Сухие долины Макмурдо: уникальные холодные пустыни Антарктиды и территориальные претензии

Сухие долины Мак-Мердо представляют собой одну из самых экстремальных и необычных сред на Земле. Расположенная в Трансантарктических горах на западном побережье Саунда Мак-Мердо, эта область охватывает примерно 4800 квадратных километров свободной ото льда местности на континенте, где в противном случае преобладают ледяные щиты толщиной в километры. Долины представляют собой холодную пустыню, гиперзасушливый ландшафт, где жидкая вода редко поднимается выше замерзания, а земля остается голой снега и льда в течение тысячелетий. Что делает Сухие долины научно бесценными, так это не только их экстремальная сухость и холод, но и тот факт, что они предлагают редкое окно в среды, которые существуют в самых границах обитаемости. Они служат естественной лабораторией для изучения изменения климата, микробной экологии и планетарной геологии. Для исследователей, пытающихся понять, как может выглядеть жизнь на Марсе или что может сделать климатическая система Земли в своих крайностях, Сухие долины Мак-Мердо предлагают беспрецедентное понимание.

Географические особенности и ландшафт

Сухие долины на самом деле представляют собой систему из нескольких крупных долин, которые проходят примерно с востока на запад от побережья Мак-Мердо-Саунд в интерьер Трансантарктических гор. Три самых больших и наиболее изученных — это долина Виктории, долина Райта и долина Тейлора. Каждая долина имеет свой собственный отличительный характер, но все они имеют общий набор особенностей, которые отличают их от остальной части Антарктиды.

Морфология долины и ледниковая история

Эти долины были вырезаны ледниками в предыдущие ледниковые периоды, но сегодня они остаются в значительной степени свободными ото льда, потому что Трансантарктические горы блокируют поток льда из Восточно-Антарктического ледяного щита. Долины окружены крутыми, изрезанными горами, поднимающимися на более чем 2000 метров. Дно долины покрыто рыхлым гравием, песком и разбросанными валунами, придавая ландшафту вид, более похожий на американский юго-запад, чем на Антарктиду. Ледниковые морены, древние береговые линии озер и аллювиальные вентиляторы обеспечивают видимый отчет о прошлых климатических колебаниях. Ученые использовали эти особенности для реконструкции ледниковой истории региона, показывая, что части долин были свободны ото льда в течение миллионов лет.

Ледяные озера и уникальные водоемы

Одной из наиболее ярких особенностей Сухих долин является наличие постоянно покрытых льдом озер. Озера, такие как озеро Бонни, озеро Ванда и озеро Фрикселл, запечатаны под шапкой льда толщиной до 5 метров. Несмотря на ледяной покров, эти озера содержат жидкую воду ниже, некоторые достигают глубин более 70 метров. Вода в этих озерах стратифицирована, с различными слоями, которые резко различаются по солености и химии. Озеро Ванда, например, имеет пресную воду вблизи поверхности и чрезвычайно соленую, теплую воду на глубине, достигая температур выше 25 градусов Цельсия. Эти озера являются одними из самых химически сложных водоемов на Земле и поддерживают микробные экосистемы, которые адаптировались к холодным, темным и высокосоленым условиям.

Кровопадения и другие аномалии

Пожалуй, самая известная геологическая особенность Сухих Долин — Кровавый водопад, расположенный на конце ледника Тейлора. Этот отток богатого железом рассола окрашивает лед в глубокий красный цвет, создавая драматическое визуальное впечатление, которое очаровывало ученых и посетителей на протяжении более века. Рассол происходит из подледникового водоема, который был изолирован от поверхности, возможно, 1,5-2 миллиона лет. Когда он появляется, железо окисляется при контакте с воздухом, производя характерное красное пятно. Кровавый водопад обеспечивает естественный аналог для сред, где микробы выживают в полной изоляции в геологических масштабах времени, и он был в центре внимания астробиологических исследований в течение многих лет.

Экстремальные климатические условия: холодная пустыня

Климат Сухих долин Мак-Мердо отнесен к полярной пустыне. Он относится к числу самых сухих мест на Земле, со средним годовым количеством осадков, эквивалентным менее 100 миллиметрам воды, а в некоторых районах менее 50 миллиметров. Что делает его еще более экстремальным, так это то, что большая часть этих осадков выпадает в виде снега, который быстро сублимируется, а не тает. Долины переживают длинные, темные зимы и короткое, относительно мягкое лето. В течение австралийского лета температура в долинах может подниматься чуть выше нуля, иногда достигая 5-10 градусов Цельсия. Но даже летом ветер может быть сильным, а сочетание холода, сухости и сильных ветров делает окружающую среду враждебной большинству форм жизни.

Катабатические ветры и их влияние

Определяющей чертой климата Сухих Долин является частое возникновение катабатических ветров. Это ветры, управляемые гравитацией, которые текут вниз по склону от полярного плато, протекая через долины к побережью. Эти ветры могут достигать скорости более 100 километров в час и несут ответственность за сохранение долин в значительной степени свободными от снега. По мере того, как воздух опускается, он прогревается адиабатически, что еще больше снижает относительную влажность. Получающиеся условия настолько сухие, что снег, который действительно падает, часто сублимируется непосредственно обратно в атмосферу, прежде чем он может накапливаться. Этот процесс является ключевой причиной того, что Сухие Долины остаются свободными ото льда, даже если они расположены в Антарктиде.

Вечная мерзлота и активный слой

Постоянно замерзшая земля, известная как вечная мерзлота, лежит в основе всего региона. Вечная мерзлота простирается до глубины в сотни метров в некоторых местах. Летом только самый верхний слой, называемый активным слоем, оттаивает в течение нескольких недель. Этот тонкий слой, часто не более нескольких сантиметров до нескольких дециметров глубиной, является местом, где происходит большая часть биологической активности. Активный слой обеспечивает влагу для редких микробных сообществ, населяющих почву. Глубина и продолжительность оттепели варьируются от года к году в зависимости от температуры и солнечного излучения, и эта изменчивость имеет прямые последствия для продуктивности экосистемы.

Жизнь находит путь: микробные экосистемы

Несмотря на крайнюю засушливость, холод и отсутствие органического вещества, жизнь действительно существует в Сухих долинах Мак-Мердо. В экосистемах здесь преобладают микроорганизмы, в том числе бактерии, археи и простые эукариоты, такие как водоросли и грибы. Эти организмы развили замечательные адаптации для выживания в условиях, которые убили бы большинство форм жизни. Открытие жизни в Сухих долинах изменило научное понимание пределов жизни на Земле и имеет последствия для поиска жизни в других местах в Солнечной системе.

Эндолиты и криптоэндолиты

Многие микроорганизмы в Сухих Долинах живут не на поверхности, а внутри скал. Их называют эндолитами, а точнее криптоэндолитами, когда они живут в трещинах и порах внутри скалы. Свет проникает во внешние несколько миллиметров полупрозрачного песчаника, позволяя происходить фотосинтезу. Скала обеспечивает защиту от ветра, УФ-излучения и экстремальных температурных колебаний. Бактерии и лишайники, которые живут внутри этих пород, образуют тонкие, красочные полосы чуть ниже поверхности. Этот образ жизни позволяет им получать доступ к влаге от случайного снегопада или тумана, избегая при этом самых суровых условий на поверхности.

Почвенные микробные сообщества

Почвы Сухих Долин являются одними из самых простых и самых бедных питательными веществами на Земле. Содержание органического углерода чрезвычайно низкое, а почвы часто очень соленые. Несмотря на это, они поддерживают удивительно разнообразное микробное сообщество. Исследователи выявили сотни различных видов бактерий по всем долинам, хотя многие из них встречаются в очень низком изобилии. Распределение этих микроорганизмов является патчированным, причем некоторые районы почти стерильны, а другие поддерживают активные сообщества. Такие факторы, как влажность почвы, содержание соли, рН и близость к озерам или ледникам, влияют на то, где микробы могут выжить.

Оригинальное название: The Mighty Nematodes

В дополнение к микробам, Сухие Долины являются домом для небольшого числа беспозвоночных видов. Наиболее заметными являются нематоды, микроскопические круглые черви, которые являются главными хищниками в этой простой пищевой сети. Три вида нематод доминируют: Scottnema lindsayae , Eudorylaimus antarcticus и Plectus murrayi . Эти нематоды питаются бактериями и другими микроорганизмами и играют решающую роль в почвенной экосистеме. Scottnema lindsayae особенно хорошо адаптированы к самым сухим, большинству соленых почв и часто являются единственными животными, присутствующими в самых суровых районах. Тардиграды, также известные как водные медведи, и ротиферы также встречаются в более влажных районах

Окно на Марс: планетарные исследования

Сухие долины Мак-Мердо широко считаются одним из лучших наземных аналогов поверхности Марса.Сочетание экстремального холода, гиперзасушливости, высокого УФ-излучения и геологии вечной мерзлоты создает условия, которые очень похожи на те, что найдены на поверхности Марса. NASA, Европейское космическое агентство и другие космические агентства финансировали обширные исследования в Сухих долинах для тестирования инструментов, изучения стратегий выживания организмов и разработки протоколов обнаружения жизни на других планетах.

Аналоговые почвы и минералогия

Почвы Сухих Долин имеют минеральные составы, аналогичные найденным на Марсе. Они содержат оксиды железа, сульфаты, хлориды и перхлораты. Перхлораты особенно значимы, поскольку были обнаружены в марсианских почвах посадочным аппаратом Phoenix и марсоходом Curiosity НАСА. На Земле перхлораты могут служить источником энергии для некоторых микробов, но при высоких концентрациях они токсичны. Понимание того, как микроорганизмы в Сухих Долинах взаимодействуют с перхлоратами, помогает ученым предсказать, где может выжить жизнь на Марсе и какие сигнатуры она может оставить после себя.

Тестирование приборов обнаружения жизни

В Сухих долинах были испытаны многочисленные приборы, предназначенные для исследования космоса. К ним относятся спектрометры, микроскопы и системы обработки образцов, которые предназначены для развертывания на будущих марсоходах или посадочных модулях. Испытания в Сухих долинах позволяют инженерам и ученым оценить, насколько хорошо эти приборы работают в холодной, сухой среде с низкой биологической активностью. Цель состоит в том, чтобы при достижении этими приборами Марса они могли различать истинные признаки жизни и ложные срабатывания от абиотических химических реакций.

Подробнее о том, как Сухие долины служат аналогом Марса, см. в программе аналоговых исследований NASA для получения подробной информации о полевых исследованиях, проводимых в экстремальных условиях.

Территориальные претензии и управление в соответствии с Договором об Антарктике

Сухие долины Мак-Мердо расположены в пределах Зависимости Росса, района Антарктиды, на который претендует Новая Зеландия, однако, как и все территориальные претензии в Антарктике, это требование удерживается в бездействии в соответствии с условиями Системы Договора об Антарктике.Вступивший в силу в 1961 году Договор об Антарктике замораживает все территориальные претензии и запрещает любые новые претензии.Договор также устанавливает Антарктику как континент, посвященный миру и научным исследованиям, со свободным доступом для всех стран к проведению исследований в любом месте на континенте.

Претензионные государства и перекрывающие претензии

Семь стран предъявили территориальные претензии в Антарктиде: Аргентина, Австралия, Чили, Франция, Новая Зеландия, Норвегия и Великобритания. Некоторые из этих претензий пересекаются, особенно претензии Аргентины, Чили и Великобритании в регионе Антарктического полуострова. США и Россия не признают никаких претензий и оставляют за собой право делать свои собственные, хотя ни одна из них не осуществила это право. Сухие долины Мак-Мердо подпадают под претензии Новой Зеландии, но США сохраняют значительное присутствие в регионе через станцию Мак-Мердо и через Антарктическую программу США.

Система Договора об Антарктике и охрана окружающей среды

Управление Антарктидой широко рассматривается как успешная модель международного сотрудничества. Договор об Антарктике дополнен дополнительными соглашениями, в том числе Протоколом об охране окружающей среды к Договору об Антарктике, также известным как Мадридский протокол. Этот протокол обозначает Антарктику как природный заповедник, посвященный миру и науке и устанавливает строгие экологические стандарты для всей деятельности. Сухие долины не только регулируются этими общими положениями, но и признаются особо охраняемой территорией в рамках системы Антарктического особо охраняемого района (АСПА), которая ограничивает доступ и деятельность по сохранению их научной ценности.

Чтобы узнать больше о правовой базе, регулирующей Антарктику, посетите веб-сайт Секретариата Договора об Антарктике для полного текста договора и связанных с ним документов.

Научные исследования и логистика

Проведение исследований в Сухих долинах Мак-Мердо требует тщательного планирования и существенной материально-технической поддержки. Ближайшая крупная база — станция Мак-Мердо, управляемая США, расположенная на острове Росса у побережья. От Мак-Мердо исследователи отправляются в Сухие долины на вертолёте или самолётах с неподвижным крылом, оборудованных лыжами. Полевые лагеря устанавливаются в долинах в течение австралийского лета, как правило, с октября по февраль. Эти лагеря варьируются от небольших палаточных площадок для нескольких человек до более постоянных установок с сборными зданиями и лабораториями.

Долгосрочная программа экологических исследований McMurdo Dry Valleys

С 1993 года в центре внимания программы долгосрочных экологических исследований (LTER), финансируемой Национальным научным фондом США. McMurdo Dry Valleys LTER является одним из самых продолжительных исследований экосистем в Антарктиде и предоставила множество данных о климате, гидрологии, биогеохимии и микробной экологии. Программа контролирует потоки, озера, почву и ледники, чтобы понять, как экосистема реагирует на изменения климата и другие факторы окружающей среды. Долгосрочные наборы данных из LTER выявили тенденции в уровнях озер, потоке потоков и температуре почвы, которые связаны с региональной изменчивостью климата.

Подробности о текущих исследованиях и наборах данных можно найти на веб-сайте McMurdo Dry Valleys LTER, который предоставляет доступ к публикациям, данным и информации для исследователей.

Глациология и исследования изменения климата

Ледники Сухих Долин являются одними из наиболее изученных в Антарктиде, поскольку они чувствительны к изменениям температуры и осадков. В отличие от массивных ледников Восточной и Западной Антарктиды, ледники долины малы и медленно движутся. Они продвигаются и отступают в ответ на местные климатические условия, а их массовый баланс обеспечивает прямую меру того, набирает ли регион или теряет лед. За последние несколько десятилетий некоторые ледники истончаются и отступают, в то время как другие остаются относительно стабильными. Понимание этих закономерностей помогает ученым уточнить модели того, как лед Антарктиды будет реагировать на потепление климата.

Экологическая защита в хрупком ландшафте

Сухие долины Мак-Мердо исключительно хрупкие. Поскольку климат настолько сухой и холодный, биологические и химические процессы, которые обычно разрушают загрязняющие вещества, чрезвычайно медленные. След, оставленный в почве, может сохраняться десятилетиями. Разливы топлива, человеческие отходы и введенные организмы могут наносить ущерб, который длится веками. По этой причине все исследовательские мероприятия в Сухих долинах подчиняются строгим экологическим нормам. Ученые должны следовать строгим протоколам обращения с отходами, использовать назначенные полевые лагеря и принимать меры предосторожности, чтобы предотвратить введение неместных видов.

Особо охраняемые районы Антарктики

Большие части Сухих долин обозначены как Особо охраняемые районы Антарктики (ASPAs). Эти районы установлены участниками Договора об Антарктике для защиты выдающихся экологических, научных, исторических или диких ценностей. Вступление в ASPA требует разрешения, и деятельность в них жестко контролируется. Система ASPA гарантирует, что наиболее чувствительные и научно ценные части Сухих долин сохраняются для будущих исследований. Обозначения также служат для напоминания исследователям и посетителям, что привилегия работы в Антарктике приходит с ответственностью по защите окружающей среды.

Будущее Сухих Долин

По мере продолжения глобального изменения климата, сухие долины Мак-Мердо сталкиваются с неопределенным будущим. Некоторые модели предполагают, что потепление температур может увеличить производство талой воды, что приведет к изменению уровней озер, структуры потоков и влажности почвы. Эти изменения могут, в свою очередь, изменить распределение и активность микробных сообществ. Более теплые условия могут также позволить неместным видам утвердиться, что может вытеснить местные организмы и нарушить существующую пищевую сеть. В то же время повышенный научный интерес к региону приводит к увеличению количества людей и оборудования, повышая риск загрязнения и возмущения.

Продолжающийся мониторинг в рамках программы LTER и других исследовательских инициатив будет продолжать отслеживать эти изменения и предоставлять данные, необходимые для принятия обоснованных управленческих решений. Задача международного сообщества заключается в том, чтобы сбалансировать научную ценность Сухих долин с необходимостью защитить их от тех самых исследований, которые они позволяют. При тщательном управлении и продолжении международного сотрудничества Сухие долины Мак-Мердо могут оставаться уникальной естественной лабораторией для будущих поколений.

Для изучения более широкого контекста антарктических климатических исследований Британская антарктическая служба предлагает обширные ресурсы по полярной науке и изменению окружающей среды в Антарктиде.

Сухие долины Макмурдо: уникальные холодные пустыни Антарктиды и территориальные претензии

Table of Contents