Antarktiske subglaciale søer er kolde, mørk og fuld af hemmeligheder

At få vandprøver fra en antarktisk sø under 800 meter is kræver dages boring, præcist udstyr, masser af tålmodighed og en iver efter at forstå et af verdens mest ekstreme miljøer.

Mere end halvdelen af ​​planetens ferskvand er i Antarktis. Mens det meste er frosset i iskapperne, under isbassinerne og vandstrømme strømmer ind i hinanden og ind i det sydlige ocean omkring kontinentet. Forstå bevægelsen af ​​dette vand, og hvad der er opløst i det som opløste stoffer, afslører, hvordan kulstof og næringsstoffer fra jorden kan understøtte livet i kysthavet.

Indsamling af data om disse systemers biogeokemi er en opgave af antarktiske proportioner. Trista Vick-Majors, assisterende professor i biologiske videnskaber ved Michigan Technological University, er en del af et hold, der indsamlede prøver fra Whillans Subglacial Lake i Vestantarktis og er hovedforfatter på et papir om søen, for nylig udgivet i Globale biogeokemiske kredsløb .

"Livet er hårdt - det kan klare meget, "Vick-Majors sagde." Dette papir sammensætter, hvad vi ved om biologien, og hvor aktiv det er under Antarktis is med oplysninger om sammensætningen af ​​organisk kulstof i søen. "

Livet på et kulstofbudget

Livet under isen tåler meget - der er intet sollys, og tryk fra isen ovenover i kombination med varme, der stråler op fra Jordens kerne, smelter vandet og danner søen, så temperaturen svæver lige under frysepunktet. Organisk kulstof, en vigtig fødekilde for mikroorganismer, er til stede i relativt høje koncentrationer i Whillans Subglacial Lake, selvom den mangler det grønne rod i en dam i Midtvesten i slutningen af ​​august. I stedet, som kameraer faldt ned i borehullet i Mercer Subglacial Lake (en nabo til Whillans) afslører, den subglaciale sø er mørk, kold, fuld af blødt og luftigt sediment, og foret med boblefyldt is.

Søbunden ser mere fremmed ud end jorden. At studere ekstreme miljøer giver indsigt i, hvordan udenjordisk liv kunne være, eller hvordan jordisk liv kan overleve under lignende forhold. Ikke at mennesker, pingviner eller fisk kunne klare det; livet i vandet under Antarktis is er for det meste mikrobielt. De viser stadig tegn på liv - organisk kulstof og andre kemiske biprodukter fra livet, spise, udskilles og dø – som Vick-Majors og hendes team kan måle og budgettere.

Ved hjælp af massebalanceberegninger, holdets forskning viser, at en pulje af opløst organisk kulstof i Whillans Subglacial Lake kan produceres på 4,8 til 11,9 år. Mens søen fyldes og drænes, som tager omtrent lige lang tid, alle disse næringsstoffer glider og glider deres vej til den isdækkede kyst i det sydlige Ocean. Baseret på holdets beregninger, de subglaciale søer i regionen giver 5, 400 % mere organisk kulstof end hvad mikrobielt liv i det isdækkede hav nedstrøms behøver for at overleve.

"Der er ingen fotosyntese under isen i havet nedstrøms for denne sø - dette begrænser de tilgængelige føde- og energikilder på en måde, som du ikke ville finde i en overfladesø eller det åbne hav, " Vick-Majors sagde. "Ideen er, at disse subglaciale søer, der er opstrøms, kan give vigtige energikilder og næringsstoffer til ting, der lever i de isdækkede områder i det sydlige Ocean."

Boring efter data

Mens Whillans Subglacial Lake i sig selv indikerer, at opstrøms næringsstoffer kan være en vigtig faktor, det er kun en enkelt datakilde i et isdækket kompleks af underjordiske søer, vandløb og flodmundingslignende blandingszoner, der gennemgår sæsonbestemte og sporadiske strømninger.

For at udvide deres syn, Vick-Majors og resten af ​​teamet har indsamlet data på andre steder (Mercer Subglacial Lake blev udtaget af SALSA-teamet i begyndelsen af ​​2019), og at gøre det er ikke ringe præstation. De får det til at ske med en varmtvandsbor, en specielt designet slange, en 10-liters vandprøvetagningsflaske, nogle sedimentkerneboringsanordninger, og en uge med sommerligt polarvejr, der kan dykke til 20 under. Besætningen bærer Tyvek-dragter, og alt udstyr er grundigt rengjort. De filtrerer også borevandet, køre den forbi adskillige bredder af ultraviolet lys for at slå mikrobiel forurening ned, og opvarm det derefter for at bruge det varme vand til at åbne et cirka 1000 meter langt hul ned til søen.

"Noget af det smeltede isvand, som nu har cirkuleret gennem boret, fjernes fra hullet, så når søen er punkteret, vand fra søen bevæger sig op i boringen, " Vick-Majors sagde, forklarer, at besætningen skal holde det varme vand fra boret adskilt fra søvandet for at holde deres prøver og søen ren. "Det tager omkring 24 timer at bore borehullet, og vi holder det åbent i et par dage; at samle en enkelt prøve eller lade kameraerne ned kan tage to timer eller mere, afhængigt af udstyret."

Og hullet bliver ved med at prøve at fryse igen. Plus, Vick-Majors er ikke en ensom videnskabsmand; hun er indlejret i et tværfagligt team, og alle skal have adgang til boringen til forskellige eksperimenter. Men for al den stramme logistik og kolde tæer, hun siger det er det værd.

"Der er vand og der er liv under isen, " sagde Vick-Majors. "Disse kan lære os meget om vores planet, fordi dette er et fantastisk sted at se på noget forenklede økosystemer, uden højere niveauer af organismer. Så vi kan svare på spørgsmål om livet, som kan være rigtig svære at besvare andre steder."

Bagsiden er, at fysisk-biologiske interaktioner stadig kan være komplicerede i disse miljøer; papiret er et skridt i retning af at forstå dem. De næsten overjordiske subglaciale søer i Vestantarktis giver indsigt i mulighederne for exoplanetmiljøer, mens de afslører det dybe, vandbevarede hemmeligheder i vores egen verden.