Более половины запасов пресной воды на планете находится в Антарктиде. В то время как большая часть его заморожена в ледяных щитах, под ледяными бассейнами и потоками воды текут друг в друга и в Южный океан, окружающий континент. Понимание движения этой воды и того, что в ней растворено в виде растворенных веществ, показывает, как углерод и питательные вещества с суши могут поддерживать жизнь в прибрежных водах океана.
Сбор данных о биогеохимии этих систем - задача антарктических масштабов. Триста Вик-Майорс, доцент кафедры биологических наук Мичиганского технологического университета, входит в группу, которая собирала образцы из подледникового озера Уилланс в Западной Антарктиде, и является ведущим автором статьи об озере, недавно опубликованной в Global Biogeochemical Cycles.
"Жизнь тяжела - она может многое выдержать", сказал Вик-Мейджорс. «Эта статья объединяет то, что мы знаем о биологии и ее активности под антарктическим льдом, с информацией о составе органического углерода в озере».
Жизнь подо льдом терпит многое - нет солнечного света, а давление льда наверху в сочетании с теплом, излучаемым ядром Земли, тает воду, образуя озеро, поэтому температура колеблется ниже точки замерзания. Органический углерод, важный источник пищи для микроорганизмов, присутствует в относительно высоких концентрациях в подледниковом озере Уилланс, даже если ему не хватает зеленой каши, как в пруду Среднего Запада в конце августа. Вместо этого, как показывают камеры, опущенные в скважину подледникового озера Мерсер (сосед Уилланса), подледниковое озеро темное, холодное, полное мягких и пушистых отложений и покрытое пузырьками льда.
Дно озера выглядит более инопланетным, чем земля, и изучение таких экстремальных условий позволяет понять, на что может быть похожа внеземная жизнь или как земная жизнь может выжить в подобных условиях. Не то чтобы люди, пингвины или рыбы могли с этим справиться; жизнь в водах подо льдом Антарктиды в основном микробная. Они по-прежнему показывают признаки жизни - органический углерод и другие химические побочные продукты жизни, питания, выделения и смерти - которые Вик-Мейджорс и ее команда могут измерить и заложить в бюджет.
Используя расчеты баланса массы, исследование группы показывает, что пул растворенного органического углерода в подледниковом озере Уилланс может образоваться за период от 4,8 до 11,9 лет. По мере того, как озеро наполняется и осушается, что занимает примерно одинаковое количество времени, все эти питательные вещества ускользают и скользят к покрытому льдом побережью Южного океана. По расчетам ученых, подледниковые озера в регионе содержат на 5 400 % больше органического углерода, чем необходимо для выживания микробной жизни в покрытом льдом океане ниже по течению.
«Подо льдом в океане ниже по течению от этого озера нет фотосинтеза - это ограничивает доступные источники пищи и энергии таким образом, которого вы не найдете в поверхностном озере или открытом океане», - Вик-Мейджорс. сказал. «Идея состоит в том, что эти подледниковые озера, расположенные вверх по течению, могут быть важными источниками энергии и питательных веществ для существ, живущих в покрытых льдом регионах Южного океана».
Хотя подледниковое озеро Уилланс само по себе указывает на то, что питательные вещества вверх по течению могут быть важным фактором, это всего лишь единственный источник данных в покрытом льдом комплексе подземных озер, ручьев и эстуарных зон смешения, которые подвергаются сезонные и спорадические потоки.
Чтобы расширить свое представление, Вик-Мейджорс и остальная часть команды собирали данные на других участках (подледниковое озеро Мерсер было отобрано командой SALSA в начале 2019 года), и это немалый подвиг. Они делают это с помощью бура с горячей водой, специально разработанного шланга, 10-литровой бутылки для отбора проб воды, нескольких устройств для отбора проб осадка и недели летней полярной погоды, когда температура может опускаться до 20 градусов ниже нуля. Экипаж носит костюмы Tyvek, и все оборудование тщательно очищается. Они также фильтруют буровую воду, пропускают ее через несколько источников ультрафиолетового излучения, чтобы обезвредить микробное загрязнение, а затем нагревают ее, чтобы использовать горячую воду для открытия примерно 1000-метровой скважины, ведущей к озеру.
«Некоторая часть этой талой ледяной воды, которая теперь циркулирует через бур, удаляется из скважины, так что, когда озеро проколото, вода из озера поднимается в скважину», - сказал Вик-Мейджорс. объясняя, что бригада должна держать горячую воду из бура отдельно от воды в озере, чтобы их образцы и озеро оставались чистыми. «Бурение скважины занимает около 24 часов, и мы держим ее открытой в течение нескольких дней; сбор одного образца или установка камер могут занять два часа или более, в зависимости от оборудования."
И дыра пытается снова замерзнуть. Кроме того, Вик-Мейджорс не одинокий ученый; она встроена в междисциплинарную команду, и каждому нужен доступ к скважине для различных экспериментов. Но, несмотря на всю сложную логистику и холодные пальцы, она говорит, что оно того стоит.
«Подо льдом есть вода и есть жизнь», - сказал Вик-Мейджорс. «Они могут многому нас научить о нашей планете, потому что это отличное место, чтобы посмотреть на несколько упрощенные экосистемы, без более высоких уровней организмов. Таким образом, мы можем ответить на вопросы о жизни, на которые может быть очень трудно ответить в других местах».
Обратной стороной является то, что физико-биологические взаимодействия в этих средах все еще могут быть сложными; статья является шагом к их пониманию. Подледниковые озера Западной Антарктиды почти не от мира сего и одновременно дают представление о возможностях экзопланетной среды и раскрывают глубокие, хранящиеся в воде секреты нашего собственного мира.