Bušenje leda na Vostoku je počelo 1970. godine i sa manjim ili većim prekidima, do jezera koje je kasnije otkriveno, bilo je potrebno 42 godine. O tome kako i koliko je teško bilo izbušiti 3769.3 m leda koji je nagomilan tokom četiri ledena doba je pisano u prvom dijelu teksta.

 

II  DIO: Analiza uzoraka; problemi i dileme naučne zajednice; projekti bušenja antarktičkog leda od strane Evrope, SAD, Britanije, Kine, Japana i Australije; koncept budućeg ulaska malih robota ispod leda Enkelada i Evrope

Posle konačnog proboja u jezero Vostok, voda iz jezera se pod velikim pritiskom popela 592 metra uz bušotinu i naravno zaledila. Ovaj veliki problem je usporio dalje istraživanje i unazadio misiju, pa je sve moralo biti riješeno novom ofsetovanom bušotinom oznake 5G-3. Tri godine kasnije, u jezero se ušlo na dubini 3769.15 m. Površina jezera nije bila ometana sunčevom svjetlošću poslednjih 15 miliona godina i bilo je nužno sačuvati vodu od bilo kakve kontaminacije. Temperatura vode u jezeru je inače oko -3 stepena, ali ne smzava usled pritiska. Sem ponovnog bušenja do jezera, bilo je neophodno izvršiti detaljno ispitivanje bušotine i proširivanje svih djelova koji su bili uži od 138mm. Sužavanje bušotine je bio konstantan problem zbog velikih razlika u pritiscima između leda i tečnosti za bušenje, usled male gustine tečnosti. Takođe, bilo je neophodno osmisliti metod za uzorkovanje vode iz jezera, ali tako da se ponovo ne desi isti problem sa zatvaranjem bušotine. 

Ispitivanje jezerskog leda i same vode traje već desetak godina, međutim, rezultate je dosta teško naći na internetu ili ih uopšte raščlaniti i razumjeti iz stručnojezičkih izvještaja ekipa naučnika koji se bave analizom.

Da li će se otkriti neki živi organizmi u jezeru, kakvi će biti i da li će imati sličnosti sa nama poznatim oblicima života?

Američki naučnici su 2020. otkrili su da bazalni led sadrži skoro potpuno drugačiju zajednicu organizama u poređenju sa onima koji se nalaze u ledu koji se nakuplja u jezeru, što ukazuje da su oni označavali dva potpuno različita ekosistema. Prijavljene su dodatne bakterije i eukarioti. Najveća raznovrsnost organizama u jezerskom ledu bila je značajno povezana sa većim koncentracijama jona i aminokiselina. Dok je njihov prethodni rad ukazao na prisustvo bakterija koje naseljavaju riblja crijeva, nisu pronađene sekvence iz ribe. Međutim, u studiji iz 2020. godine, pronašli su rRNA sekvencu koja je bila >97% slična onoj iz bakalara uobičajenog duž obale Antarktika (Notothenia coriiceps). Ovo je prvi izveštaj o vrsti ribe koja možda živi u jezeru Vostok. Poznato je da riba proizvodi proteine protiv smrzavanja. Naučnici su prvi put prijavili dokaze mikroba u nagomilanom ledu još 1999. godine. Od tada, drugi tim naučnika je identifikovao  razne bakterije i gljivice iz nagomilanog leda (ne iz sloja subglacijalne vode) prikupljenih tokom američkih uključivanja u projekat 1990-ih (Od avgusta 1993, nakon raspada SSSR-a, istraživanje jezgra leda i jezgra na stanici Vostok sprovedeno je u okviru zajedničkog rusko-francusko-američkog projekta. Rusi su održavali stanicu i izvodili operacije bušenja, Francuzi su obezbijedili tehničku opremu, a Amerikanci logističku podršku. Od tada se izvađeno jezgro dijelilo između tri partnera u sporazumu). Te pronađene bakterije i gljivice su ukazivale da jezero ispod leda nije sterilno već da sadrži jedinstven ekosistem.

Jezgra iz 5G bušotina, kontaminirana kerozinom i antifrizom ili ne?

Britanski mikrobiolog Dejvid Pirs je smatrao da bi DNK jednostavno mogla biti kontaminacija iz procesa bušenja, a ne predstavnik samog jezera Vostok. Stara ledena jezgra su izbušena 1990-ih da bi se potražili dokazi o prošlim klimatskim uslovima zakopanim u ledu, a ne za dokaze života, tako da oprema za bušenje nije sterilisana. Takođe Sergej Bulat, stručnjak za jezero Vostok sa Peterburškog instituta za nuklearnu fiziku, je izrazio sumnju da bi bilo koja ćelija ili fragment DNK u uzorcima pripadao organizmima koji bi zaista mogli da postoje u jezeru. 

Međutim, američki naučnici su odbacivali mogućnost kontaminacije, smatrajući da su mjere kontrole bile rigorozne, a kombinacije organizama pronađenih u svakom od uzoraka leda bile su u skladu sa organizmima koji žive u hladnom jezeru i ledu (uključujući sekvencu iz antarktičkog bakalara), i nisu bili u skladu sa kontaminacijom unesenom tokom uzorkovanja ili iz laboratorijskih procedura. Takođe, sve laboratorijske procedure su sprovedene paralelno sa uzorcima leda iz jezera Erie (kanadsko-američko jezero, jedno od pet Velikih jezera), a dva rezultujuća skupa podataka bila su potpuno različita. Uzorak jezera Erie pokazao je mnogo signala ljudskog prisustva, dok uzorci leda jezera Vostok nisu pokazivali signale ljudskog prisustva. Uzorak jezera Erie je takođe imao skoro potpuno drugačiji profil bakterijske i eukariotske file.

Sa druge strane ruski i francuski naučnici sprovode molekularne DNK studije vode iz jezera Vostok koja je bila zaleđena u bušotini. Do sada uzeti uzorci iz jezera sadrže oko jedan dio kerozina na 1000 vode, a kontaminirani su bakterijama koje su prethodno bile prisutne u burgiji i kerozinskoj tečnosti za bušenje. Do sada su naučnici uspjeli da identifikuju 255 vrsta zagađivača, ali su takođe pronašli nepoznatu bakteriju iz uzorka kod prvog proboja do površine jezera 2012. godine, bez podudaranja u bilo kojoj međunarodnoj bazi podataka, i nadaju se da bi to mogao biti jedinstveni stanovnik jezera Vostok. Kritičari iz naučne zajednice navode da se ne mogu dobiti vrijedne informacije dok ne testiraju čiste uzorke jezerske vode, nezagađene tečnošću za bušenje. Kao što se već pomenulo ranije u tekstu, januara 2015, ruska štampa je objavila da su ruski naučnici napravili novu „čistu“ bušotinu (5G-3) u jezeru Vostok koristeći specijalnu sondu od 50 kilograma koja je sakupila oko 1 litar vode koja nije kontaminirana tečnošću protiv smrzavanja. Plan koji se može naći na internetu kaže da je bilo potrebno da se spusti transportna jedinica koja sadrži malo vitlo i kapsulu (koja se šalje u komoru napunjenu ultračistom vodom) koja bi bila spuštena u vodu jezera.

Dužina transportnog modula (stavka 3) bi bila između 3-13 m, u zavisnosti od tipa fizičke, biološke sonde ili sonde za uzorkovanje vode koja će se koristiti kao modul za istraživanje (stavka 4). 

Tehnika sondiranja je sledeća: prvo bi se izvršilo bušenje kroz vrh "ledene plute" do 5-10 m od jezera, uz ubrizgavanje dodatne tečnosti za bušenje. Poslednjih nekoliko metara bi se izbušilo korišćenjem termoelektričnih grijača transportne jedinice. Nakon što donji dio jedinice dođe u kontakt sa jezerskom vodom, donji poklopac transportne jedinice će se otvoriti kako bi se omogućilo spuštanje uređaja za mjerenje, odnosno uzorkovanje, u jezero. Nakon što je mjerenje i uzorkovanje završeno, modul za istraživanje će biti podignut nazad u transportni modul pomoću vitla, donji poklopac se zatvara pomoću elektromagnetne poluge, a jedinica se vraća na površinu.

Zbog potrebe da se izbjegne kontaminacija sonde, uzoraka vode ili naravno vode jezera, na Vostoku je trebalo da se uspostavi čista soba klase 1000 za otvaranje i ispitivanje modula sonde. Čiste sobe se definišu ISO standardima i soba klase 1000 znači da po kubnom metru mora biti manje od 1000 čestica manjih od 0,1 μm, što očigledno nije bilo baš najjednostavnije napraviti na Antarktiku.

Ono što se sa sigurnošću moglo analizirati bez ovih naučnih dilema o kontaminaciji su nagomilani slojevi leda do jezera. U ovih 3.7 km bušotine su bile poređane naslage leda nagomilavane tokom 420 000 godina, odnosno četiri ledena doba (ciklus glacijalni-interglacijalni period traje otprilike po 100 000 godina). 

Profil za 420 000 godina:  (1) deuterium, (2) δ 18 Oatm, (3) morska voda δ 18 O, (4) natrijum,  (5) prašina

Ponavljanje ciklusa je lako uočljivo sa grafika iznad. Promjene kroz svaki klimatski ciklus i završetak su bile slične za prikazane parametre, a atmosferske i klimatske osobine su oscilovale u stabilnim granicama. Suprotno tome, integlacijalni periodi se razlikuju po vremenskoj evoluciji i trajanju.

Vostok naravno nije jedino mjesto na kojem se izvode ovakvi eksperimenti. Poslednjih godina a i decenija, na Antarktiku je u toku svojevrsna trka vodećih svjetskih i naučnih sila u raznim poduhvatima.  Nagomilani led čuva mnoge tajne i svjedočanstva: meteorite iz svemira, prašinu od drevnih vulkanskih erupcija i potpuno nepoznata subglacijalna jezera. Ali najvrednija naučna blaga iz ove oblasti su najsitnija: zarobljeni vazdušni mjehurići koji bilježe promjene u Zemljinoj klimi. Bušenjem dubokih jezgara iz leda, naučnici su pročitali ovaj zapis od čak 800.000 godina - dakle, skoro duplo starije od uzorka ispod Vostoka, u sklopu projekta EPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica) koji je završen 2008. godine. EPICA je konzorcijum sastavljen od 10 evropskih zemalja i tokom prošle godine je počelo bušenje koje će trajati 7 godina i za cilj ima uzorkovanje leda starog 1.5 milion godina i to na lokaciji u istočnom Antarktiku (Little Dome C). Dome, ili „kupole“ na koje timovi ciljaju su stabilni regioni na istočnom Antarktiku gdje je led visoko. Snijeg pada polako ali postojano na tim mjestima, hvatajući vazdušne mjehuriće koji prežive, dok se snijeg sabija u led.

Gužva za bušenje leda na Antarktiku

 

Australija takođe pokreće svoj veoma skup projekat bušenja na lokaciji Dome C. Rusija će 300 km dalje od Vostoka praviti novu bušotinu (Dome B), Kina je započela sopstveno bušenje 2012. godine, na stanici Kunlun na Dome A, blizu najviše tačke na antarktičkom ledenom pokrivaču. Ali napredak je kao i svima ostalima bio veoma spor, jer dolazak do udaljene lokacije ostavlja samo nekoliko nedelja za bušenje svake godine. Japan planira da počne da buše slična jezgra kasnije ove decenije u Dome Fuji. Sjedinjene Države su takođe rezervisale svoje mjesto za bušenje. 

Vađenjem ovih ledenih jezgara, mogu se direktno mjeriti drevni nivoi ugljen-dioksida (CO2), a iz mješavine izotopa ugljenika mogu zaključiti koliko je gasa došlo iz bioloških izvora kao što su biljke u raspadanju, u odnosu na geološke kao što su vulkani. U međuvremenu, odnos izotopa kiseonika iz otopljenog leda može ukazivati na temperature i učestalost oluja. Nova jezgra bi otvorila prozor u topliju klimu, prije više od milion godina, kada su se ledena doba javljala svakih 40.000 godina. Ona bi takođe mogla otkriti da li su promjene atmosferskog ugljenika posledica Zemljinog skoka na ciklus ledenog doba od 100.000 godina.

Koliko je za neka buduća svemirska istraživanja teže bušiti led nego kopno, dovoljno govori i naš ovoplanetarni podatak – najdublja rupa izbušena od strane čovjeka, Kola Superdeep Borehole (Кольская сверхглубокая скважина) završena je 1989. godine na dubini od 12 262 metara na samoj granici Rusije sa Norveškom, na Kola poluostrvu.

Nadzemni dio superbušotine Kola. Da, okolina podsjeća na Mars.

Faktografije radi, rekordna bušotina rovera na Marsu je nekih 6-7 cm, dok bi neki od budućih rovera trebao da ide do 2m u dubinu. Superdeep bušotina Kola prodrla je oko trećine puta kroz kontinentalnu koru Baltičkog štita, za koju se procjenjuje da je duboka oko 35 kilometara. Mikroskopski fosili planktona pronađeni su šest kilometara ispod površine. Tako da, ako ne nađemo ništa na metar-dva dubine, nije baš da smo u poziciji da kažemo da nikad ništa nije bilo živo na Marsu.

Da se vratimo na početak teksta i istraživanje podledničkih svjetova Enkelada i Evrope. NASA je krajem juna ove godine objavila koncept o malim plivajućim robotima koji će istraživati ovakve udaljene svjetove. Innovative Advanced Concepts program nam je dao i jednu SCI-FI ilustraciju kako su oni to zamislili:

Desetine malih robota bi se spustile kroz ledeni pokrivač udaljenog mjeseca preko kriobota – prikazanog lijevo – do okeana ispod

Jednog dana, roj robota veličine mobilnog telefona mogao bi da prođe kroz vodu ispod kilometrima debele ledene kore Jupiterovog mjeseca Evrope ili Saturnovog mjeseca Enkelada, tražeći znake vanzemaljskog života. Spakovani unutar uske sonde za topljenje leda koja bi tunelom prolazila kroz smrznutu koru, sićušni roboti bi bili pušteni pod vodu, plivajući daleko od svoje matične letjelice kako bi uzeli mjeru novog svijeta – kaže NASA. Iz iskustva kako nam je to išlo na Zemlji, zvuči poprilično optimistično, ali pravac u kom treba ići je jasan. Ova ideja je zapravo vizija Itana Šalera, mašinskog inženjera robotike u NASA-inoj laboratoriji za mlazni pogon u Južnoj Kaliforniji za koju je dobio 600 000 dolara za finansiranje u sklopu faze II NASA-inog programa za inovativne napredne koncepte (NIAC). Ključna prednost njegove ideje u odnosu na ostale je veličina – male sondice je puno lakše provući kroz neku buduću bušotinu. 

Kriobot bi bio povezan preko komunikacione veze sa lenderom na površini, koji bi zauzvrat bio tačka kontakta sa kontrolorima misije na Zemlji. Taj vezan pristup, zajedno sa ograničenim prostorom koji uključuje veliki pogonski sistem, znači da kriobot vjerovatno neće biti u stanju da se udalji mnogo dalje od tačke gdje se led susreće sa okeanom – kažu još iz NASA-e.

Ilustracija prikazuje NASA koncept kriobota pod nazivom Probe koristeći radioizotope za istraživanje ledenih satelita (PRIME) koji postavlja male robote u obliku klina u okeanskim svjetovima ispod lendera koji stoji na zaleđenoj površini 

Sonda bi se oslanjala na vatreno usijanu nuklearnu bateriju kriobota da bi otopila silaznu putanju kroz led. Jednom u okeanu, ta toplota iz baterije bi stvorila termalni mjehur, polako topeći led iznad a time i potencijalno izazivajući reakcije koje bi mogle da promijene hemiju vode. 

Za sada, ovo su i dalje koncepti, a dalje smjernice kuda će buduće misije i kako ići svakako će nam reći Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) (lansiranje planirano 2023.) i Europa Clipper (lansiranje planirano 2024.) a upravo ovih dana možemo pratiti Juno koji nam šalje slike zaleđene Evrope. Možda upravo neka od tih misija locira mjesto budućeg izvanzemaljskog Vostoka. Da li je ispod površine moguć život? Jupiter i Saturn su planete koje su nastale prije naše, okeani njihovih ledenih satelita su zatvoreni i zaštićeni sistemi već milijardama godina, zašto da ne?

Linkovi: