Антарктические исследователи разгадали давнюю загадку Кровавого водопада

Фото из открытых источников

Ученые связали внезапный выброс воды ржаво-красного цвета у Кровавого водопада в Антарктиде с заметным понижением уровня ледника, расположенного над ним. Эта взаимосвязь показывает, что красный поток — это не просто поверхностное пятно, а видимый сигнал изменений давления и скрытого движения воды глубоко под льдом. Результаты исследования опубликованы в журнале Antarctic Science.

В сентябре 2018 года трекер на леднике Тейлора, огромной ледяной реке, протекающей через сухие долины Мак-Мердо в Антарктиде, зафиксировал падение уровня воды, когда камера запечатлела начало водопада Кровавый водопад.

Питер Т. Доран, геофизик из Университета штата Луизиана (LSU), сопоставил падение давления с оттоком и связал его с понижением давления. В течение нескольких недель его команда наблюдала, как поверхность сначала опускалась, а затем восстанавливалась, что указывало на кратковременный дренажный импульс под ледником.

Ограниченное покрытие оставило пробелы, поэтому в будущем мониторинг должен охватывать больше участков, чтобы выявить, как часто происходит извержение ледника.

Давление нарастает, когда тяжелый лед задерживает соленую воду под собой, и ледник не может удерживать это давление вечно. В районе водопада Блад-Фоллс жидкость поступает из подледниковых каналов, расположенных под ледником и защищенных от воздуха, который может открываться во время движения льда.

Вес и медленное ползучесть льда могут выталкивать соленую смесь к трещинам, откуда она вытекает внезапными импульсами. Эти импульсы трудно предсказать, поскольку небольшие изменения уровня стресса или блокировки могут отсрочить высвобождение на несколько месяцев.

Соль превращает обычную воду в химическую смесь, которая не замерзает, даже когда температура воздуха значительно ниже нуля. Исследователи называют эту смесь рассолом — это насыщенная солью вода, которая остается жидкой в условиях сильного холода, и Кровавый водопад выносит ее на свет. В течение сотен и даже тысяч лет многократное замерзание может привести к концентрации солей, в результате чего образуется жидкость, которая постоянно движется сквозь лед.

Вероятно, эти соли происходят из скрытых горных пород и отложений, а их химический состав дает представление о том, что находится под ледником Тейлора.

В 1911 году исследователи задокументировали местонахождение красного источника на склоне ледника, и план защиты Антарктики до сих пор охраняет это место.

Как только жидкость соприкасается с воздухом, происходит окисление: железо реагирует с кислородом, приобретая ржаво-красный цвет, и жидкость меняет цвет в течение нескольких минут.

В подземных соленых водах образуются мельчайшие частицы железа, которые затем окрашивают лед по мере распространения потока вниз по склону. Быстрое изменение цвета позволяет легко заметить каждый разряд, что помогает ученым отслеживать момент открытия скрытой системы.

Ежедневные снимки, сделанные камерами вблизи озера Бонни, покрытого льдом антарктического озера, показали появление новых пятен, начиная с 19 сентября 2018 года, при этом площадь пятен увеличилась.

Тем временем терморезистор, крошечный датчик, измеряющий изменения температуры в озере, зафиксировал падение температуры на глубине во время того же сброса.

В своем отчете авторы написали, что случайная запись трех различных наборов данных позволила получить редкий, согласованный сигнал о событии, связанном с подледниковым стоком рассола.

Этот рекорд был установлен за короткий промежуток времени, но он наглядно демонстрирует, как быстро может меняться система после запуска.

Снижение высоты поверхности ледника на 0,6 дюйма сопровождалось замедлением его движения почти на 10%. Сброс воды уменьшает давление у основания, поэтому лед сильнее давит на камни и движется с меньшей легкостью.

«Эти наблюдения показывают, что длительный выброс рассола, характеризующийся эпизодическими всплесками рассола, поступающего из-под ледника Тейлора в течение месяца, снижает подледниковое давление воды, что понижает поверхность и уменьшает скорость движения льда», — написал Доран.

Более поздние измерения показали, что лед двигался несколько медленнее, чем раньше, но только более длительные периоды наблюдений могут подтвердить устойчивые изменения.

На глубине примерно 18 метров вода в озере за те же недели охладилась на целых 1,5°C. Плотный рассол может просачиваться в озеро на глубину, где его вес равен весу окружающей воды, а затем растекаться наружу. Эта инъекция нарушила стратификацию — стабильные слои, препятствующие смешиванию озерной воды, — и, вероятно, переместила питательные вещества вбок.

Жизнь в озерах Сухих Долин Антарктиды протекает в тесных экосистемах, поэтому даже небольшие колебания могут изменить распределение пищи и энергии.

С воздуха бортовой датчик обнаружил глубокие залежи соленой воды под дном долины, вдали от мест таяния снега.

Сигналы, полученные с помощью этого прибора, указывали на пути движения грунтовых вод длиной не менее 4,8 километра, что означает, что рассол может проходить через горные породы, прежде чем попасть в лед.

В более поздних работах с помощью проникающего сквозь лед радара были обнаружены каналы с рассолом внутри самого ледника, на протяжении нескольких километров ледяного покрова. Эти карты помогли объяснить, почему отток может происходить через одну трещину, в то время как другая рассол тихо просачивается в озеро.

В глубине рассола микробы выживали, используя химические соединения железа и серы, даже после длительной изоляции подо льдом. Вместо кислорода многие из них, вероятно, использовали в качестве топлива растворенные минералы, что позволяло им выживать в темноте.

По оценкам геологов, резервуар оказался запертым в нем от трех до пяти миллионов лет назад, что делает его одним из старейших жидких источников в долине. Строгие правила ограничивают доступ и держат большинство образцов под строгим контролем, поскольку посторонние могут загрязнить такую закрытую среду обитания.

Теперь водопад Блад-Фоллс выглядит не столько как странное пятно, сколько как точка сброса давления, соединяющая лед, скалы и озеро. В будущих полевых сезонах можно будет расширить сети датчиков, и тогда LSU сможет проверить, влияют ли тенденции потепления на частоту выбросов парниковых газов в систему.