og i Antarktis, som på hele den sydlige halvkugle, kommer det, når det er vinter i Europa og USA. Hvorvidt det bliver "sommer" er imidlertid et spørgsmål. Det er muligt, at boringen på Vostok station vil blive begrænset på grund af manglende penge.
”Siden 2014 har vi gjort videnskab for vores egen regning uden målrettet statsfinansiering … Og de seneste nyheder - RAE er tvunget til at skære omkostninger … Indtil videre taler vi ikke om den fuldstændige lukning af stationen, men om at begrænse sæsonarbejdet, men for russisk videnskab vil det et alvorligt slag,”skriver et af ekspeditionsmedlemmerne Alexei Ekaikin i sin blog.
Problemet er, at en betydelig del af RAE-udgifterne er i udenlandsk valuta. Dette er flyvninger, godstransport, brændstof. Med væksten i valutakursen voksede de alle mange gange.
Tilbage i juni på et møde med Putin talte direktøren for AARI, Ivan Frolov, om behovet for at udvide World Ocean-programmet, der finansierede forskningen i Vostok-søen. Udkastet til program for perioden 2015 til 2030 findes, men det er endnu ikke godkendt, hvilket betyder, at projektets yderligere skæbne er ukendt.
***
Parallelt med at bore en brønd til Vostok-søen lancerede amerikanerne og briterne deres egne projekter for at udforske de antarktiske subglacial søer. Især borede amerikanske forskere ved hjælp af jetstråler med varmt vand en brønd til den lille Willans-sø, beliggende på en dybde på cirka 800 meter. Willans Lake er imidlertid et flydende vandmateriale, det er slet ikke isoleret, som øst, derfor er graden af interesse for forskere meget lavere.
Det britiske projekt til at bore en brønd til Antarktis-søen Ellsworth, der begyndte i december 2012, var betydeligt mere ambitiøst. Denne sø ligger i en dybde på cirka 3 kilometer og er isoleret fra omverdenen i omkring 500 tusind år. De britiske forskere havde til hensigt at bore en brønd med næsten kogende vand og udføre alt arbejde på fem dage og ikke bruge år på at bore mekanisk. Dog 13 dage efter starten, den 25. december, blev projektet aflyst på grund af tekniske problemer - det lykkedes dem kun at passere 300 meter fra gletsjeren.
Derfor forbliver det russiske projekt unikt for nu.
***
Enhver, der er engageret i studiet af livet på alle mulige ubehagelige steder - i vulkanernes åbninger, i havdypet, i stratosfæren - vil helt sikkert tale om udsigterne til søgen efter liv uden for Jorden. Måske er dette retorik rettet mod ørerne for dem, der yder finansiering. Når alt kommer til alt er studiet af det jordiske liv ikke mindre vigtigt uden et astrobiologisk perspektiv.
Men udsigten til at søge efter ikke endnu ukendte bakterier, men "udlændinge" begejstrer altid offentligheden, så forskere er generøse og giver offentligheden det rigtige "rim".
Udsigterne til at finde liv i det virkelige Europa er stadig meget langt fra at blive realiseret. I de tidlige 2000'ere overvejede Det Europæiske Rumorganisation (ESA) Laplace-projektet for at udforske Europa, herunder med deltagelse af Rusland. NPO opkaldt efter Lavochkin udarbejdede endda mulighederne for landing "europæisk" modul.
Data om høje niveauer af stråling (Europas bane passerer gennem Jupiters strålingsbælter) tvang dem imidlertid til at genoverveje deres planer - i 2012 godkendte ESA officielt projektet af JUICE-sonden, der hovedsageligt vil udforske Jupiters største måne, Ganymede. Det kan også have et hav under is, selvom det ikke er så imponerende som i Europa. Enheden skulle starte i 2022, der er ikke tale om at sende en lander.
Russiske forskere foreslår at sende landings- og kredsløbsmoduler til Ganymede. Men indtil videre er deres forslag ikke engang inkluderet i udkastet til det føderale rumfartsprogram fra 2015 til 2025 (selvom selve programmet endnu ikke er vedtaget, og i lyset af den nye reform af Roscosmos kan man ikke forvente, at det vil være meget opmærksom på videnskaben).
NASAs 2015-budget inkluderer midler til den første undersøgelse af en mission til Europa - $ 15 millioner. Indtil dette projekt er inkluderet i programmet, taler vi kun om foreløbige skøn. Hvis alt går efter planen, kan sonden starte omkring 2025, men dette vil være en orbital sonde, der endnu ikke har valgt steder til fremtidig landing.
Men NASAs Jet Propulsion Laboratory finansierer allerede udviklingen af en robotisen. Et sådant projekt - Cryobot - blev testet i Norge allerede i 2002. En anden - VALKYRIE - involverer en tilbagevenden til ideerne fra 1950'erne og boring (mere præcist, smeltning) af is ved hjælp af en atomreaktor.
Det er ikke nødvendigt at vente på en ekspedition til Europa tidligere end om 10-15 år, og yderligere 7-8 år for flyvningen til selve Jupiter-systemet. De fleste rumprogrammer koncentrerer sig om Mars-efterforskningsopgaver.
Forfatteren takker Andrei Dmitriev, lektor ved Institut for Brøndboring på Olie- og gasfakultetet i NMSU "Gorny", og Sergei Bulat, leder af Cryoastrobiology Laboratory ved Institut for Molekylær og Strålingsbiofysik i St. Petersburg Institute of Nuclear Physics, for rådgivningen og de leverede materialer.
Ilya Ferapontov