Горячие источники с температурой 300 градусов скрываются под замерзшим антарктическим морем

Роботизированный подводный аппарат исследовал скрытый мир на глубине 1300 метров под Антарктидой.

Антарктическое море, где ледники дрейфуют по поверхности. Что же скрывается на глубине 1300 метров? Ученым удалось непосредственно наблюдать за областью, существование которой ранее предполагалось, а не наблюдалось. Там горячая жидкость поднималась со дна моря, и процветала уникальная морская экосистема, не похожая ни на одну из ранее задокументированных.

Корейский полярный научно-исследовательский институт (KOPRI) объявил, что группа под руководством ведущего научного сотрудника Пак Сон Хёна успешно завершила экспедицию на борту ледокольного научно-исследовательского судна «Араон» в районе срединно- океанического хребта в Антарктиде, примерно в 1200 километрах от станции Чанбого.

В ходе экспедиции использовался беспилотный подводный аппарат для непосредственного исследования гидротермальных источников вдоль срединно-океанического хребта Антарктиды. Корейский полярный научно-исследовательский институт назвал это достижение первым в мире.

До сих пор экстремальные условия глубоководной части Антарктиды делали доступ к ней чрезвычайно сложной задачей. Не имея возможности непосредственно наблюдать за морским дном, исследователи были вынуждены полагаться исключительно на косвенные методы — опускание оборудования для отбора проб, чтобы собирать и извлекать образцы. Местоположение, распределение и экологическая структура гидротермальных источников также оставались в значительной степени предметом приблизительных оценок. Благодаря этой экспедиции, которая позволит исследователям непосредственно наблюдать за глубоководной средой и собирать данные напрямую, ожидается, что исследования гидротермальных источников в Антарктиде получат значительный импульс.

Поверхностные воды Антарктиды представляют собой холодный, неподвижный мир льда, температура которого колеблется около минус одного градуса Цельсия. Однако на глубине тысяч метров гидротермальные источники пронизывают трещины в земной коре, выбрасывая на поверхность жидкости, нагретые до температуры более 300 градусов Цельсия. Это мир, совершенно непохожий ни на что на поверхности Земли.

Гидротермальные источники образуются независимо от холодного климата на поверхности. Морская вода просачивается в трещины океанической коры, нагревается магмой, находящейся ниже, и извергается обратно в океан, насыщенный металлами, такими как железо, медь и цинк, а также сероводородом и метаном. Критическим фактором в этом процессе является огромное давление воды на глубине. Поскольку давление увеличивается на одну атмосферу на каждые десять метров глубины, поднимающаяся жидкость может оставаться жидкой, не закипя, даже при температурах, превышающих 300 градусов Цельсия.

Тем не менее, трудно утверждать, что гидротермальные источники могут существенно повысить температуру Антарктического океана. Выбрасываемая жидкость быстро смешивается с холодной окружающей морской водой и резко охлаждается на глубине нескольких десятков метров. Тепло не распространяется по всему океану. Температура воды в Антарктике по-прежнему определяется крупномасштабными природными силами, такими как солнечный свет и циркуляция океанических течений. Гидротермальные источники лучше понимать как локализованные, исключительные источники тепла, расположенные на дне глубоководных районов океана.

Это не значит, что гидротермальные источники совсем не влияют на жизнь. В экстремальных условиях даже скромный источник энергии может стать критически важным ресурсом для жизни. Гидротермальные источники порождают на дне Антарктиды экосистемы, не имеющие ничего общего с экосистемами на поверхности. В глубоководных районах, куда не проникает солнечный свет и где фотосинтез невозможен, жизнь поддерживается за счет хемосинтеза. Микроорганизмы расщепляют сероводород и метан, выделяющиеся из источников, на органическом веществе, и на этой основе формируются разнообразные сообщества организмов. Некоторые организмы выживают, имея внутри или на своем теле симбиотические микробы, получая от них энергию напрямую.

Эти экстремальные условия привели к возникновению глубоководных экосистем. Вместо трубчатых червей и мидий, обычно встречающихся в гидротермальных источниках Тихого и Атлантического океанов, в Антарктиде обитают свои собственные, уникальные популяции ракообразных, моллюсков и иглокожих. Поскольку эти организмы сосредоточены в районах, простирающихся всего на десятки-сотни метров вокруг каждого источника, и изолированы друг от друга, на каждом участке формируется собственное уникальное биологическое сообщество.

Сами по себе гидротермальные источники не являются совершенно новым открытием. С 1970-х годов многочисленные источники были обнаружены вдоль срединно-океанических хребтов в Тихом и Атлантическом океанах. Механизмы их функционирования также относительно хорошо изучены научным сообществом. Однако в антарктических водах ситуация иная. Хотя срединно-океанический хребет, окружающий Антарктиду, обладает всеми необходимыми условиями для существования гидротермальных источников, тщательное исследование на месте было крайне редким явлением. Это связано с суровыми экологическими барьерами, которые препятствовали исследованиям.

Антарктические воды находятся на огромном расстоянии от любого населенного региона. Для достижения целевого района с исследовательским персоналом, оборудованием для глубоководных исследований и большими запасами требуется путешествие, длящееся от нескольких недель до нескольких месяцев. Только логистика этого путешествия требует колоссальных ресурсов. Даже простое безопасное прибытие на место, учитывая расстояние, является серьезной проблемой самой экспедиции.

Сложность эксплуатации оборудования представляет собой еще одну проблему. Глубоководный беспилотный подводный аппарат — это система, зависящая от координации действий специализированного персонала, тросовых соединений и судов обеспечения. Из-за этой сложности затраты на экспедицию значительно превышают время, проведенное под водой. При аренде подводного оборудования расходы многократно возрастают, поскольку командам необходимо покрыть арендную плату за весь период экспедиции, а также расходы на проживание направляемых инженеров.

Типичная антарктическая экспедиция требует от одного до двух месяцев плавания, в то время как подводный аппарат может работать всего несколько дней. Такое соотношение делает финансовое бремя особенно значительным.

Из-за этих ограничений исследования антарктических гидротермальных источников долгое время ограничивались косвенными методами.

Поворотным моментом в исследованиях антарктических гидротермальных источников стало изучение хребта Восточная Скотия. Экспедиция непосредственно наблюдала за извержением высокотемпературной гидротермальной жидкости из глубоководных районов океана на глубине примерно 2500 метров. Результаты были опубликованы в 2012 году.

Открытие ранее не наблюдавшихся биологических сообществ породило серьезную гипотезу о том, что антарктические гидротермальные источники содержат собственные, уникальные экосистемы.

С тех пор признаки гидротермальной активности были обнаружены еще в нескольких антарктических водах. Тем не менее, прямые наблюдения за глубоководными экосистемами там остаются крайне редкими. Наличие гидротермальных источников подтверждено лишь в нескольких местах, что далеко не позволяет получить полное представление об антарктической глубоководной экосистеме.

Корейская исследовательская группа начала полномасштабную экспедицию в неисследованный участок срединно-океанического хребта Антарктиды. Команда Корейского полярного исследовательского института нацелилась на район открытого океана примерно в 1200 километрах от станции Чанбого, расположенной в Земле Виктории, Антарктида. Его недоступность сделала его одной из наиболее известных неисследованных зон, где никогда ранее не проводились прямые наблюдения.

«Средиземноморский хребет, окружающий Антарктиду, был практически полностью не исследован, но благодаря такой инфраструктуре, как ледокольное научно-исследовательское судно «Араон», доступ к нему стал возможным», — сказал главный научный сотрудник Пак Сон Хён. Он добавил, что команда проводила экспедиции непрерывно с 2011 года, и после нескольких лет сбора данных для точного определения местоположения гидротермальных источников вдоль хребта, они спустили подводный аппарат именно в эти места.

До сих пор команда не могла наблюдать за этим районом напрямую и полагалась на косвенные методы сбора образцов. Не имея возможности видеть морское дно, им приходилось использовать дноуглубительное оборудование, которое случайным образом соскребало материал со дна. Несмотря на эти ограничения, в 2017 году команда подтвердила наличие глубоководных организмов с помощью подводных камер, а в прошлом году собрала около 350 килограммов минеральных образцов с помощью дноуглубительного оборудования.

Однако косвенные методы имели явные ограничения. Поскольку образцы приходилось собирать, не видя местонахождения лично, было сложно точно получить необходимые образцы, и риск повреждения при извлечении был высок. Команда кардинально изменила свой подход к исследованию. Они решили спустить беспилотный подводный аппарат с ледокольного исследовательского судна, чтобы напрямую наблюдать за глубоководными районами Антарктиды.

С этой целью команда объединилась с компанией, занимающейся робототехникой, чтобы начать разработку беспилотного подводного аппарата, предназначенного для глубоководных исследований. Цель состояла в том, чтобы снизить затраты и нарастить необходимую экспертизу внутри компании.

В результате был создан глубоководный беспилотный подводный аппарат под названием «Ариари», способный погружаться на глубину до 6000 метров. «Ариари» доказал свою эффективность в полевых условиях. Опустившись на 1300 метров ниже поверхности, он отслеживал изменения температуры и химического состава и запечатлел работающий активный гидротермальный источник. Он записывал видео в реальном времени извергающих перегретую жидкость структур, окружающие биологические сообщества и распределение минералов, одновременно выборочно собирая неповрежденные образцы, соответствующие исследовательским задачам команды.

Команда Корейского полярного исследовательского института сообщила о получении разнообразных биологических образцов на месте раскопок. Используя роботизированные манипуляторы и всасывающие устройства, установленные на подводном аппарате, команда собрала в общей сложности 12 глубоководных организмов, включая книдарий, губок и иглокожих. Предполагается, что некоторые из образцов представляют собой ранее неизвестные виды. Команда считает, что, поскольку эти организмы жили в экстремальных условиях, они, вероятно, демонстрируют новые формы экологической адаптации. В ходе последующего анализа команда планирует раскрыть биологические принципы, управляющие гидротермальными экосистемами Антарктики.

Экспедиция также предоставила ценные данные о геологическом фронте. Команда непосредственно наблюдала обширное пространственное распределение сульфидных руд, богатых медью и цинком, по всей территории, окружающей гидротермальные источники.

«Прямое наблюдение за глубоководной гидротермальной средой на срединно-океаническом хребте Антарктиды с помощью беспилотного подводного аппарата — редкое явление даже в глобальном масштабе», — сказал Пак, добавив, что передовые робототехнические технологии позволили получить гораздо более точные данные и образцы, чем это было возможно при традиционных исследованиях с борта судов.

Yook JiHun “300-degree hot springs hiding under the frozen Antarctic sea”

Перевод статьи «300-degree hot springs hiding under the frozen Antarctic sea» автора ook JiHun, оригинал доступен по ссылке. Лицензия: CC BY. Изменения: переведено на русский язык

Фото: Айсберг под водой, Антарктида. Источник изображения: Майкл Валос / Getty Image