Kosmiczny lądolód: Dziennik odkrywcy - Sławomir Tułaczyk

Nauka próbuje zmierzyć się z tymi pytaniami, a antarktyczny lądolód stał się kosmicznym poligonem doświadczalnym. – Jeszcze 20 lat temu nikt nie przypuszczał, że na jego dnie mogą się znajdować jeziora, rzeki i żywe organizmy. Koncentrowaliśmy się na kwestii ocieplenia klimatu i podnoszenia się poziomu morza. Wciąż jest to istotny kierunek badań, ale zaczynamy patrzeć na masy lodowe jak na nową niszę ekologiczną – mówi prof. Sławomir Tułaczyk, polski geomorfolog i glacjolog z Uniwersytetu Kalifornijskiego.
Przełom nastąpił pod koniec lat 90., gdy okazało się, że ósme co do wielkości jezioro świata od milionów lat jest skute lodem. Od tamtej pory dzięki satelitom i radarom glacjolodzy odkryli na Antarktydzie blisko 400 podobnych zbiorników i ogromną liczbę rzek. Okazało się, że aż 60 proc. jego dna uległo stopieniu, tworząc największe mokradła na świecie o powierzchni 6–7 mln km2. Pod wieloma względami system hydrologiczny Antarktydy nie różni się od tego na innych kontynentach. Spekulacje, czy może tam istnieć życie, trwały kilkanaście lat.
W styczniu 2013 r. amerykańska ekspedycja, której jednym z szefów był prof. Tułaczyk, przewierciła się do jeziora Whillans na dnie lądolodu i pobrała próbki. – Jednym z czynników, które złożyły się na sukces przedsięwzięcia, był wybór odpowiedniego zbiornika. W jeziorach odizolowanych od reszty środowiska, w których woda jest bardzo stara, cykle topnienia lodu i zamarzania wody zachodzą wielokrotnie. Gazy powstające w wyniku tych procesów pod wpływem ciśnienia rozpuszczają się w wodzie. Po wykonaniu odwiertu, gdy ulegnie ona dekompresji, może wystrzelić na powierzchnię jak szampan – wyjaśnia profesor. Innym ważnym czynnikiem była grubość lodu. Dla mikrobów, które pod nim żyją, nie ma ona żadnego znaczenia, podobnie jak ciśnienie wody w oceanie. Te same organizmy potrafią żyć na głębokości jednego i czterech kilometrów. Ale dla naukowców była to istotna bariera. – Za pierwszym razem lepiej wiercić w łatwiejszych warunkach, dlatego wybraliśmy zbiornik, który leży pod nieco cieńszą, jak na antarktyczne warunki, bo „ledwie” 800-metrową warstwą lodu – tłumaczy profesor.
Do dna lądolodu naukowcom udawało się dowiercić wielokrotnie, ale odwierty nigdy nie były na tyle sterylne, aby uzyskać wiarygodne pomiary mikrobiologiczne. Największym wyzwaniem było wykonanie całkowicie sterylnych otworów. – Woda w jeziorach podlodowcowych jest bardzo czysta, a skupiska żyjących w niej bakterii nieduże. Aby je pobrać, najpierw musieliśmy pozbyć się tych, które nas otaczały. Nawet pośrodku Antarktydy nasz obóz był ich pełen, bo każdy ludzki organizm zawiera 10 razy więcej mikrobów niż własnych komórek – tłumaczy profesor. Zamiast klasycznego wiertła użyto gorącej wody pod ciśnieniem pobranej z czystego lodu. Po podgrzaniu do 80–90OC filtrowano ją do 0,2 mikrona przez ogromny system filtrów i poddawano bakteriobójczym dawkom promieniowania UV. Podobnie oczyszczano same instrumenty.
Wywiercenie dziury o średnicy 30 cm zajęło ekipie prof. Tułaczyka cztery dni, pobranie próbek – pięć, ale przygotowania trwały aż 10 lat. – Na wyniki badań DNA musimy jeszcze poczekać, ale wstępne oględziny pod mikroskopem wykazały, że są to organizmy zróżnicowane pod względem morfologicznym. Częściowo dlatego, że przez połowę historii naszej planety w atmosferze nie było tlenu lub występował on w niewielkich ilościach. Mikroby nauczyły się wykorzystywać inne źródła energii niż spalanie tlenowe. Od tamtej pory klimat znacząco się zmienił, a większość organizmów zaczęła czerpać energię z powietrza. Beztlenowce przetrwały w niszach ekologicznych – wyjaśnia profesor. Odżywiają się minerałami (żelazem i siarką), które trafiają do wody np. z wietrzejących skał. – Mikroby, które znaleźliśmy, żywią się dawnymi osadami morskimi, np. mikroskopijnymi śladami skorupek morskich zwierząt. Ich fizyczne i chemiczne środowisko znacznie różni się więc od tego, które powstało na granicie. Istotne może być i to, czy mamy do czynienia z wodą słodką, czy słoną – wyjaśnia profesor. Mimo że jego ekspedycję finansowała rządowa agencja National Science Foundation, badaniami od dawna interesowała się też NASA. – Zawdzięczamy im niektóre z urządzeń badawczych, np. małego robota podwodnego z kamerą. Pracujemy też nad stworzeniem robota, który będzie mógł podróżować w lodzie tak jak torpeda w wodzie – opowiada profesor. – Jeśli sprawdzi się na Antarktydzie, w przyszłości zostanie wysłany na Europę – księżyc Jowisza, gdzie istnieje ocean pod lodem. Droga do podboju kosmosu wiedzie zatem przez Antarktydę, bo to właśnie tam panują najbardziej kosmiczne warunki na ziemi.
Obecnie wszystkie żywe organizmy na ziemi zależą od fotosyntezy. Nawet mikroby z głębin oceanów trwają dzięki materiałom organicznym opadającym na dno. Pod lodem natomiast brakuje światła i tlenu, są tylko woda i minerały. Dzięki organizmom, które tam żyją, możemy więc zbliżyć się do życia na innej planecie, nie opuszczając własnej.
Wywierciwszy otwór, naukowcy zainstalowali pod lodem obserwatorium geofizyczne z czułym sejsmometrem na 800-metrowym kablu. Przez kilka lat urządzenie będzie wykrywać najmniejsze nawet wstrząsy wywołane ruchem lodu i przepływem wody
w jeziorze. (Fot. Archiwum Sławomira Tułaczyka)
LODOWE ODWIERTY
W badaniach, które mają odpowiedzieć na pytania o obecność życia pod lodem Antarktydy, biorą udział trzy ekipy.
■ Rosjanie dowiercili się w 2012 r. do jeziora Wostok, znajdującego się 3,5 km pod lodem, ale zanieczyścili próbki.
■ Brytyjczycy wiercą w Ellsworth, które leży na głębokości 3,2 km, ale w ubiegłym roku przerwali prace z powodów technicznych.
■ Amerykanie, którym udało się już pobrać czyste próbki z jeziora Whillans. W tym zespole znalazł się Polak prof. Sławomir Tułaczyk.
Warto wiedzieć:
Towarzystwo National Geographic zostało założone w 1888 r. jako instytucja użyteczności publicznej. Od tego czasu wsparło ponad 10 tys. wypraw i projektów badawczych, przyczyniając się do wielu przełomowych odkryć.