Что скрывается подо льдом Антарктиды: вода 300°C и жизнь

Корейским учёным впервые удалось наблюдать то, что ранее было скорее предположением, чем фактом. Гидротермальные источники на дне Антарктики на глубине 1 300 метров, где температура воды превышает 300 °C. Пока на поверхности температура воды около минус одного градуса, на дне бьют потоки перегретой жидкости, насыщенной металлами и сероводородом. И вокруг этих потоков кипит жизнь, которую раньше никто не видел своими глазами. Это открытие ещё раз показывает, как мало мы знаем о том, что скрывается подо льдами нашей планеты.

Подо льдом Антарктиды обнаружены источники горячей воды температурой 300 градусов

Как нашли гидротермальные источники в Антарктиде

Корейский институт полярных исследований (KOPRI) объявил об успешном завершении экспедиции на ледокольном исследовательском судне «Араон». Команду возглавил ведущий исследователь Пак Сон Хён. Целью была зона антарктического срединно-океанического хребта примерно в 1 200 километрах от станции Чанбого на Земле Виктории.

Этот район открытого океана оставался одним из самых заметных «белых пятен» на карте подводных исследований — слишком далеко, слишком холодно, слишком сложно. Раньше здесь никто не проводил прямых наблюдений дна. Сам KOPRI назвал достижение мировым первенством: впервые к антарктическим гидротермальным источникам отправили беспилотный подводный аппарат, который смог рассмотреть всё вблизи.

До этой экспедиции учёные могли исследовать регион только косвенно — опуская пробоотборники на дно вслепую и поднимая образцы наверх. Расположение, распределение и экологическая структура источников оставались в значительной мере лишь предположениями. В 2017 году команда подтвердила наличие глубоководных организмов с помощью подводных камер, а в прошлом году собрала около 350 килограммов минеральных образцов с помощью драги (специальный инструмент для сбора образцов со дна глубоких водоёмов).

Не забудь подписаться на наш канал в Max, чтобы быть в курсе новых статей!

Почему вода при 300°C не кипит на глубине

Гидротермальные источники — это, по сути, подводные горячие гейзеры. Морская вода просачивается в трещины океанической коры, нагревается магмой на глубине и выбрасывается обратно в океан. По пути она насыщается металлами — железом, медью, цинком — а также сероводородом и метаном, которые становятся топливом для жизни на дне.

Важный момент: почему вода при 300 °C не кипит? Всё дело в давлении. На каждые десять метров глубины давление увеличивается на одну атмосферу. На глубине 1 300 метров оно настолько велико, что вода остаётся жидкой даже при температурах, при которых на поверхности она давно бы превратилась в пар.

Исследовательская группа проводит глубоководные исследования с помощью беспилотного подводного аппарата.

При этом эти источники не способны сколько-нибудь заметно нагреть антарктический океан. Перегретая жидкость смешивается с окружающей ледяной водой и остывает буквально в нескольких десятках метров от места выброса. Температуру антарктических вод по-прежнему определяют солнечный свет и глобальная циркуляция течений. Гидротермальные источники — это точечные, локальные очаги тепла на дне океана.

Как живут организмы без солнечного света в океане

На такой глубине солнечный свет не проникает, фотосинтез невозможен. Но жизнь здесь нашла другой путь. Вместо солнечной энергии местные экосистемы используют химическую — это процесс, который называется хемосинтезом. Микроорганизмы разлагают сероводород и метан из гидротермальных выбросов и производят органическое вещество. По сути, бактерии выполняют ту же роль, что растения на суше, только вместо солнца используют химию вулканических источников.

На этой бактериальной «основе» строятся целые сообщества. Некоторые организмы несут симбиотических микробов внутри или на поверхности своего тела и получают энергию напрямую от них. В Тихом и Атлантическом океанах возле гидротермальных источников обычно обитают гигантские трубчатые черви и мидии. Но в антарктических водах всё иначе — здесь сформировались собственные, отличные линии ракообразных, моллюсков и иглокожих.

Собранные биологические образцы.

Каждый такой источник — это изолированный оазис жизни размером от нескольких десятков до нескольких сотен метров. Поскольку эти оазисы разделены километрами безжизненного дна, каждый из них развивает собственное уникальное биологическое сообщество.

Почему сложно исследовать дно Антарктиды

Сами по себе гидротермальные источники — не новость для науки. С 1970-х годов их обнаружили в огромном количестве вдоль срединно-океанических хребтов Тихого и Атлантического океанов. Но в антарктических водах ситуация другая. Хотя хребет, опоясывающий Антарктиду, обладает всеми условиями для существования таких источников, детальные исследования на месте проводились крайне редко.

Причины прозаичны, но серьёзны. Антарктические воды находятся на огромном удалении от обитаемых территорий. Чтобы доставить команду, оборудование и запасы, нужно несколько недель или месяцев плавания. Сама дорога съедает колоссальные ресурсы.

Стоимость работы подводного аппарата — ещё одна проблема. Беспилотный глубоководный аппарат — это сложная система, требующая слаженной работы специалистов, кабелей и судна обеспечения. При аренде оборудования расходы умножаются: приходится оплачивать не только время погружений, но и весь многонедельный рейс, а также проживание инженеров. Типичная антарктическая экспедиция длится один-два месяца, но аппарат может работать под водой лишь несколько дней. Такая пропорция делает финансовую нагрузку особенно тяжёлой.

Поворотным моментом для антарктических исследований стала экспедиция к Восточно-Шотландскому хребту в 2012 году. Тогда учёные впервые наблюдали высокотемпературные гидротермальные выбросы на глубине около 2 500 метров и обнаружили ранее неизвестные биологические сообщества с новыми видами «краба-йети», морскими звёздами и анемонами. Это дало основания предположить, что в антарктических гидротермальных источниках существуют отдельные экосистемы. С тех пор признаки гидротермальной активности были обнаружены еще в нескольких районах Антарктики, но прямые наблюдения за глубоководными экосистемами там крайне редки.

Как работают глубоководные дроны для исследований

Чтобы преодолеть ограничения арендованного оборудования, команда KOPRI решила действовать иначе. Совместно с робототехнической компанией они разработали собственный глубоководный беспилотный аппарат под названием «Ариари» (Ariari). Он способен погружаться на глубину до 6 000 метров.

«Ариари» полностью оправдал ожидания в полевых условиях. Опустившись на 1 300 метров, он отслеживал изменения температуры и химического состава воды и зафиксировал активный гидротермальный источник в действии. Аппарат записал видео «дымящихся» труб — структур, выбрасывающих перегретую жидкость, — окружающих их биологических сообществ и распределения минералов. При этом он избирательно собирал неповреждённые образцы, подобранные под конкретные задачи исследователей.

Беспилотный глубоководный аппарат Ариари.

С помощью роботизированных манипуляторов и всасывающих устройств команда собрала 12 глубоководных организмов, включая книдарий (стрекающих), губок и иглокожих. Некоторые из этих образцов, по предварительным оценкам учёных, могут оказаться ранее неизвестными видами. Исследователи полагают, что организмы, адаптировавшиеся к столь экстремальной среде, способны раскрыть новые формы экологической адаптации.

Помимо биологии, экспедиция принесла важные геологические данные. Команда своими глазами увидела обширное пространственное распределение сульфидных руд, богатых медью и цинком, вокруг источников.

«Прямое наблюдение глубоководной гидротермальной среды на антарктическом срединно-океаническом хребте с помощью беспилотного аппарата — редкость даже в мировом масштабе», — отметил руководитель экспедиции Пак Сон Хён, добавив, что современная робототехника позволила получить гораздо более точные данные и образцы, чем традиционные методы исследования с борта судна.

Почему открытие гидротермальных источников Антарктиды важно для поиска жизни в космосе

Стоит подчеркнуть: само существование гидротермальных источников в Антарктике не является неожиданностью. Учёные давно предполагали их наличие и даже находили косвенные доказательства. Настоящая ценность экспедиции — в переходе от догадок к прямому наблюдению. Разница примерно такая: одно дело — знать, что за стеной есть комната, и совсем другое — зайти в неё и увидеть, что внутри.

Теперь у исследователей есть видео, образцы и данные, которые позволят детально изучить, как устроены антарктические глубоководные экосистемы, чем они отличаются от аналогов в других океанах и какие биологические механизмы позволяют жизни процветать в таких условиях.

Открытия вроде этого расширяют представление о границах жизни на Земле и за её пределами. Ледяные спутники Юпитера и Сатурна — Европа и Энцелад — имеют подлёдные океаны, в которых теоретически могут существовать похожие условия. Каждый раз, когда мы лучше понимаем, как жизнь приспосабливается к экстремальным условиям на нашей планете, мы точнее представляем, где её искать в космосе.