Wyścig na dno lądolodu

Kto pierwszy wyśle sondę pod antarktyczny lód, aby zobaczyć, czy pod spodem jest życie?

Oficjalnie nikt wyścigu nie ogłosił, ale Amerykanie, Brytyjczycy i Rosjanie nie ukrywali, że marzy im się laur zwycięzcy. Dzięki radarom pod lodem Antarktydy wykryto już ponad 380 jezior. Trzy z nich są celem wielkich programów badawczych finansowanych przez rządy USA, Wielkiej Brytanii i Rosji. Rywalizacja nabiera tempa.

Pierwszymi, którzy dotrą do „swojego” jeziora, będą zapewne Rosjanie. W niedzielę 5 lutego ogłosili przewiercenie się przez 3768 m lodu. Zaprezentowali też pierwszą próbkę wody z odwiertu. Ale do tajemnic ukrytego pod spodem jeziora na serio "dobiorą się" dopiero w pod koniec tego roku (lub jeszcze później). Teraz musieli się ewakuować przed nadchodzącą zimą z wznoszącego się na wysokość ponad 3500 m n.p.m. lodowego płaskowyżu zajmującego środek wschodniej Antarktydy. Rosyjscy badacze od kilku lat znów uparcie próbowali dotrzeć do znajdującego się tutaj gigantycznego jeziora Wostok - największego z antarktycznych zbiorników i jednego z największych rezerwuarów słodkiej wody na Ziemi. Jego odkrycie niemal dwie dekady temu było wielką sensacją.

W czerwcu 1996 roku na okładce tygodnika „Nature” pokazano mapę Antarktydy, na której czerwonym kolorem zaznaczono krawędzie dużego obiektu geograficznego. „Olbrzymie jezioro pod lodem!” - krzyczał wielki tytuł. Wewnątrz czasopisma znajdował się artykuł opisujący wyniki pomiarów radarowych wykonanych przez satelitę ERS-1 wystrzelonego pięć lat wcześniej. Europejska sonda dojrzała na powierzchni wschodniej Antarktydy, gdzie grubość lodu sięga czterech kilometrów, zadziwiająco płaską lodową równinę o długości ponad 200 km i szerokości ponad 50 km.

Po zestawieniu wielu fragmentów układanki autorzy publikacji uznali, że pod spodem znajduje się jezioro. Nazwano je Wostok, czyli Jezioro Wschodnie, od znajdującej się ponad nim rosyjskiej stacji polarnej. Jego powierzchnię oszacowano na 14 tysięcy km?, a objętość na pięć-sześć tysięcy km?, co oznaczało, że Wostok jest szóstym co do wielkości zbiornikiem słodkiej wody na Ziemi. Od razu zaczęto się zastanawiać, czy może tam istnieć życie. Pisano o „naturalnej kapsule czasu?h i „zaginionym świecie?h. Wkrótce pojawiły się pomysły wysłania tam sondy, która poszukałaby śladów żywych organizmów.

Paradoksalnie przetrwaniu tego i innych antarktycznych jezior sprzyja to, że ponad nimi znajduje się olbrzymia masa lodu. Chroni podłoże od siarczystych mrozów na powierzchni. Ponadto wywiera na nie olbrzymi nacisk - ciśnienie na dole lądolodu jest setki razy większe niż na powierzchni. Pod takim ciężarem lód topnieje w ujemnej temperaturze. Dodatkowo jest podgrzewany przez ciepło geotermalne docierające z wnętrza globu.

Rosjanie nie tracili czasu. Rok przed ukazaniem się artykułu w „Nature” przystąpili do wiercenia dziury w lodzie. Chcieli dotrzeć do jeziora, potwierdzić jego istnienie i pobrać z niego próbki wody. W styczniu 1998 roku wiertło dotarło do warstwy wielkich kryształów, które tworzą się w wyniku przymarzania wody od spodu lądolodu. Do zbiornika było już zatem niedaleko. Szacowano, że maksymalnie 150 m. Wtedy jednak wiercenie przerwano z powodu protestów biologów, którzy obawiali się, że wraz z wiertłem do jeziora przedostaną się mikroorganizmy z powierzchni, które zanieczyszczą wyjątkowy ekosystem.

Część badaczy uważa, że jezioro pełne jest życia, które energię i składniki pokarmowe czerpie z pulsujących na dnie gorących źródeł wulkanicznych. Wostok, wedle tych naukowców, przypomina wielkie jeziora Afryki Wschodniej wypełniające Wielki Rów Afrykański. Z nowych amerykańskich badań wynika, że zbiornik powstał co najmniej kilkanaście milionów lat temu, jednak woda w nim jest znacznie młodsza. Może mieć najwyżej około pół miliona lat.

Odwierty na terenie stacji Wostok / fot. REUTERS

Rosjanie przez wiele lat próbowali dotrzeć do celu. Twierdzą, że opracowali taką metodę wiercenia, dzięki której nie zanieczyszczą jeziora. Dostali zielone światło od Scientific Committee on Antarctic Research (SCAR) - międzynarodowego komitetu nadzorującego badania antarktyczne. W 2009 roku byli już bardzo blisko, lecz wiertło ugrzęzło w lodzie. Dwa lata później, w lutym 2011 roku, dotarli na głębokość 3720 m. Do jeziora zabrakło im więc 20-30 m. Musieli przerwać, bo krótkie antarktyczne lato dobiegało końca. Pod koniec prac przebijali się przez twarde kryształy z prędkością zaledwie dwóch metrów na dobę. W grudniu 2011 roku powrócili, aby dokończyć dzieła. Udało się w ostatniej chwili przed ewakuacją z Antarktydy.

W ich tegorocznych planach nie było badań samego zbiornika. Zabrali do analiz próbkę świeżo zamarzniętej wody. W ciągu paru lat zamierzają powrócić z sondą jeziorną, aby zbadać podlodowy świat Antarktydy. Jest jednak wielce prawdopodobne, że wtedy nie będą już pionierami takich badań. Zamierzają ich wyprzedzić Brytyjczycy. To oni mogą jako pierwsi odnaleźć życie pod lodem.

Brytyjscy naukowcy rozpoczęli ostatnie przygotowania do przedsięwzięcia, nad którym pracują od 15 lat, a którego finał ma nastąpić na początku następnego sezonu antarktycznego - w listopadzie lub grudniu 2012 roku. Liczący kilkanaście osób zespół, którym pokieruje Martin Siegert z Uniwersytetu w Edynburgu, zamierza dotrzeć do niewielkiego Jeziora Ellswortha, drążąc dziurę w lodzie o grubości około 3300 m.

Zbiornik o długości 10-12 km, szerokości trzech-czterech kilometrów oraz maksymalnej głębokości około 150 m znajduje się w zachodniej części Antarktydy. Ma unikalne położenie. W odległości kilkudziesięciu kilometrów wznoszą się potężne Góry Ellswortha z najwyższym szczytem Antarktydy - Górą Vinsona (4892 m n.p.m.). Tymczasem samo jezioro leży około 1200 m poniżej poziomu morza. Na dystansie mniejszym niż sto kilometrów różnica wysokości wynosi więc około sześciu kilometrów. Dziś to głębokie obniżenie zajmuje lądolód. Tylko dlatego może tam istnieć jezioro. Gdyby lodu nie było, głęboką rynnę w skorupie ziemskiej wypełniałaby morska woda.

W zachodniej części Antarktydy wiele jest takich miejsc, gdzie spód lądolodu leży setki metrów poniżej powierzchni oceanu. W takich rejonach woda morska ma łatwy dostęp do krawędzi lodu. Z tego powodu jest on szczególnie podatny na destrukcję. Wystarczy niewielki wzrost temperatury oceanu, aby zniknął. Stopnienie całego lodu zachodniej Antarktydy podniosłoby poziom oceanów o około pięć metrów. Dla planety to niewiele, ale dla ludzkości skupiającej się chętnie na nizinach nadmorskich byłby to spory problem.

Dlatego głównie o los tej części kontynentu troszczą się badacze. Tam prowadzone są najważniejsze badania. Grupa Siegerta chce sprawdzić, czy pod Jeziorem Ellswortha, znajdującym się w samym centrum zachodniej Antarktydy, zachowały się osady morskie z okresu ocieplenia poprzedzającego ostatnie zlodowacenie, które zaczęło się około stu tysięcy lat temu. Ich istnienie oznaczałoby, że w tym miejscu nie było wtedy lodu. Zniknął cały lub prawie cały. A ponieważ temperatury były wtedy zbliżone do dzisiejszych, historia może się powtórzyć. Brytyjczycy oczywiście liczą też na to, że w wodzie jeziornej lub w osadach dennych znajdą żywe organizmy, które od co najmniej stu tysięcy, a być może od wielu setek tysięcy lat są odizolowane od reszty świata.

British Antarctic Survey

Brytyjska głowica drążąca lód z użyciem gorącej wody / fot. British Antarctic Survey

Ich plan działania jest sprytny, lecz mocno napięty. Przy pomocy gorącej wody chcą w ciągu zaledwie dwóch-trzech dni wydrążyć trzykilometrową dziurę w lodzie. Woda będzie pochodziła z topnienia lodu. Najpierw trafi do trzech wielkich zbiorników, a potem do bojlera, w którym zostanie podgrzana do 90 °C. Wszystko to będzie się odbywało przy temperaturze powietrza wynoszącej około -20 °C. Energię potrzebną do podgrzania około 30 tysięcy litrów wody oraz wydrążenia otworu o średnicy 36 cm dostarczy kilka potężnych generatorów. Większość tego sprzętu - łącznie około 70 t - jest już od kilku tygodni na miejscu. Najpierw rosyjskie samoloty Ił-76 przewiozły go z Punta Arenas w Chile do bazy turystycznej Union Glacier Camp w środku Gór Ellswortha, a następnie pod koniec listopada 2011 roku śnieżny traktor zaciągnął go do odległego o 300 km miejsca przyszłego odwiertu.

Po wydrążeniu dziury zacznie się wyścig z czasem. Brytyjczycy będą mieli 24 godziny na pobranie próbek z jeziora i dna. Zamarzający odwiert będzie się bowiem zmniejszał z każdą godziną o sześć milimetrów. Próbki wody ma pobrać sonda o długości pięciu metrów, zdalnie sterowana za pośrednictwem światłowodu. Będzie miała oświetlenie, kamerę oraz mikroczujniki do pomiaru właściwości fizycznych wody. Potem do otworu spuszczony zostanie próbnik geologiczny, który wryje się w dno jeziora. Trzeba go będzie wyciągnąć, zanim dziura w lodzie stanie się zbyt wąska. Cały sprzęt trzeba najpierw wysterylizować w ultrafiolecie, by nie zanieczyścił jeziora. Z pewnością będą to gorące 24 godziny dla zespołu Siegerta, który obiecuje, że wstępne wyniki ekspedycji poznamy już wiosną 2013 roku. Oczywiście pod warunkiem, że zakończy się ona powodzeniem.

Neil Ross/University of Edinburgh

Stacja Brytyjczyków / fot. Neil Ross/University of Edinburgh

Jeśli nie odniesie sukcesu, wówczas pierwszymi, którzy spenetrują podlodowy świat Antarktydy, mogą się okazać Amerykanie. Przygotowują oni przedsięwzięcie zwane WISSARD (akronim od Whillans Ice Stream Subglacial Access Research Drilling), w ramach którego chcą wysłać pod lód dwie mobilne sondy. Mniejsza o długości pół metra i średnicy kilkunastu centymetrów zbadałaby pod koniec 2013 roku Jezioro Whillansa znajdujące się także w zachodniej części Antarktydy. Dziurę w lodzie również wydrążono by gorącą wodą. Podwodny minipojazd o nazwie MSLED (od angielskiego Micro-Submersible Lake Exploration Device) jest już na Antarktydzie. Jego twórcy - Alberto Behar i Colin Ho z Uniwersytetu Stanu Arizona w Phoenix - od połowy grudnia 2011 roku testują go w pobliżu bazy McMurdo.

Wkrótce trafi tam kolejne technologiczne cudo o nieco większych rozmiarach. To ważący tonę i przypominający cygaro pojazd o długości ośmiu metrów i szerokości 50 cm. W 2014 roku ma się przecisnąć przez dziurę wydrążoną w lodowcu szelfowym Rossa, który unosi się na oceanie i ma powierzchnię Hiszpanii. Szerokość otworu wyniesie zaledwie 70 cm, za to jego głębokość przekroczy 600 m. Będzie to więc najdłuższy przerębel w historii. To jedyny sposób, aby się dostać do znajdującego się pod lodem morza. Po co? By podejrzeć jedno z miejsc, gdzie wrażliwy na subtelne bodźce termiczne lądolód zachodniej Antarktydy styka się z podgryzającym go oceanem. Tego typu miejsca to pięta achillesowa czaszy lodowej.

Sonda została zaprojektowana przez Rossa Powella z Uniwersytetu Północnego Illinois w DeKalb pod Chicago. Wyruszy w nieznane wyposażona w pięć kamer, w tym jedną wysokiej rozdzielczości do bezpośrednich relacji telewizyjnych (i z niezbędnym zestawem mocnych reflektorów). Zabierze też ze sobą kilkanaście przyrządów do badania wody, lodu oraz dna morskiego. Próbki gruntu i lodu będą sunęły w górę po specjalnej lince, dane i obrazy powędrują za pośrednictwem trzykilometrowego światłowodu. Tą samą drogą - ale w przeciwną stronę - popłyną komendy od naukowców, którzy będą wskazywali sondzie kolejne cele do zbadania. Takiej wyprawy jeszcze w dziejach Antarktydy nie było.

 

Andrzej Hołdys jest dziennikarzem naukowym i popularyzatorem nauki. Publikuje m.in w "Wiedzy i Życiu", "Polityce", "Gazecie Wyborczej".

Więcej o: