Странное озеро в Антарктиде было покрыто льдом задолго до появления человека

Фото из открытых источников

Под слоем льда Антарктиды толщиной почти в четыре километра находится озеро, отрезанное от остальной части планеты на протяжении примерно 15–25 миллионов лет. России потребовалось два десятилетия, чтобы пробурить до него скважину, и то, что ученые обнаружили, до сих пор вызывает споры в научной среде.

В феврале 2012 года, после двадцати лет почти непрерывной работы, российская буровая установка пробила последний участок льда над Восточной Антарктидой и достигла того, чего никогда не касался человек: поверхности озера, запечатанного задолго до появления нашего вида.

Вода, смешанная с керосином и фреоном, используемыми для предотвращения замерзания скважины, поднималась вверх и снова замерзала. Это был первый случай, когда кто-либо коснулся озера Восток, пусть даже косвенно.

Озеро Восток — крупнейшее из почти 700 подледниковых озер, зарегистрированных в настоящее время в Антарктиде, и 16-е по величине озеро на Земле по площади поверхности — около 12 500 км², что примерно соответствует площади штата Коннектикут. По объему оно содержит около 5400 км³ пресной воды, что ставит его в число шести крупнейших озер на планете по объему воды.

Длина озера составляет 250 км, а ширина — до 50 км, что сопоставимо с площадью озера Онтарио, одного из Великих озер Северной Америки. Разница в том, что по Онтарио можно пересечь на парусной лодке под открытым небом, в то время как Восток погребен под ледяным потолком толщиной примерно 4000 метров — достаточно глубоким, чтобы его собственная поверхность находилась примерно на 500 метров ниже уровня моря.

Озеро расположено непосредственно под станцией Восток, российской базой в самом сердце Восточно-Антарктического плато, известного как Холодный полюс. Именно там 21 июля 1983 года ученые зафиксировали самую низкую естественную температуру, когда-либо измеренную на поверхности Земли: −89 °C. Несмотря на такую экстремальную температуру, вода под озером не замерзает.

Благодаря огромному весу льда, давящему на лед, вода остается жидкой при температуре около −3 °C — это то же самое давление, которое понижает точку замерзания воды, если сильно сжать кубик льда, только в гораздо большем масштабе.

История его открытия началась задолго до того, как кто-либо подтвердил существование озера. В конце XIX века русский географ Пётр Кропоткин предположил, что вес тысяч метров льда может создать достаточное давление для таяния воды у основания полярных ледниковых щитов. Эта идея оставалась нереализованной в течение десятилетий, пока гляциолог Игорь Зотиков не подхватил её для своей докторской диссертации в 1967 году.

Первую реальную подсказку дал Андрей Капица, проводивший сейсмические исследования вокруг станции «Восток» в период с 1959 по 1964 год для измерения толщины льда во время советских антарктических экспедиций. Данные, переинтерпретированные много лет спустя на симпозиуме Института полярных исследований имени Скотта в Кембридже, указывали на наличие воды подо льдом.

Британские группы, совершавшие полеты над тем же регионом в 1970-х годах, зафиксировали аномальные показания радара, способного проникать сквозь лед. Подтверждение было получено в 1993 году, когда Дж. П. Ридли, специалист по дистанционному зондированию из Маллардской космической научной лаборатории в Лондоне, направил спутник ERS-1 в центр антарктического ледяного щита; его радиолокационная альтиметрия подтвердила данные, полученные во время облетов. Открытие было опубликовано в журнале Nature в июне 1996 года.

Название озера, как ни странно, никак не связано с водой. Оно происходит от названия корабля — «Восток», 900-тонного военного судна, на котором русский адмирал Фаддей Фаддеевич Беллинсгаузен принимал участие в открытии Антарктиды в начале XIX века. «Восток» также означает одну из сторон света на русском языке, что вполне логично: озеро расположено в восточной части континента.

В 2005 году исследователи обнаружили остров посреди озера. Несколько месяцев спустя появились новости о двух других расположенных неподалеку подледниковых озерах, получивших названия «90 градусов восточной долготы» и «Советская». Теперь гляциологи предполагают, что многие из сотен известных подледниковых озер Антарктиды могут быть связаны сетью подземных рек — течений, достаточно сильных при определенном давлении, чтобы прорезать твердый лед.

Бассейн, в котором расположено озеро, — это не просто впадина, вырезанная эрозией. Это тектоническая структура шириной примерно 50 км, расположенная внутри гораздо большей зоны, где столкнулись два континентальных блока — между Гамбурцевскими подледными горами и районом Купола С.

Вода покоится на слое осадочных пород толщиной около 70 метров, который, если его когда-нибудь пробурить, может сохранить уникальную летопись климата и жизни Антарктиды до образования ледникового покрова — в те времена, когда континент еще был соединен с Австралией и имел субтропический климат, сумчатых животных и умеренные тропические леса.

Ученые «прочитали» лед, покрывающий озеро, как книгу, извлекая непрерывную палеоклиматическую летопись, насчитывающую 400 000 лет. Жидкая вода под ним – совсем другая история: она намного старше и ее гораздо сложнее датировать. Исследователи подсчитали, что она была изолирована от атмосферы от 15 до 25 миллионов лет – задолго до появления рода Homo.

Некоторое время исследователи предполагали, что это та же самая вода, которая находилась там с момента образования озера, что подразумевало цикл обновления примерно в миллион лет. Более поздние работы Робина Белла и Майкла Студингера из Ламонт-Доэртиской обсерватории Земли Колумбийского университета усложнили эту картину: вода замерзает и медленно уносится движущимся ледяным щитом, в то время как свежая талая вода из других частей ледяного покрова поступает, чтобы заменить ее.

Благодаря этому механизму весь объем озера обновлялся бы примерно каждые 13 300 лет. Это все еще чрезвычайно длительный цикл по сравнению с озером Онтарио — похожим по размеру, но открытым для воздуха, где вода обновляется каждые шесть лет.

Условия подо льдом близки к экстремальным. Вода перенасыщена азотом и кислородом: один килограмм озерной воды содержит около 2,5 литров этих газов, что примерно в 50 раз выше, чем в обычной питьевой воде, по словам научного руководителя проекта Владимира Липенкова, который исследовал образцы после бурения.

Часть этого газа вообще не растворена — она заключена внутри клатратов, похожих на лед клеток, которые захватывают молекулы газа и становятся нестабильными в тот момент, когда их поднимают на поверхность. В 2005 году группа немецких, российских и японских исследователей обнаружила еще кое-что неожиданное: в озере бывают приливы и отливы. В зависимости от положения Солнца и Луны его поверхность поднимается на 12 миллиметров (примерно на полдюйма).

На его восточном берегу расположена магнитная аномалия размером 105 на 75 км, которую некоторые исследователи связывают с локальным истончением земной коры.

Россия начала бурение на озере Восток в 1990-х годах, работая в составе объединенной российско-французско-американской команды, которая в 1998 году извлекла один из самых длинных ледяных кернов в истории — 3623 метра длину. Самый глубокий слой льда в этом керне уже имел возраст 420 000 лет, но команда намеренно прекратила бурение примерно в 100 метрах от расчетной линии уровня воды, чтобы избежать загрязнения озера 60 тоннами фреона и керосина, использованных для поддержания скважины в рабочем состоянии.

На заключительном этапе использовался другой метод: буровая головка с термическим нагревом, работающая на силиконовой жидкости, выбранной как менее агрессивная, чем при предыдущем подходе. В январе 2011 года Валерий Лукин, руководитель российской антарктической экспедиции, объявил, что осталось всего 50 метров льда. Кампания сезона завершилась вскоре после этого, на глубине 3720 метров, чтобы команда могла эвакуироваться до наступления антарктической зимы.

Бурение возобновилось в следующем сезоне, и 5 февраля 2012 года буровая установка наконец пробила поверхность озера на глубине 3769 метров. Первый ледяной керн, сформированный из свежезамерзшей озерной воды, был извлечен лишь почти год спустя, 10 января 2013 года.

Это стало началом научного спора, который до сих пор полностью не урегулирован. Группа исследователей из Санкт-Петербургского института ядерной физики под руководством Сергея Булата идентифицировала в извлеченной воде тип бактерий, генетическое сходство которых с любым известным видом составляло менее 86% — настолько низкое, что их нельзя было отнести ни к одной из описанных групп. Для того чтобы считать их одним и тем же видом, это сходство должно было бы превышать 97%.

Отдельно группа исследователей под руководством Скотта О. Роджерса из Университета штата Боулинг-Грин изучала наледь, образовавшуюся в результате замерзания озерной воды на нижней стороне ледяного покрова, которая была извлечена в ходе более ранних буровых проектов в США, начавшихся еще в 1990-х годах.

В 2013 году секвенирование генов выявило 3507 различных последовательностей генов, в основном бактериальных, с меньшей долей эукариотических организмов, демонстрирующих сходство с жизнью, известной по находкам в озерах, солоноватой воде, глубоководных отложениях, ледниках и даже кишечнике рыб. Последующее исследование 2020 года расширило эти результаты и выявило последовательность, очень близкую к антарктическому виду трески, известному производством антифризных белков.

Не все убеждены, что эти организмы действительно попали сюда из озера. Микробиолог Дэвид Пирс из Университета Нортумбрии утверждает, что обнаруженная ДНК может быть просто результатом загрязнения в процессе бурения — ледяные керны 1990-х годов были взяты для климатических исследований, а не для биологических, и оборудование не было стерилизовано с учетом этого.

Булат сам разделяет подозрения, отмечая, что вполне возможно, что образцы содержали ткани и микробы извне озера. Даже Владимир Королев, возглавляющий российскую лабораторию, которая идентифицировала неклассифицированную бактерию, признал, что она может быть загрязнителем, способным питаться керосином, используемым при бурении. Роджерс, со своей стороны, отверг объяснение своих собственных выводов загрязнением.

Интерес к Востоку простирается далеко за пределы Антарктиды. Озеро, закрытое на миллионы лет, без света, под огромным давлением, с необычным химическим составом газов — это описание очень точно соответствует тому, что, по мнению астрономов, скрывается под ледяной корой Европы, спутника Юпитера, и Энцелада, спутника Сатурна: двух наиболее перспективных мест в Солнечной системе для поиска жизни за пределами нашей планеты.

Если окажется, что в Востоке существует собственная экосистема, адаптированная к полной темноте и давлению около 345 бар (примерно в 340 раз больше атмосферного давления на уровне моря), то вероятность выживания чего-то подобного в этих замерзших чужеродных океанах перестанет быть чистой теорией.

Эта же уникальность вызывала беспокойство у части научного сообщества и экологических групп. Антарктическая и Южноокеанская коалиция (ASOC) годами утверждала, что было бы разумнее сначала пробурить скважину в меньшем, более изолированном подледниковом озере, чем рисковать, пробурявшись в озере Восток — самом большом озере на континенте и потенциально наиболее связанном с другими близлежащими озерами.

Лукин отверг эту критику, утверждая, что бурение горячей водой — метод, предпочитаемый США и Великобританией, — оказало бы более негативное воздействие на любую микробную жизнь, фактически приготовив её кипячение, и нарушило бы слоистую структуру озера. Кроме того, это потребовало бы гораздо больше энергии, чем его команда могла бы выработать в таком отдалённом лагере.

В мае 2017 года, после того как пробы воды оказались сильно загрязнены буровым раствором, группа российских исследователей признала, что на данный момент невозможно получить достоверные данные об истинном химическом и биологическом составе озера.

В 2019 году российское правительство заказало строительство нового зимнего комплекса на станции «Восток», рассчитанного на 35 человек летом и 15 — зимой. Его 133 модуля прибыли в Антарктиду в 2021 году и постепенно перемещались на базу в течение последующих сезонов; президент России Владимир Путин принял участие в церемонии ввода комплекса в эксплуатацию 28 января 2024 года по видеосвязи. С созданием этой инфраструктуры Россия оставляет открытой возможность для дальнейших буровых работ, на этот раз направленных на сбор более чистых образцов.

На данный момент единственное, что известно наверняка, это то, что под четырёхкилометровым слоем антарктического льда находится озеро размером с небольшую страну, изолированное на протяжении миллионов лет, границу которого наука едва прикоснулась. Вопрос о том, обладает ли оно экосистемой, непохожей ни на что на поверхности, мучает уже более двух десятилетий — и до сих пор не имеет однозначного ответа.