Под ледената покривка на Антарктида, дебела около четири километра, се крие огромното езеро Восток, което остава течно въпреки екстремния студ на повърхността. То се намира под един от най-студените райони на Земята, където е регистриран световният рекорд за най-ниска температура – минус 89,2 градуса по Целзий на 21 юли 1983 г., по данни на Световната метеорологична организация.
Под тази изключително сурова повърхност се крие огромно езеро, покрито от приблизително четири километра лед. Най-удивителното е, че основната му водна маса остава течна, въпреки че на границата с ледника част от водата постоянно замръзва отново. Научните изследвания показват, че това е възможно благодарение на съчетанието от огромно налягане, геотермална топлина и изолиращия ефект на дебелата ледена покривка.
Механизмите, които поддържат езерото в течно състояние, са изяснявани постепенно в продължение на десетилетия чрез геофизични, глациологични и други научни изследвания.
Езерото Восток вероятно съществува под антарктическата ледена покривка от милиони години. Това обаче не означава, че една и съща вода е останала неподвижна и напълно изолирана през целия този период. Самата вода участва в изключително бавен цикъл на топене, циркулация и повторно замръзване. Научни изследвания допускат, че ледът над езерото е съществувал поне няколко милиона години, а според някои оценки – до около 20 милиона години.
Как е възможно огромен воден басейн да остане течен при условията на Антарктида?
Основният парадокс на езерото Восток е, че то се намира под един от най-студените райони на планетата. Температурите на въздуха над него достигат екстремно ниски стойности, но под километри лед водата остава в течно състояние. Това се дължи на няколко фактора, които действат едновременно.
Първият е самата ледена покривка. Слоят с дебелина приблизително четири километра отделя езерото от изключително студената атмосфера и силно ограничава загубата на топлина отдолу.
Вторият фактор е геотермалната топлина от вътрешността на Земята. Тя достига основата на ледената покривка и допринася за поддържането на температури, при които в най-дълбоката част на системата може да съществува течна вода. Научните изследвания на езерото показват, че подледниковата среда се характеризира с налягане от приблизително 350 атмосфери, температури около минус 3 градуса и постоянна тъмнина.
Третият фактор е свързан с физиката на водата. Огромното налягане, създадено от близо четири километра лед, понижава температурата на топене. Затова водата в езерото може да остане течна и при температура под нула градуса. При условията във Восток температурата в близост до границата между водата и леда е приблизително около минус 3 градуса по Целзий.
Следователно ниската температура на въздуха на повърхността сама по себе си не е достатъчна, за да замрази цялото езеро. Дебелият лед го изолира, геотермалният поток доставя топлина отдолу, а огромното налягане позволява водата да остане течна при температури под обичайната точка на замръзване.
Езерото Восток не е и напълно неподвижен воден басейн. Изследванията показват, че в различните му части протичат процеси на топене и повторно замръзване. В северната част ледът над езерото се топи, докато на юг част от водата замръзва към долната страна на ледника и образува т.нар. акреционен лед.
Именно такъв лед е достигнат при дълбоките сондажи край станция „Восток“. Изотопни изследвания показват, че повече от 200 метра от най-долната част на изследваното ледено ядро са образувани от вода на езерото, която отново е замръзнала към ледника. Това е едно от доказателствата, че системата не е статична, а в нея непрекъснато протича обмен между течната вода и ледената покривка.
Този процес може образно да бъде сравнен с изключително бавно „дишане“ – на едни места ледът отдава вода на езерото, а на други езерната вода отново се превръща в лед.
Въпреки огромната възраст на подледниковата система, водата следователно не е напълно застояла. Скоростта на обновяването ѝ обаче е изключително малка. В класически научен модел, публикуван в Nature, изследователите изчисляват, че при определени допускания времето на престой на водата в езерото може да бъде около 100 000 години, а средната ѝ възраст – от порядъка на един милион години. Авторите изрично отбелязват, че тези стойности зависят от начина, по който се смесват новопостъпилата стопена вода и вече намиращата се в езерото вода.
Именно бавните процеси на топене, смесване и повторно замръзване превръщат Восток в динамична система, макар промените в нея да протичат в мащаби, трудно сравними с човешкия живот.
Още по-интересен за учените е въпросът дали в тази среда може да съществува живот. Слънчевата светлина не достига до езерото, което изключва обичайната фотосинтеза като основен източник на енергия. Ако там действително има живи микроорганизми, те трябва да използват химически източници на енергия и взаимодействията между водата, леда, минералите и седиментите. Научният обзор в Nature също посочва, че евентуалните организми в подобна среда трябва да разчитат на химически, а не на слънчеви източници на енергия.
Следи от микроорганизми вече са откривани, но това все още не е окончателно доказателство за активна екосистема в самото езеро. При сондажи през 90-те години учените достигат до акреционния лед – замръзнала вода от езерото – без да навлизат директно във водния басейн, за да избегнат замърсяването му. В пробите от този лед са открити микроорганизми. NASA подчертава, че резултатите показват възможността Восток да поддържа микробна популация, но не доказват категорично какъв живот съществува днес в самата му водна маса.
Това разграничение е важно. Наличието на микроби или техни следи в лед, образуван от езерна вода, е силна причина за научен интерес, но директното доказване на местна екосистема изисква чисти проби от самата вода и седиментите, получени без външно биологично замърсяване.
Именно поради тези особености езерото Восток е една от най-интересните естествени лаборатории за астробиология. Изследването на подобни подледникови среди помага на учените да разберат как животът би могъл да се приспособи към постоянна тъмнина, ниски температури, високо налягане и ограничени хранителни ресурси.
Сравнението има значение и далеч отвъд Земята. NASA разглежда антарктическите подледникови езера като естествени аналози, които могат да помогнат при подготовката за изследване на ледените светове в Слънчевата система. Европа – спътникът на Юпитер, и Енцелад – спътникът на Сатурн, имат океани от течна вода под дебели ледени обвивки и са сред основните обекти на интерес за астробиолозите.
Приликата не означава, че условията във Восток и на тези луни са еднакви. Но технологията за проникване през лед, вземането на стерилни проби и изучаването на организми, които могат да живеят без слънчева светлина, дават на учените ценен модел за бъдещи мисии до подобни светове.
Затова езерото Восток е много повече от огромен воден басейн, скрит под Антарктида. То показва как течна вода може да се запази под километри лед, как една изолирана система може да остане динамична в продължение на огромни периоди и какви условия потенциално могат да позволят съществуването на живот далеч от слънчевата светлина. Именно тези въпроси превръщат Восток в важна връзка между изследването на най-недостъпните места на Земята и търсенето на обитаеми среди в други части на Слънчевата система.
