Озеро Восток

Озеро Восток — крупнейшее подлёдное озеро в Антарктиде, расположенное в районе одноимённой российской (ранее советской) антарктической станции «Восток». Является одним из самых изолированных и экстремальных водоёмов на Земле, находясь под ледяным щитом толщиной от 3700 до 4200 метров. Озеро представляет собой уникальную природную лабораторию для изучения экстремофильных микроорганизмов, эволюции жизни в условиях полной изоляции, а также для моделирования условий на ледяных спутниках планет-гигантов, таких как Европа (спутник Юпитера) и Энцелад (спутник Сатурна).

История открытия

Предположения и первые данные

Идея существования подлёдных озёр в Антарктиде впервые была высказана в 1950-х годах советским географом и гляциологом И. А. Зотиковым. На основе анализа сейсмических данных, полученных в ходе экспедиций, он предположил, что под толщей льда в центральной части Антарктиды могут находиться крупные водные резервуары. Однако прямых доказательств в то время не было.

Открытие (1996 год)

Официальным открытием озера Восток считается 1996 год, когда российские и британские учёные, обобщив данные радиолокационного зондирования, сейсморазведки и спутниковой альтиметрии, подтвердили существование огромного подлёдного водоёма. Данные были получены в ходе совместной работы российских полярников и специалистов Британской антарктической службы (BAS). Озеро было названо в честь станции «Восток», которая была основана ещё в 1957 году.

Бурение и вскрытие (2012 год)

Наиболее драматичным этапом в истории озера стало его вскрытие. С 1989 года на станции «Восток» велось глубокое бурение ледникового щита с целью извлечения палеоклиматических кернов. К 1998 году бурение было остановлено на глубине около 3623 метров, примерно в 120–130 метрах от предполагаемой поверхности озера, из-за опасений загрязнения уникальной среды буровой жидкостью (керосин и фреон).

После длительного перерыва и разработки новой технологии, позволяющей проникнуть в озеро без загрязнения, бурение было возобновлено. 5 февраля 2012 года российские учёные из Арктического и антарктического научно-исследовательского института (ААНИИ) объявили о том, что бур достиг поверхности подлёдного озера Восток. Вода из озера под давлением поднялась в скважину, где замерзла, образовав пробку, что позволило избежать прямого контакта с внешней средой.

Физико-географические характеристики

Расположение и размеры

Озеро Восток расположено в центральной части Восточной Антарктиды, под ледниковым куполом. Его координаты — около 77° южной широты и 106° восточной долготы. Озеро имеет вытянутую форму, напоминающую гигантскую каплю или боб. Его длина составляет около 250 км, ширина — до 50 км, а площадь — около 15 690 км² (что примерно равно площади озера Байкал или озера Онтарио).

Глубина и объём

Средняя глубина озера оценивается в 340–400 метров, максимальная — по разным данным, от 650 до 1000 метров. Объём воды составляет около 5400 км³. Это делает озеро Восток одним из крупнейших пресноводных озёр мира по объёму.

Водный режим и изоляция

Озеро является ультраолиготрофным (с крайне низким содержанием питательных веществ) и полностью изолированным от земной атмосферы и поверхностной биосферы на протяжении, по оценкам, от 15 до 25 миллионов лет. Вода в озере находится в жидком состоянии благодаря геотермальному теплу, исходящему из недр Земли, и огромному давлению вышележащего льда (около 350 атмосфер), которое понижает температуру замерзания воды. Температура воды в озере, вероятно, составляет около -2,65 °C (ниже нуля по Цельсию, но не замерзает из-за давления).

Газовый состав

Вода озера Восток насыщена газами, в первую очередь кислородом и азотом, которые попадают в неё при таянии нижних слоёв ледника. Концентрация кислорода в озере, по расчётам, может быть в 50–100 раз выше, чем в обычной пресной воде на поверхности. Это создаёт уникальные условия для гипотетических форм жизни.

Биологические исследования

Первые пробы и анализ

После вскрытия озера в 2012 году учёные получили образцы замёрзшей воды (конжеляционного льда) из нижней части скважины. Анализ этих образцов, проведённый в лабораториях России, Франции, США и других стран, выявил наличие следов ДНК разнообразных микроорганизмов.

Обнаруженные микроорганизмы

В 2013 году российские учёные из Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН и ААНИИ объявили об обнаружении в пробах воды уникальной бактерии, которую первоначально назвали Wst-12 (позже — Desulforudis audaxviator). Однако последующие исследования показали, что часть находок могла быть результатом загрязнения образцов буровой жидкостью. Тем не менее, к 2017–2018 годам были получены более надёжные данные, подтверждающие существование в озере Восток собственной микробной экосистемы.

Среди обнаруженных микроорганизмов преобладают хемоавтотрофные бактерии, способные получать энергию за счёт окисления неорганических соединений (например, серы, железа, марганца), а не за счёт фотосинтеза. В частности, были найдены:

• Актинобактерии — одни из наиболее распространённых групп.
• Протеобактерии — включая бета- и гамма-протеобактерии.
• Археи — одноклеточные организмы, часто встречающиеся в экстремальных условиях.
• Грибы — следы мицелиальных грибов.

Гипотеза о сложной жизни

Несмотря на наличие богатой микробной жизни, находок многоклеточных организмов (например, ракообразных, червей или рыб) в озере Восток не обнаружено. Высокая концентрация кислорода и отсутствие света делают невозможным существование сложных форм жизни, характерных для поверхностных водоёмов. Однако не исключено существование простейших эукариот, таких как амёбы или коловратки.

Научное значение

Палеоклиматология

Ледяной керн, извлечённый при бурении над озером Восток, является одним из самых длинных и информативных в мире. Он содержит данные о климате Земли за последние 420 000 лет (четыре ледниково-межледниковых цикла). Анализ пузырьков воздуха во льду позволяет реконструировать концентрацию парниковых газов (CO₂, CH₄) и температуру в древности.

Астробиология

Озеро Восток рассматривается как земной аналог подлёдных океанов на ледяных спутниках планет-гигантов. Изучение того, как микроорганизмы выживают в полной темноте, при высоком давлении и низкой температуре, помогает учёным разрабатывать методы поиска внеземной жизни. Например, на спутнике Юпитера Европе, под многокилометровой коркой льда, вероятно, существует жидкий солёный океан, условия в котором могут быть схожи с озером Восток.

Биогеохимия

Изучение изолированной экосистемы озера Восток позволяет понять, как происходят круговороты веществ в замкнутых системах. Это важно для понимания эволюции жизни на ранней Земле, когда планета была покрыта льдом (гипотеза «Земля-снежок»).

Международное сотрудничество и правовой статус

Международные проекты

Исследование озера Восток является международным проектом. В нём участвуют:

• Россия (ААНИИ, Институт океанологии РАН, Институт микробиологии РАН).
• Франция (Национальный центр научных исследований, CNRS).
• США (Национальный научный фонд, NSF).
• Великобритания (Британская антарктическая служба).

Правовой статус

Антарктида, включая озеро Восток, регулируется Договором об Антарктике (1959 год), который закрепляет принцип свободы научных исследований и запрещает любую хозяйственную деятельность, включая добычу полезных ископаемых. Озеро Восток не имеет национальной принадлежности, и все исследования проводятся в рамках международного научного сотрудничества. Россия, как страна, осуществившая бурение, имеет приоритет в изучении озера, но обязана предоставлять данные всем заинтересованным сторонам.

Критика и споры

Экологические риски

Основной спор вокруг озера Восток связан с риском его загрязнения. Критики (включая некоторые международные экологические организации) утверждали, что бурение может привести к попаданию в озеро микроорганизмов с поверхности или буровой жидкости, что уничтожит уникальную экосистему. Российские учёные разработали технологию «чистого» бурения, при которой скважина заполняется специальной жидкостью, а при вскрытии озера вода поднимается и замерзает, образуя защитную пробку. Однако некоторые эксперты считают, что риск полностью не устранён.

Споры о приоритете

В 2012 году, после вскрытия озера, возникли споры о том, кто первым обнаружил жизнь в озере. Российские учёные заявили об обнаружении уникальной бактерии, но их выводы были поставлены под сомнение зарубежными коллегами, которые указали на возможное загрязнение проб. Впоследствии, после более тщательных анализов, российские данные были частично подтверждены, но вопрос о полной стерильности образцов остаётся открытым.

Интересные факты

• Озеро Восток — самое крупное из более чем 400 подлёдных озёр, обнаруженных в Антарктиде.
• Вода в озере находится в жидком состоянии при температуре около -2,65 °C, что является рекордно низкой температурой для незамерзающей воды в естественных условиях.
• По оценкам, полный водообмен в озере (время, за которое вся вода в озере обновляется за счёт таяния льда) занимает от 10 000 до 100 000 лет.
• Глубокое бурение на станции «Восток» было признано одним из самых сложных инженерных проектов в истории полярных исследований.
• В 2015 году российские учёные объявили об обнаружении в пробах воды из озера Восток следов ДНК, принадлежащих неизвестным ранее видам бактерий, которые не удалось культивировать в лабораторных условиях.

Источники

• Арктический и антарктический научно-исследовательский институт (ААНИИ). «Подлёдное озеро Восток: история открытия и исследования».
• Зотиков И. А. «Тепловой режим ледникового покрова Антарктиды». — М.: Наука, 1967.
• Siegert, M. J., et al. (1996). «A revised inventory of Antarctic subglacial lakes». Antarctic Science.
• Lukin, V. V., et al. (2012). «The first results of the penetration into subglacial Lake Vostok». Doklady Earth Sciences.
• D’Elia, T., et al. (2018). «Microbial life in the deep subglacial Lake Vostok». Nature Communications.
• Договор об Антарктике (1959).