22.11.2013

Секреты Антарктиды

22 ноября в Государственном геологическом музее им. В. И. Вернадского РАН французский ученый Жан-Робер Пети (Jean-Robert Petit) выступил с лекцией «Секреты Антарктиды. Понимание климата». Лекция была организована департаментом по науке, технологиям и космосу посольства Франции в Москве.

Жан-Робер Пети работает во входящей в состав CNRS Лаборатории гляциологии и геофизики окружающей среды (Laboratoire de glaciologie et g éophysique de l'environnement) расположенной в Сен-Мартен-д’Эр, недалеко от Гренобля. Он двенадцать раз принимал участие в антарктических экспедициях, основная сфера его научных интересов – реконструкция изменений климата с помощью анализа ледовых кернов, полученных во время бурения антарктического льда. В начале 2013 года во Франции была опубликована популярная книга ученого – «Восток. Последний секрет Антарктики», где он рассказывает историю обнаружения и исследований подледного озера Восток.

В начале своей лекции Жан-Робер Пети кратко рассказал об истории изучения Антарктиды: открытии материка экспедицией Беллинсгаузена и Лазарева, Международном геофизическом годе (1957–1958) и основании станции Восток, подписании Договора об Антарктике. Рассказал он также и об истории научного сотрудничества Франции и Советского Союза, а теперь и России, в Антарктиде, которая началась в 1982 году.

Жан-Робер Пети продемонстрировал слушателям, какую информацию может нести в себе лед, образовавшийся в Антарктиде многие тысячелетия назад. Во льду исследователи находят и частички песка, долетевшие до Антарктиды с ветром из пустынь Южной Америки, и вулканический пепел, а в слоях XX века – и следы антропогенного загрязнения атмосферы. Микропузырьки, застывшие во льду, позволяют определять состав воздуха прошлых эпох, в частности, содержание в нем углекислого газа и метана.

Важную информацию для ученых несет и сам лед, ведь изотопный состав воды, из которой он состоит, зависит от климата той эпохи, когда этот лед образовался. Помимо обычных молекул воды встречаются и молекулы, содержащие изотоп кислорода 18О, и молекулы, содержащие дейтерий – тяжелый изотоп водорода.

В 1999 году статья, подводящая итог исследований Жана-Робера Пети и его коллег, проведенных на российской антарктической станции Восток, была опубликована журналом Nature. В результате анализа полученных ледовых кернов удалось получить «летопись» климатических изменений за 420000 лет. Было продемонстрировано, что изменение концентрации метана и углекислого газа в воздухе хорошо коррелирует с изменениями средней температуры. Также ученые обнаружили, что содержание этих двух газов в современной атмосфере настолько высоко, каким не было на протяжении всех этих 420000 лет.

Также Жан-Робер Пети принял участие в работах EPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica) – многонационального европейского проекта по бурению ледяного покрова в различных точках Антарктиды и сравнению полученных результатов с образцами, добытыми в ледниках Гренландии. В начале 2000-х годов в ходе проекта EPICA Жан-Робер Пети и его коллеги получили в пункте Dome C, одной из вершин Антарктического ледяного щита, ледовые керны, описывающие климатическую историю последних 740000 лет. Если керны с Востока охватывали период четырех ледниковых циклов, то это исследование захватило восемь циклов. Интересно, что для четырех более поздних циклов (между 740000 и 430000 лет назад) оказалось характерным менее выраженное потепление, но большая доля теплого периода в цикле.

Особо Жан-Робер Пети рассказал об исследованиях подледного озера Восток. Предположения о том, что под ледяным покровом Антарктиды должны существовать зоны, где лед тает, высказывались еще в 1950-е годы. Первые признаки озера Восток геофизики зафиксировали во время сейсмического зондирования в 1959 и 1964 годах. Отражение сейсмических волн показало не одну границу – между льдом и твердой поверхностью материка, а две. Поскольку гипотеза о свободной воде подо льдом тогда еще только пробивала себе дорогу, предположили, что вторая граница соответствует слою осадочных пород на более плотном материковом основании. Почти все 1960-е годы шли споры ученых о возможности существования воды под антарктическими льдами. Впервые же обнаружить подледную воду при бурении удалось в 1968 году на американской станции Бэрд, на глубине более двух километров.

Лишь после радиолокационных исследований с помощью самолетов ученые стали приходить к убеждению, что в районе антарктической станции Восток, под слоем льда толщиной более четырех километров, находится большое озеро. Озеру дали название в честь станции. Радиолокация позволила определить границы озера Восток. Оно имеет форму полумесяца, длина его около 250 километров, ширина около 50. Площадь озера составляет примерно 15 790 км². Если бы озеро лежало на поверхности Земли, оно бы с полным правом заняло 17-е место в списке самых больших озер мира, между камбоджийским озером Тонлесап и венесуэльским Маракайбо, превосходя такие известные озера, как Онежское, Титикака, Никарауга, Иссык-Куль, Манитоба и Большое Соленое озеро. Среди же подледных озер Антарктиды (а их известно уже около 150) озеро Восток бесспорно самое большое. Глубина озера до 1200 метров.

Всё это ученым позволили узнать дистанционные методы исследования, однако, конечно же, им хотелось пробиться к озеру, чтобы изучить его непосредственно. Бурение ледовой скважины 5Г-1 было начато в 1989 году. Его вели на станции Восток совместно советские, французские и американские ученые. Достаточно быстро, к 1996 году, они достигли глубины 3539 метров, где шельфовый ледник сменился льдом, образовавшимся из воды озера. Работа оказалась непростой. Несколько раз рвался кабель, на котором закрепляется бур. В результате дважды бур так и не смогли поднять, поэтому пришлось прокладывать параллельные стволы.

В 1999 году бурение приостановили на глубине 3623 метра, когда, по расчетам, до поверхности воды оставалось немногим более 100 метров. Остановка была вызвана возможным риском загрязнения озера. Это было весьма вероятным, ведь, например, скважина при бурении заполнялась специальной жидкостью, состоящей из смеси фреона и керосина с плотностью, равной плотности льда. Жидкость нужна для того, чтобы давление окружающего льда не уничтожило скважину. Проникновение этой жидкости в озеро было бы губительным для его (потенциальной) экосистемы. Да и потенциального обратного проникновения (из озера в надледный мир) каких-либо неизвестных микроорганизмов ученые стремились избежать.

Когда была разработана более безопасная технология, в 2006 году, бурение было продолжено. Только в феврале 2012 года удалось достичь поверхности озера. В январе 2013 лед, который образовался из воды, поднявшейся в скважину под давлением, был извлечен на поверхность и стал объектом изучения.

Но еще раньше начались поиски возможных обитателей озера. Во льду, образованном водами озера и покрывающем его сверху, ученые искали бактерий. Уже в 2004 году были обнаружены фрагменты ДНК бактерии Hydrogenophylus thermoluteolus, ранее встречавшейся в горячих источниках Йеллоустонского национального парка в США и полуострова Идзу в Японии. Находка была описана в статье в журнале Enviromental microbiology, одним из авторов которой был Жан-Робер Пети. Ученые предположили, что на дне озера Восток могут существовать термальные источники, подобные источникам Йеллоустона и Идзу.

Наконец, в марте 2013 года сотрудники лаборатории генетики эукариот Петербургского института ядерной физики обнаружили, что в воде из озера Восток есть ранее неизвестные науке бактерии. Среди ученых до сих пор не утихает обсуждение, являются ли эти бактерии обитателями озера или они попали в образцы извне, поэтому все исследователи с нетерпением ждут новых ледовых кернов, которые прольют свет на эту тайну Антарктиды.

Максим Руссо

Источники:

1. polit.ru