28 января 1820 года полярная экспедиция под руководством Фадея Беллинсгаузена и Михаила Лазарева на деревянных шлюпках «Восток» и «Мирный» достигла берегов Южной Земли. До этого момента Антарктида оставалась последним белым пятном на нашей планете, а многие современники даже не верили в существование земной тверди в этих широтах. Интересно, что на британских картах конца XVIII века здесь был отмечен лишь безграничный океан. Однако, несмотря на успех Российской антарктической экспедиции, впервые человек ступил на материк только через 80 лет.
200 лет великих открытий — от экспедиций «героического столетия» до наших дней
Дело в том, что по своим природным условиям Антарктида — самый враждебный континент для человека. Она отличается крайне суровым климатом — среднесуточные температуры зимой доходят до -60 °C — -75 °C, а летом — -30 °C — -50 °C. В 2010 году в результате анализа спутниковых данных, NASA зафиксировала самую низкую температуру воздуха на Земле за всю историю наблюдений — -93,2 °C. Кроме того, Антарктида является самым высоким материком — ее высота составляет 2000 м над уровнем моря, при этом мощность ледникового покрова составляет 3-4 км. Полярники, работающие на станциях, расположенных в глубине материка, по сути находятся в таких же условиях, что и высокогорные альпинисты — разреженный воздух, экстремально низкие температуры, недостаток кислорода, высокий уровень солнечной радиации и сильные холодные ветра.
Первая в истории антарктическая полярная станция была основана в 1898 году на берегу мыса Адер, Британской антарктической экспедицией, которую возглавлял норвежский исследователь Карстен Борхгревинк. Интересно, что эта хижина хорошо сохранилась до наших дней и открыта для посещения туристами.
Первое каменное сооружение в Антарктиде было построено на острове Лори, Шотландской антарктической экспедицией под руководством Уильяма Спирса Брюса в 1903 году. В этом здании могли круглогодично жить и работать шесть полярников. Позже, в 1906 году, британцы передали его в постоянное пользование Аргентине. С тех пор станция, под названием Оркадас, официально является старейшей и действует непрерывно.
В 1943-1945 годах во время Британской экспедиции было основано три полярных станции: на острове Десепшен (1943), на побережье Земли Греяма (1944) и на берегу Залива Надежды (1945). Они стали первыми стационарными базами, построенными на антарктическом континенте. После завершения Второй мировой войны началась мощная волна исследований южного континента разными странами. В 1947-1948 годах были основаны чилийские антарктические станции Артуро Прат и Хенераль-Бернардо-О’Хиггинс, в 1954 — австралийская Моусон, в 1956 — французская Дюмон-д’Юрвиль, американская Мак-Мердо, а также советская — Мирный. В 1996 году при содействии Британской Антарктической службы (которая за символическую цену, в один фунт стерлингов, продала свою станцию Фарадей) Украина пополнила ряды стран, имеющих на южном материке свою собственную станцию. Она получила название Академик Вернадский, в честь первого президента Академии наук Украины.
В настоящее время в Антарктиде расположено около 50 постоянных и 40 сезонных полярных станций, принадлежащих 27 странам. В течение года на них проживает от 1 до 4 тысяч человек. Научные сотрудники без устали проводят геолого-геофизические, палеонтологические, метеорологические, океанографические и медико-биологические исследования.
Флора и фауна Антарктиды десятки миллионов лет назад — впечатляющие палеореконструкции
Природный мир Антарктиды в настоящее время отличается своей самобытностью и уникальностью. Особого внимания заслуживает антарктическая ледяная рыба Champsocephalus gunnari, которая была обнаружена в 1928 году биологом Дитлефом Рустедом, назвавшим ее «белой рыбой-крокодилом». Она имеет большие глаза, объемный рот, полный зубов, а также прозрачные плавники, напоминающие длинные перья. По своей окраске рыба очень бледна, а некоторые части ее тела — полностью прозрачны. Жабры также необычны — белого цвета и по консистенции напоминают йогурт.
Ледяная рыба уникальна также и тем, что ее организм совсем не производит гемоглобин и красные кровяные тельца, из-за чего кровь не красная, а полупрозрачная белая. В крови этого изумительного существа образуются кристаллы льда, что было бы смертельным для многих других видов. Дело в том, что Champsocephalus gunnari способен производить специальный белок-антифриз, который не дает уже образованным льдинкам стать центром кристаллизации, что привело бы к полному замерзанию рыбы. Кровь и межклеточная жидкость остаются жидкими. Именно эта особенность позволила ледяной рыбе адаптироваться к суровым условиям Южного Ледовитого океана, омывающего Антарктику — когда температура воды летом составляет примерно +1,5 °C и -1,8 °C зимой (как известно, океаническая вода замерзает при температурах ниже нуля). Полностью замерзнуть ледяная рыба может только при -6 °C. Это яркий пример того, как живая природа способна успешно адаптироваться к экстремальным условиям окружающей среды.
Стоит отметить, что в течение долгой истории жизни Земли, составляющей почти 4,5 миллиарда лет, Антарктида не всегда была суровым холодным континентом. Более 170 миллионов лет назад она была частью суперконтинента Гондвана, а самостоятельным материком с современными очертаниями стала лишь примерно 25 миллионов лет назад.
Палеонтологические находки позволяют составить представление о фауне Антарктиды, эпохи раннего юрского периода (194 —188 миллионов лет назад). Так в 1991 году американский геолог Дэвид Эллиот во время раскопок на горе Керкпатрик, вблизи Ледника Бирдмора, обнаружил окаменевшие останки неизвестного ранее вида динозавра — криолофозавра, отличавшегося уникальным поперечным гребнем, из-за которого его неофициально назвали «элвисзавр» с намеком на прическу Элвиса Пресли. Окаменелости были официально описаны в 1994 году. По мнению специалистов, длина древнего ящера составляла 6-8 м, а масса могла достигать 900 кг. Позже на месте раскопок также были найдены останки крупных прозауроподов, а также птерозавров и синапсид-тритилодонтов.
В 2012 году специалисты, работающие под эгидой Объединенной программы по изучению мирового океана, смогли добраться буквально «до дна» периода эоцена (55 миллионов лет назад), совершив буровые работы в шельфовой зоне Земли Уилкса на восточном побережье Антарктиды. Установка пробурила один километр осадочных пород, благодаря чему на поверхность удалось поднять пробу, в которой нашли пыльцу и споры растений (родственных современным баобабам и макадамии), а также останки одноклеточных организмов, что помогло составить представление о природе на материке.
По мнению ученых в ту эпоху территория современной Антарктиды была расположена значительно севернее, ближе к субэкваториальным широтам, и характеризовалась субтропическим климатом. Зимой температура составляла около 10°C, а летом могла подниматься до 25°C. Стоит отметить, что в то время средняя температура на всей территории Земли была на 5 градусов выше, чем сейчас. Также не было такого резкого отличия между экватором и полюсами. Этот климатический период считается самым теплым на Земле за последние 65 миллионов лет. При этом концентрация углекислого газа в атмосфере превышала современную более чем вдвое. Антарктида была сплошь покрыта лесами и заселена разнообразными древними формами жизни (в том числе первыми современными млекопитающими), причем в прибрежных частях континента росли пальмы, а ближе к полюсу — хвойные деревья (араукарии) и бук.
Исследование глубинных подледных озер Антарктиды — научный вызов XXI века
Конец 90-х годов XX — нулевые года XXI века ознаменовались для Антарктиды удивительными открытиями. Сначала российские ученые на полярной станции «Восток» нашли незамерзающее подледное озеро — самое большое из обнаруженных на сегодня антарктических озер, вмещающее примерно 5400 км³ воды. Это всего в 3,5 раза меньше, чем в Байкале — крупнейшем пресноводном водоеме нашей планеты. Озеро Восток расположено под ледяным щитом толщиной 4 км. Его уникальность состоит в том, что по мнению ученых, оно было изолировано от земной поверхности на протяжении нескольких миллионов лет.
В 2006 году американские геофизики Робин Белл и Майкл Штудингер объявили об открытии второго и третьего по размерам подледных озер площадью 2000 км² и 1600 км², расположенных на глубине почти 3 км от поверхности континента. На сегодняшний день в Антарктиде уже обнаружено примерно полторы сотни таких объектов. Эти глубинные подледные озера вызвали немалую заинтересованность в научном сообществе. Микробиологи предположили, что в таких водоемах вполне могут обитать живые организмы, поскольку там есть все необходимые для этого факторы.
Недавно ученые из Мичиганского технологического университета собрали образцы воды из подледного озера Вилланс, расположенного в Западной Антарктиде и залегающего на глубине почти 800 метров под поверхностью. Исследование позволило узнать больше об условиях, к которым может адаптироваться микробная жизнь. Известно, что ключевым элементом питания микроорганизмов является органический углерод.
Расчеты исследователей показали, что подледные озера содержат в 50-55 раз больше углерода, чем минимальное количество, необходимое для поддержания микробной жизни. Другими благоприятными факторами является достаточно высокая температура воды (3°С на границе «вода-лед» и до 10°С на глубине), а также высокое содержание кислорода (приблизительно в 50 раз выше, чем в обычной пресной воде). Исследователи предполагают, что вода озер обогащается кислородом за счет верхних слоев льда, постепенно опускающихся на глубину, а тепло генерируется подземными геотермальными источниками. Температура приповерхностного слоя озерного льда не превышает -7°С, что является нижним пределом для метаболической активности известных науке бактерий. Согласно расчетам, давление воды в озере составляет более 300 атмосфер, однако микроорганизмы вполне могли бы приспособиться и к таким условиям. Адаптируясь, они могут обладать уникальными свойствами, поскольку были изолированы от остальной биосферы в течение очень продолжительного периода, поэтому эволюционные процессы там происходили независимо. Ученые считают, что исследования таких замкнутых экосистем позволят расширить знания не только о Земле, но и смогут служить ключом к пониманию возможности существования жизни на других объектах Солнечной системы, в которых сложились условия, схожие с антарктическими.
Еще в 1989 году совместными усилиями советских, французских и американских исследователей над озером Восток, расположенном вблизи магнитного полюса Антарктиды, стала разрабатываться глубинная скважина 5Г-1. На протяжении миллионов лет водоем был изолирован от внешнего мира и жил своей уединенной жизнью. В 2015 году российским полярникам удалось полностью пробурить ледяную толщу над озером и достичь его поверхности на отметке 3769,3 метра, подняв на землю два ледяных керна. На глубине более двух километров в образцах были обнаружены микроорганизмы. В намерзшей на буровой колонке воде была найдена бактерия, получившая название w123-10. В начале октября 2016 года была обнародована информация об уникальности найденного микроорганизма — бактерия имеет генетическое сходство с известными современной науке живыми существами на 86%.
Существо w123-10 стало второй бактерией, найденной при бурении озера Восток. Первая была открыта в 2004 году российскими и французскими учеными, которые на глубине 3607 и 3561 метров обнаружили сигналы термофильной бета-протеобактерии Hydrogenophilaceae thermoluteolus, способной существовать при температуре 50 °C. Выявление этой бактерии привело к пересмотру общепринятых современных тектонических моделей Антарктиды и стало свидетельством наличия в ее подледных озерах геотермальных источников. Имеющиеся данные указывают, что наиболее вероятными кандидатами на жизнь в подледном озере являются хемоавтотрофные бактерии — в частности метаногенные архебактерии и сульфат-редуцирующие бактерии. Именно такие существа смогли бы выжить в полной темноте и избытке кислорода. Однако ученые до сих пор изучали только лед первого типа, в то время как активная жизнь в озере Восток, если она и существует, скорее всего протекает ближе к его дну, которого исследователи еще не достигли.
Если в подледном озере Восток жизнь действительно есть, она вероятно устроена очень своеобразно. Ученые-астробиологи считают, что схожие условия для потенциальных организмов существуют в подледных океанах спутников Юпитера (Ганимеда, Каллисто и Европы), Сатурна (Дионы и Энцелада), а также на полюсах Марса. Таким образом, исследование подледных антарктических озер позволяет уже на Земле много узнать о потенциальной жизни в холодных мирах Солнечной системы.
Поиски внеземной жизни вне планет земной группы. Амбициозные планы на ближайшие годы.
Поскольку Юпитер находится ближе к Земле, чем Сатурн, в последнее время внимание ученых приковано к детальному изучению его спутников, особенно Европы (другое название – Юпитер II). Этот небольшой, по космическим масштабам, объект (меньше Луны) впервые обнаружил в 1610 году Галилео Галилей с помощью телескопа. Начиная с конца прошлого века проводятся активные наблюдения за Европой с использованием космических аппаратов.
Сегодня нам известно, что масса Европы больше чем у всех известных спутников Солнечной системы (средняя плотность составляет 3,013 г/см³), что указывает на то, что она состоит в основном из силикатных пород, а в центре содержится железное ядро. Таким образом, по составу Европа похожа на планеты земной группы. Для нее характерна крайне разреженная атмосфера, содержащая преимущественно кислород. Поверхность спутника состоит из льда толщиной от 80 до 170 км и является одной из самых ровных в Солнечной системе. Существует научная гипотеза, согласно которой во льду Европы расположен подледный соленый океан. По подсчетам ученых, его объем может составлять 3⋅1018 м³, что вдвое превышает объем мирового океана Земли.
В подтверждение этой гипотезы приводятся результаты, полученные в 2019 году американскими астрономами с помощью телескопа Хаббл и установленном на нем спектрометре STIS. Выяснилось, что поверхность Европы покрыта слоем хлорида натрия (или обычной поваренной соли), который подвергался воздействию космического излучения, поэтому спутник имеет такую необычную желто-коричневую окраску. Ученые предполагают, что сокрытый в недрах Европы соленый океан может согреваться гидротермальными источниками и быть потенциально пригодным для зарождения жизни. Посредственным свидетельством в пользу существования океана является наличие у Европы магнитного поля, обнаруженного с помощью автоматического космического аппарата NASA «Галилео» (проработавшего на орбите Юпитера с 1995 по 2003 год).
Сегодня Европа рассматривается как одно из основных мест Солнечной системы, где возможно существование внеземной жизни. В 2009 году профессор Аризонского университета Ричард Гринберг высчитал, что количество кислорода в океане Европы может быть достаточным для поддержания развитой жизни. По его расчетам, кислород, высвобождающийся при разложении льда под влиянием космических лучей, может проникать в океан в процессе перемешивания слоев льда за счет геологических процессов, а также сквозь трещины в коре. По оценкам Гринберга, в следствии этого процесса, в течении нескольких миллионов лет концентрация кислорода в океане Европы могла достичь величин, значительно выше, чем в океанах Земли. Это позволило бы Европе поддерживать не только микроскопическую анаэробную жизнь, но и большие аэробные организмы, такие как рыбы. Однако следует отметить, что в настоящее время пока не было обнаружено никаких признаков существования жизни на этом спутнике, но вероятное присутствие жидкой воды побуждает направлять туда исследовательские экспедиции для более тщательного исследования.
В последние годы было разработано несколько перспективных проектов по изучению Европы с помощью космических аппаратов. Одно из предложений, выдвинутое в 2001 году, опирается на создание крупного атомного «плавящего зонда» («Криобота»), который должен плавить поверхностный лед, пока не достигнет подповерхностного океана. После достижения им воды был бы запущен автономный подводный аппарат («Гидробот»), который собрал бы необходимые образцы и отправил их на Землю. При этом, как «Криобот», так и «Гидробот», должны подвергаться чрезвычайно тщательной стерилизации во избежание попадания земных организмов и предотвращения загрязнения подповерхностного океана. К сожалению, эта миссия пока не добилась серьезного этапа планирования.
На сегодняшний день NASA совместно с Европейским космическим агентством работают над разработкой автоматической межпланетной станции Europa Clipper, предназначенной для изучения Европы с точки зрения возможности существования жизни в пределах этого космического объекта. Реализация проекта состоится в середине 2020-х годов. Запуск аппарата для изучения трех спутников Юпитера (Ганимеда, Каллисто и Европы) — Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE) — запланирован на 2023 год. Вполне возможно, что в обозримом будущем, мы станем свидетелями новых удивительных достижений, знаменующих начало новой вехи в истории человечества — «технологического столетия космических открытий».
Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine
