אגמים תת-קרקעיים מייצגים את אחד הגבולות האחרונים באמת לא נחקרים על כדור הארץ.נמס מתחת לאלפים של מטרים של קרח, גופות המים האלה מבודדות מן פני השטח במשך מאות אלפי, לפעמים מיליוני שנים, מלהיות כיסים של מים קפואים, אלה סביבות נסתרות מארחות מערכות אקולוגיות מיקרוביאליות ייחודיות שמשגשגות בחשיכה, תחת לחץ עצום, ובטמפרטורות כמעט ממושכות את פני השטח של אירופה, אך לא רק על פני כדור הארץ, אלא גם על פני כדור הארץ, אלא גם על פני האדמה הקריטיים, אלא גם על פני האדמה, כמו גם על פני האדמה, אלא גם על פני האדמה, כמו גם על פני האדמה הקריטית, כמו גם על פני האדמה, כמו גם על פני האדמה, כמו גם על פני האדמה, כמו גם על פני האדמה הקריטית, כמו גם על פני האדמה, על פני האדמה, כמו גם על פני האדמה, על פני האדמה, על פני האדמה, כמו גם על פני האדמה, כמו גם על פני האדמה, כמו גם על פני האדמה, כמו גם על פני השטח של רוחות אקולוגיות של רוחות אקולוגיות של רוחות אקולוגיות של כדור הארץ, על פני השטח של שבתאי, על פני האדמה, אשר משגשגות, אשר משגשגות קריטיות, כמו גם על פני האדמה,

יצירת אגם תת-קרחוני

הקיום של מים נוזליים מתחת לדדי קרח מסיבי נראה מנוגד, בהתחשב בעובדה שהקרח עצמו קפוא.עם זאת, היווצרות אגמים תת-קרחוניים היא תוצאה ישירה של משקל עצום של קאנופי קרח, שבדרך כלל עולה על קילומטר בעובי. לחץ זה, בשילוב עם חום גיאותרמלי המפלט מהפנים של כדור הארץ, יוצר תנאים שמאפשרים מים להתקיים במצב מרוחק מתחת לפני השטח.

לחץ מלא ו-Thermal Gradients

קרח, כמו רוב החומרים, יש נקודת ההיתוך שלה השתנה על ידי הלחץ.תחת העומס העצום של גיליון קרח יבשתי, הלחץ בבסיס הוא כל כך אינטנסיבי כי נקודת התכה של קרח טיפות באופן משמעותי, לעתים קרובות עד כמה מעלות מתחת אפס סליסיוס.זה ידוע כלחץ התכה.ג'ותרמל חום פלוקס, אשר ממוצע של כ 50-60 מ"מ רבוע באזורים יבשתיים, מספק אנרגיה הדרושה של מים דלימים.

כפי שמצטבר מים מתוססים, הוא אוסף בדיכאון טופוגרפיים בסלע.הקרח המבולג פועל כמבודד מסיבי, מונע מהמים להקפיא עוד יותר.מאזן התרמודינמיקה הוא עדין: המים נשמרים על ידי זרם קבוע של חום גיאותרמאל ונקודת ההמסה בלחץ, בעוד הקרח הקר מעל מונעים מאנרגיה זו, יכולים להישאר נוזליים על ידי זרם קבוע של פני השטח החמצן, ונקודת החתמתקפה לחלוטין.

Lake Stability and Longevity

בעוד כמה אגמים תת-קרחוני מופיעים כתכונות יציבות הנמשכות במשך אלפי מיליוני שנים, אחרים הם דינמיים.מחקר הראה כי מים יכולים להעביר בין אגמים באמצעות רשתות ניקוז תת-גזעיות.רדיו פחמן היכרויות של מיקרובים וכימיה מים מרמז כי כמה אגמים, כגון אגם ווטסוק באנטארקטיקה, עשויים להיות מבודדים כבר למעלה מ-15 מיליון שנה.

נפח האגמים האלה יכול להיות עצום. Lake Vostok לבד מוערך להכיל כ 5,400 קילומטרים מעוקבים של מים, מה שהופך אותו לאחד האגמים הגדולים ביותר על פני כדור הארץ בנפח, למרות שהוא ממוקם ארבעה קילומטרים מתחת לקרח האנטארקטיקה.הגילוי של גופים מים גדולים ויציבים אלה שינה באופן יסודי את ההבנה שלנו של דינמיקות קרחוניות ו הידרולוגיה תת-קרחונית.

העולם הנסתר של מערכות אקולוגיות תת-קרקעיות

המאפיין המגדיר של מערכות אקולוגיות של האגם תת-קרחוני הוא חוסר האור המלא שלהם.ללא פוטוסינתזה, שרשרת המזון כולה מנותקת מאנרגיה סולארית.במקום זאת, המערכות האקולוגיות הללו מופעלות על ידי chemosynthesis, תהליך שבו המיקרואורגניזמים שואבים אנרגיה מתגובה כימית לאורגנית.זה הופך אגמים תת-גזעיים לכית ייחודית של בתי גידול הידועים כ"תמי ביוספר".

Extremophiles ו- Metabolic אסטרטגיות

האורגניזמים שנמצאו באגמים תת-קרקעיים הם extremophiles, צורות חיים שהסתגלו לשרוד בתנאים קטלניים ביותר ממינים מעוקלים.תנאים אלה כוללים טמפרטורות קבועות ליד הקפאת (בדרך כלל - 2C ל -2C בשל לחץ), לחצים מעל 300 אטמוספירות, וחושך מוחלט.

ניתוחים מטאבוליים של דגימות מים וזרע מאגמים כמו אגם וילסנס חשפו קהילה מגוונת באופן מפתיע. ⁇ אלה הם בעיקר צ'מוליטוטרופים, כלומר הם שואבים את האנרגיה שלהם מחמצן תרכובות אורגניות שנמצאו בסלע וקרחוני עד מקורות אנרגיה נפוצים כוללים:

  • (ב) מ"התח"א (ב) מ"ה' (ב') מ"ה' (ב') מ"המינרלים" (ב') מ"ד).
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) מ[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]
  • (ב) [15] ,0) ,[[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]] ו[[1924]]

יצרנים ראשוניים אלה מהווים את הבסיס של רשת מזון פשוטה.הטרוטרופיה החיידקים לאחר מכן לצרוך את החומר האורגני המיוצר על ידי צ'מוליטוטרופילים.זרימת האנרגיה במערכות אלה היא לעתים קרובות מאוד נמוכה, וכתוצאה מכך שיעורי חילוף החומרים איטיים מאוד. חלק מהחיידקים עשויים לחלק רק פעם אחת בכל כמה שנים או אפילו מאות שנים, המייצגים כמה מהאורגניזמים החיים איטיים ביותר על פני כדור הארץ.

מקורות אנרגיה בחושך

אחת התגליות החשובות ביותר לאחרונה היא התפקיד של דעיכה רדיואקטיבית בהעצמה של המערכות האקולוגיות הללו.אורניום, thorium, אשלגן בסלע הסלע עוברים דעיכה רדיואקטיבית טבעית, אשר בתורו מתפצלת מולקולות מים בתהליך הנקרא רדיוליזה.זה מייצר מימן מולקולרי (H2) ומינים שונים של חמצון. H2 הוא מקור אנרגיה רב עוצמה עבור מיקרואורגניזמים רבים.

למנגנון זה יש השלכות עמוקות.זה מצביע על כך שכל כוכב לכת או ירח עם ליבת סלעית וכיסוי קרח עלולים לארח ביוספרה תת-קרקעית, גם ללא שמש ישירה או פעילות הידרותרמית.

אגםים תת-קרקעיים

בעוד מאות אגמים תת-קרחונים זוהו באמצעות תמונות לוויין ו מכ"ם קרח-פסראטינג, רק קומץ מהם התגלו ישירות.כל חקירה דחפה את גבולות הטכנולוגיה והניבה תובנות ייחודיות.

אגם ווטסוק

התגלה בשנות ה-70 של התחנה הוויקטוק של רוסיה, אגם ווטסוק הוא האגם התת-קרקעי הידוע ביותר באנטארקטיקה.מכיר בערך 250 ק"מ באורך ו-50 ק"מ רוחב, הוא נמצא מתחת ל 3,700 עד 4,200 מטר של מדענים רוסיים שבילו עשרות שנים במקדחת עץ הקרח, ולבסוף מפר את פני האגם בשנת 2012.

אגם וילאנס

אגם וילסנס, הממוקם במערב אנטארקטיקה תחת כ-800 מטרים של קרח, היה המטרה של פרויקט קידוח גדול בארה"ב בשנת 2013 שלא כמו קידוח עמוק ב-Vostok, Whillans Ice Stream Subglacial Access Research (WISSARD) השתמש במיקרו-מערכת מים חמה בלחץ גבוה שנועדה במיוחד למזער את זיהום המים והדגימות של הדגימות של דלקת הדם המשגשגת הזו, אשר זיהו את המינרלים הראשונים של גזען של מינים של גזעים של מינים אלה.

Lake Mercer and Other Systems

(הופנה מהדף WISSARD, The Subglacial Atlantic Lakes Scientific Access (SALSA) פרויקט קידוח ל- Lake Mercer בשנת 2018 ממוקם גם תחת מחרוזת הקרח של מרסר (Mercer Ice Stream) המדגם של Lake Mercer חשף לא רק חיידקים אלא גם שרידי קרום זעירים ו-tarbeddapia) שהיו קיימים גם ב-Creditamsclimates (עמודי מים), מה-Fokia) אשר מציעות מורכבות יותר מדי פעם מועברות ל-Creditalphicials) ו-Squareliclefklimates (מצטברות) ו-Creditams) אשר היו קשורים ל-Fkklimates) ב-Squarelimates (מחדשניות אחרות, כולל חיבורים אחרים, כולל חיבורים) ו-Fkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkklimates (מפרקים נוספים, כולל , כולל ארקטריילרים של כדור הארץ (מפרקים) ו-Creditam

סקירה טכנית יותר של המחקר שנערך באגם וילסנס לייק מרסר, מתייחסת לתיעוד פרויקט ה-FLT:0WISSARD Project RecordFLT:1 ו-FLT:2SALSA Project SitelementFLT 3:0.

אתגרים וטכנולוגיות

הגישה לאאגמים תת-קרחוניים היא אחד האתגרים התובעניים ביותר מבחינה טכנית במדעי הקוטב.המטרה היא לאחזר דגימות prise של מים ומשקעים ללא זיהום האגם עם מיקרובים משטח או נוזל קידוח.ה ההשלכות של זיהום יהיה קטסטרופלי, הן עבור השלמות המדעית של המחקר והן עבור מערכת אקולוגית שברירית מבודדת.

שיטות קידוח ונפיחות

שלוש שיטות קידוח ראשוניות שימשו: קידוח מים חמים (Vostok), קידוח מים חמים (Whillans, Mercer), ובדיקות התכה מהירה קרח (cryobots) , קידוח מים חמים התפתח כשיטה המועדפת לגישה נקייה.טכניקה זו כרוכה בהמיסת חור צר (בדרך כלל 30-60 ס"מ בקוטר) באמצעות זרם של סינון, מחומם, ו-UVstered כדי לנקות את עצמו.

ברגע שהבור מגיע לאגם, האתגר משתנה כדי לשמור על הלחץ הנוזלי באגם כדי למנוע מים באגם להזדרז במעלה הזעם והקפאה, או להיפך, כדי למנוע את נוזל הקידוח מזיהום האגם. כלים מתקדמים, כגון "המסתורין של פחמן החסר" ליבתים ומערכות סינון, אלה הם מפרסמים דרך צינורות גיאוגרפיים ותופסים אותם ישירות אל תוך לכידת מים, ללא צינורות מים ונפיחות, הם נמצאים דרך צינורות מים עמוקים, ללא מים.

שליטה על

הפרוטוקולים המשמשים פרויקטים של WISSARD ו-SALSA נחשבים לסטנדרט הזהב.

  • (ב) ⁇ 0) של כל ציוד קידוח 1 (CDC) באמצעות קרינה UV, מימן חד-חמצני ומים חמים.
  • (ב) [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ,0) ,התחילה של ה-Creting נוזל ה- 1 (ב) וקרח הנבל במעמקים רבים כדי לבסס קו בסיס של מורדים פוטנציאליים.
  • (ב) ,0) ,התמדה של מדגמי הזעם מטה: 1 (FLT:1) כי חותם וקרבה אוטומטית לאחר התחדשות המים, מניעת שילוב עם נוזל הזעם.

הקהילה המדעית פיתחה פרוטוקולים בינלאומיים קפדניים כדי להבטיח כי חקר עושה טוב יותר מאשר נזק.המאמצים הללו מתואמות באמצעות ארגונים כמו ה-FLT:0Scientific Committee onאנטארקטיקה מחקר אבולוציה 1 (SCAR), המספקים הנחיות לחיפושי האגם תת-קרחוני.

השלכות על אסטרוביולוגיה

גילוי החיים באגמים תת-גזעיים יש השלכות עמוקות על אסטרוביולוגיה – המחקר של החיים ביקום.אם החיים יכולים לשגשג בחשיכה מוחלטת, תחת לחץ עצום, בטמפרטורות קפואות ובאנרגיה כימית בלבד, אז אזור ההרגל של מערכת השמש מתרחב באופן דרמטי.

בסביבה הקרובה של Icy Moons

אירופה, ירח של יופיטר, מכוסה על ידי קרום עבה על פני האוקיינוס תת-קרקעי גלובלי. Enceladus, הירח של שבתאי, יש טיפות של מים פנויים מן הקוטב הדרומי שלה, המציין אוקיאנוס נוזלי מתחת הקליפה icy. , סביבות אלה לשאת דמיון בולט אגמים תת-קרקעיים של כדור הארץ. בשני המקרים, שכבת קרח עבה מבודדת במים, מתחת למים, לחץ כימי זמין מתחת למים, ומקיים חום.

מדעני נאס"א השתמשו בנתונים מ Lake Whillans ו- Lake Vostok כדי מודל של ביו-signatures פוטנציאלי באוקיינוס האירופי.חומרי חילוף החומרים מבוססי מימן שנצפו במשקעים תת-ממדיים הם יעד ראשוני למשימות עתידיות.מכשירים שנועדו לזהות חומצות אמינו, לימפואידים, ומוצרים מטבוליים בדגימות האגם תת-קרחוני חלים ישירות על עיצוב מכשירים למשימה האירופאית קליפר ובעתיד, כיצד קבוצות מיקרו-קרקעיות וקרקע נמוכות יותר מטבוליות נדרשות כדי להגדיר מגבלות אנרגיה נמוכות יותר על פני כדור הארץ.

יתר על כן, נוכחותם של רב-תאיים (מעגלות וקרונים) באגם מרסר מעידה כי מערכות אקולוגיות תת-גזעיות עשויות להיות מורכבות יותר מאשר המחשבה הקודמת.זה מעלה שאלות מסקרנות לגבי האם רשתות מזון מורכבות דומות יכולות להתקיים בסביבות עמוקות יותר ופעילות יותר תרמיות של ירחי קרח.

שימור ושיקולי אקלים

אגמים תת-קרחוניים הם לא רק שרידים מדעיים; הם גם ממלאים תפקיד בדינמיקה של גליונות קרח.המים שהם מכילים סיכה הבסיס של קרחונים וזרימי קרח, המשפיעים על המהירות שבה קרח זורם לכיוון האוקיינוס.אם נפח המים באגמים אלה משתנה עקב אקלים התחממות או שינויים במי היתוך פני השטח, זה יכול להיות השפעה ישירה על עליית פני הים.

מחקרים הראו כי אגמים תת-קרחונים יכולים לנקז ולמלא במהירות, עם מים מועברים מעל מאות קילומטרים מתחת לקרח. הידרולוגיה תת-קרקעית זו היא מרכיב קריטי של דגמי קרח המשמשים לחיזוי עלייה עתידית ברמת הים.הגנה על סביבות פתע אלה מן הזיהום האנושי אינה רק עניין של יושרה מדעית; חיוני גם לשימור הבסיס הטבעי של מערכות אלה כך שנוכל לפקח על שינויים לאורך זמן.

מערכת האמנה האנטארקטית, השולטת בכל הפעילות ביבשת, מסווגת אגמים תת-קרחונים כ"סביבות מוגנת במיוחד" כל דגימה ישירה דורשת הערכות סביבתיות נרחבות ואישור בינלאומי.

מסקנה

העולם הנסתר מתחת לקרחונים הוא הרבה יותר פעיל וביולוגי מכל מי שדמיין רק לפני כמה עשורים, אגמים של גולגולת מהווים מערכת ביוספרה גדולה, כהה, בלחץ שפועלת על לוחות זמנים גיאולוגיים ומקורות אנרגיה כימיים. החיים שהם מכילים מייצגים את הקהילות המבודדות והנקיות ביותר על פני כדור הארץ, קיימים בתנאים שנחשבו פעם להיות ערניים לחלוטין.