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南极冰下湖之谜

时间:2012-06-13 14:12来源:未知 作者:admin 点击:
2012年2月,国内外媒体纷纷报道:经过20年的钻探,一支俄罗斯科考队即将钻透4000米冰层,一个水下机器人即将抵达著名的南极冰下湖沃斯托克湖(Lake Vostok)的水面。 上世纪末,俄罗斯和英国科学家在南极沃斯托克考察站附近的冰下发现了地球上最大的冰下湖沃斯

  2012年2月,国内外媒体纷纷报道:经过20年的钻探,一支俄罗斯科考队即将钻透4000米冰层,一个水下机器人即将抵达著名的南极冰下湖——沃斯托克湖(Lake Vostok)的水面。
  上世纪末,俄罗斯和英国科学家在南极沃斯托克考察站附近的冰下发现了地球上最大的冰下湖——沃斯托克湖,面积达14000平方千米,被封存在冰盖之下约4000米处,与世隔绝至少1500万年。科学家说,这是一个超大的净水系统,预计有多达5400立方千米的“原始水”,其纯净度是经过两次蒸馏处理的水的两倍,有可能是如今地球上最原始、最纯净的水体。科学家还估计,浑然天成的环境可能使这个冰下湖在千百万年中未曾发生变化,这意味着其中可能蕴育着独立进化的微生物。
  太空生物学家为之振奋。冰下湖长期与世隔绝,如果科学家最终“捅破”冰盖进入湖中并发现微生物,这就意味着地球人有可能在木卫二或土卫二上实现与地外生命的首次接触。空间探测已经证实,在木卫二和土卫二厚厚的冰层下有地下海洋存在,这些地下海洋由星球内部的地热或潮汐力提供热量。沃斯托克湖的环境被认为类似于木卫二和土卫二的地下海洋,如果在沃斯托克湖中发现了生命迹象,或许就能为“木卫二、土卫二地下海洋中是否存在生命”的争论提供有力的证据。
  2月5日,俄罗斯科考队已经钻到了冰下3769米深处,距离钻透湖面冰层只有一步之遥。然而,在钻探即将取得成功时,南极的夏季碰巧结束了,天气一下子变得极其寒冷,钻探设备无法操作,飞机无法起飞,科考队员们不得不停止了钻探。不过,可以期望,几个月后,当南极洲的夏天重新到来时,俄罗斯科考队将成为首次从湖水中取到水样的人类,并由此揭开隐藏在沃斯托克湖中的种种奥秘。
  
  沃斯托克湖(也称东方湖),位于南极洲东部的俄罗斯沃斯托克站(即东方站)附近冰层下约4000米处,长约250千米,宽约50千米,湖水体积估计为5400立方千米,都是液态淡水。沃斯托克湖被水下山脊分成两个主要的盆地状构造,北面的盆地深约400米,南方的盆地深约800米。
  在南极洲已发现的140多个冰下湖和地下水体中,沃斯托克湖是最大的,同时也是迄今发现的世界上最古老的水体。关于沃斯托克湖的成因有一种理论:最初可能是地表拉伸形成一道裂缝,而后地表向多个方向拉伸,最终形成巨大的湖泊。在距今3000万年前,整个地球十分暖和,包括南极地区,因此在沃斯托克湖中可能生活着昆虫、鱼类等多种生物。大约1500万年前,全球气温骤降,湖面结冰,整个湖泊被冰层掩盖,最终与外界隔绝。
  沃斯托克湖的湖水平均温度为-3℃。为什么水在0℃以下还能以液态存在?科学家认为这是三种因素共同作用的结果:地心热力使湖底温度上升,厚重冰层的巨大压力使水的凝固点下降,厚实的冰层使湖水与南极寒冷的空气隔绝。那么,这个藏身冰下的湖泊又是怎样被发现的呢? 1957年,苏联科学家在南极建立了一个科考站,取名为“沃斯托克”。1960年,参加苏联南极探险队的地理学家安德烈·卡皮查在乘飞机飞越沃斯托克地区上空时,发现冰原上有一个巨大的平坦地区,他认为冰川下有一个湖。遗憾的是,他的这个看法在当时没有引起人们的重视。
  1973年,英国科学家称,他们通过空中探测发现,在南极沃斯托克科考站以北的冰层下可能存在一个巨大的液态淡水湖,其顶部覆盖着厚厚的冰层,湖水寒冷,水压超大,并处于完全的黑暗中,是地球上罕见的极端环境。1991年,英国科学家利用ERS-1号卫星对南极冰盖中心进行探测,证实了1973年的发现。1996年,俄罗斯科学家和英国科学家利用卫星发回的图像勾勒出沃斯托克湖的轮廓,最终确定了沃斯托克湖的存在。这是地球历史上最近的重大地理发现之一。
  1998年,俄、美、法三国科学家在沃斯托克湖上钻取冰芯,但在钻到3623米、距离湖面不远的地方,因担心对湖水造成污染,停止了钻探。一些专家指出,探查冰下湖的过程有可能污染其原始质朴的生态系统,造成无法挽回的损失。直到几年后,科学家设计了一个远程遥控机器人,可以像大海捞针一样在广袤的海域搜寻生命物质,而且环保安全,钻探工作才重新开始。
  2010年11月,科学家向南极条约环境保护委员会提交了关于这个项目的最终环境评价,被准予继续对这个古老湖泊进行钻探取样。
  2012年2月5日,在对沃斯托克湖进行了多年的钻探后,俄罗斯科考队已经钻到了冰下3769米处,距离冰下湖面仅约50米。然而,在这3000多米深处,冰的结构已经发生变化,坚硬得如玻璃一般,这给钻孔作业带来重重困难,钻孔进展如蜗牛般缓慢,一天只能下钻约1.6米。而且随着南极夏季的结束,钻探工作被迫停止。事实上,科考队在上一年(2011年)就错过了打破冰层的最佳时机。南极的夏季从12月开始,到次年2月结束。因此可以期待,到2012年底,当南极的夏天重新到来时,俄罗斯科考队将完成最后的钻探工作。
  不过,需要特别指出的是,多年来,科学界对于钻探沃斯托克湖有着不小的争论。持反对意见的人指出,沃斯托克湖的独特之处在于其与外部世界隔绝千百万年,一直没有受到外部环境的影响,在水体中有可能存在一些前所未知的生命形式。而人类的活动如果渗透到这个独立的生态系统中,有可能对它造成污染,比如在钻探过程中引入的煤油、氟利昂等材料污染,在探测中引入的外面世界微生物污染,等等。一位科学家如是说:“要钻探沃斯托克湖,至少要做10年的准备。作为一名科学家,你肯定不愿意自己的墓碑上写着:‘此人污染了地球上最后的疆界之一。’”
  
  沃斯托克湖隐藏在厚厚的冰下,在人类出现之前,湖水一直与地球大气分离,与外部世界没有任何接触,是一个封闭型的独特的生态系统。科学家认为,沃斯托克湖不仅是我们尚未探测的地球的“最后之地”,而且还是我们探索地球生命起源和外星生命形式的巨大宝库。
  在这个与世隔绝的封闭世界里存在生命吗?在对提取自沃斯托克湖冰盖底部的冰样进行研究后,美国生态学家普利斯库指出,湖中有可能生活着微生物,它们从矿物质中获得能量,正如他所说“它们吃的是石头”。那湖中是否有更高级的生命形式存在呢?对这个问题,普利斯库的回答是:不能肯定这个冰下湖中是否有足够的能量演化出类似尼斯湖水怪那样的生命形式,但如果在湖底发现能量丰富的有着生物多样性的热液喷口,出现更高级的生物体不是没有可能。
  如果沃斯托克湖中有生命存在,它们会是什么样子呢?研究发现,沃斯托克湖是一个贫养 (缺少养分)的极端环境,但湖中富含氧气,比一般的地面淡水湖泊高出50倍。科学家据此认为,如果沃斯托克湖中有生命存在,应该是适合生存于极端环境中的生命形态,能承受高压、持续寒冷、低养分摄入、高浓度氧,以及终年不见阳光等不利的生存条件,很可能以微生物的形式存在。
  微生物的适应能力极强,可适应各种极端环境,甚至有研究认为地球上的所有生物都有可能是从微生物演化而来的。因此,科学家很想知道,那些被称为“时间胶囊”的渺小的微生物在漫长的岁月里,在完全的严寒和黑暗中,没有食物,没有阳光,没有来自太阳的能量,它们是如何生存下来的。
  科学家相信,如果在沃斯托克湖中发现了原始细菌甚至更复杂的生命形式,将为我们了解地球早期生命物质的产生和进化提供更多的线索;即使沃斯托克湖最终被证明是一个没有任何生命形式存在的封闭系统,也将为科学家在未来太空之旅中寻找外星生命提供线索。

  南极冰下湖研究对于研究地球气候变化动态也具有重要的意义。南极洲以冰层和冰下水体的形式,拥有地球上约70%的淡水。大量淡水被困在冰层里,而气候变暖将加速冰层融化,让更多的水流入海洋,引起海平面上升。科学家认为,南极冰下湖可能隐藏着地球气候变化的记录,搞清楚南极冰下湖是否会发生变化,以及如何发生变化,是应对未来可能出现的全球海平面上升危机的关键。
  南极洲不是人们想象中一片贫瘠的极地沙漠,在厚厚的冰层下,很可能隐藏着一个个生机盎然的“生命绿洲”。多年来,科学家一直在进行着这方面的探索。研究人员发现,在数千米深的冰下,一些比亚马孙河还要大的河流与一系列的“湖泊”连接在一起,在那里很可能生存着大量以矿物质为食的微生物。美国地球物理学家迈克尔·斯图丁戈说:“这是一个我们之前所不知道的全新的世界。在冰盖下面,我们将看到和地球表面类似的景观。”
  
  希特勒的南极基地:传说与现实
  沃斯托克湖面冰盖即将钻穿,这原本是一则科技消息,可国外一些媒体却故弄玄虚,纷纷转载了一则关于“南极可能是希特勒遗骸与纳粹秘密档案埋藏地”的消息。
  有俄罗斯媒体称,沃斯托克湖附近可能是当年希特勒秘密档案的埋藏地,希特勒及其情妇爱娃的遗骸也可能葬在这里。据俄媒体说,“二战”接近尾声时,纳粹分子搬迁到南极,并在沃斯托克地区建造军事基地。其“依据”是纳粹海军上将卡尔·邓尼茨1943年所说的话:“德国潜艇舰队引以自豪的是,它在世界的另一端为元首建造了难以攻克的要塞。”
  另据德国海军档案记载,1945年4月德国战败数月后,一艘德国潜艇抵达南极。因此,就有谣传说,德国船员在南极秘密建造了一个冰洞,将随船带去的几箱档案埋在里面。之后,另一艘潜艇又把希特勒和爱娃的遗骸送到此地,希望将来通过DNA技术克隆他们。
  然而,英国剑桥大学学者科林·萨默海斯与加拿大学者彼得·比清在他们的论文《希特勒的南极基地:传说与现实》中对纳粹高官乘坐潜艇逃往南极的可能性进行了分析:在南半球冬季,南极冰层有几米厚,潜艇冒出水面进入想象中的堡垒根本就是无稽之谈。
  
  极端之地生命兴旺
  
  科学家在被人们认为“不可能”有生命存在的各种极端环境中发现了越来越多的生物,他们越来越清晰地认识到,生命可以在地球上几乎任何地方存在。经过30亿年的进化,生命之触角已遍及地球的每一个地方,每一个角落,从海底到平流层上端,从炽热之地到极寒之地,从纯酸性环境到原子辐射环境,似乎没有生命不能征服的地方。
  以下一组图片集中展示了生存能力极为顽强、生命力极为旺盛的细菌和古细菌种类。
  
  冰封12万年的细菌
  被命名为“Herminiimonas glaciei”的细菌,是在格陵兰冰川下方3.2千米处的冰层中发现的,是迄今发现的体积最小的微生物之一。这种细菌长有极长的类似尾巴的鞭毛,便于它在冰层的细小缝隙中自由游动。研究人员最近在报告中称,他们已成功复活了这种沉睡了约12万年的细菌。
  
  极端生命中的“全能明星”
  Pyrodictium abyssi细菌是科学家于1979年在富含营养物质的深海火山口边缘处发现的,被科学家视为极端生命形式中的“全能明星”。除了能承受足以将潜艇压扁的巨大压力之外,这种细菌还能经受沸点以上的高温考验,表现出了惊人的生存能力。这种细菌形状呈碟形不规则扁平状,其中空的管状结构具有极强的耐热能力。
  
  拥有基因修复能力的细菌
  Deinococcus peraridilitoris球菌是2003年在阿塔卡马沙漠的土壤中发现的,曾被吉尼斯世界纪录称为“地球上最强悍的细菌”,能够承受寒冷、真空环境、干旱和辐射的多重考验。位于智利的阿塔卡马沙漠极为干旱荒凉,是美国宇航局进行火星任务模拟的所在地。这种球菌强大的生存能力在于拥有基因组的多份拷贝,如果某个基因组被破坏,可从另一个基因组复制修复被破坏的DNA片断。
  
  生存于含盐度极高环境中的细菌
  Haloquadratum walsbyi细菌是在红海附近盐滩上发现的。在这种含盐度极高的环境中,任何地球生物都会被“腌制”成一堆无生命的干粉状。为了适应盐分极高的极端环境,这种嗜盐古菌进化为极扁的方形,其表面积与体积之比是地球上所有生物中最高的。
  
  在比硫酸腐蚀性更强环境中生存的细菌
  Ferroplasma acidophilum细菌能够在pH值为零的环境下生存,与这种腐蚀性极强的环境相比,硫酸之“酸”好比矿泉水一样。这种细菌是在美国加州一个金矿的有毒流出物中发现的,它们以铁作为几乎所有蛋白质的核心构成成分。
  
  抗辐射能力最强的细菌
  Halobacterium NRC-1细菌是地球上抗辐射能力最强的有机体,能够经受住1.8万戈瑞的辐射剂量,10戈瑞的辐射剂量便足以致人死亡。这种细菌的抗辐射能力几乎是上世纪50年代发现的耐辐射球菌的两倍。Halobacterium NRC-1也拥有基因修复能力。
  
  以放射能为能量的细菌
  Desulforudis audaxviator细菌可能是唯一真正意义上的“孤独”的微生物,因为所有已知生物体都需要其他生物提供某些营养物质。这种细菌是在南非地下3.2千米处的一个矿井中被发现的,那里是一个完全与世隔绝的世界。这种细菌利用含铀岩石产生的放射能作为能量,并从周围岩石和空气中获取所需的各种营养物质来完成新陈代谢过程,它们是世界上已知唯一的单种群生态系统。

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