Võidujooks Antarktikas – mandrijää all järvedes uusi eluvorme otsimas
Antarktika avastati alles 1820. aastal ning Vene teadlase ja anarhisti Pjotr Kropotkini poolt 19. sajandi lõpus esitatud mandrijää all eksisteerivate järvede teooria leidis lõplikku kinnitust alles 1994. aastal Vostoki järve tuvastamisega, kirjutab ajakiri Tehnikamaailm.
Viimase paarikümne aasta jooksul on jõutud ka mandrijää all järvesid ühendavate jõgede kaardistamiseni.
Teadmised nii Antarktikat katvast mandrijääst, selle all asuvast jõgede ja järvede süsteemist kui ka liustike liikumisest on minimaalsed ning teadlased on alles kõigi võimalike avastuste alguses.
Viimase kahe Antarktika suve jooksul üritasid nii USA, Briti kui Venemaa teadlased puurida elu otsingutel auke läbi paksu mandrijää kolme erinevasse jääalusesse järve. Need järved olid Whillans, Ellsworth, Vostok.
Whillans
Kõlavalt Antarktika võidujooksuks tituleeritud kolme riigi ürituses on seni edukaimaks osutunud võimalusterohkeima tehnoloogiaga varustatud USA meeskond, kes kinnitas 28. jaanuaril 2013 võetud proovide põhjal esmakordselt bakteriaalsete eluvormide eksisteerimist jääaluses järves – alles 2007. aastal teadlaste poolt esmakordselt mainitud Whillansis.
Projekti WISSARD (Whillans Ice Stream Subglacial Access Research Drilling) raames ette võetud puurimine algas 21. jaanuaril, kui traktorid olid vedanud varustuse koos 227 tonni kütusega McMurdo jaamast 1120 km kaugusel asuvale puurimiskohale.
Üles seati mitmest erinevast kelgust koosnev platvorm, mille ülesanne oli toetada kraanat, vintse, generaatoreid, veepaake ja puuri ning moodustada puuraugu ümber ülejäänud keskkonnast eraldatud ala. Kohale toodi kaks laboratooriumi – üks põhjasetete, teine järvevee esmasteks analüüsideks.
Peamiseks töövahendiks oli hiiglaslikku dušiotsikut meenutav kuumaveepuur, mille tugevasurveline juga lõikas läbi 800 m paksuse jääkihi Whillansi pinnani.
Logistilistest ja keerulistest oludest tulenevatel kaalutlustel ehitati kogu puurimissüsteem erinevatest, hõlpsalt vastavalt vajadusele vahetatavatest moodulitest.
Peamisteks osadeks olid generaatoritest eralduvat kuumust kasutav lumesulatustsistern; 14 000-liitrine veepaak, mis varustas puuri veega ning oli ühenduses lumesulatustsisterniga; vee puhastamise ja filtreerimise süsteem; kaks soojuspumpa, tagamaks vee 90kraadist temperatuuri ning enam kui 100 baarist survet, ühendusvoolikute komplekt ning juhtimis- ja kontrollmoodul.
Olulise tähtsusega oli järvest võetavate proovide puhtuse tagamine. Kogu puurimisprotsess tuli läbi viia võimalikult hoolikalt, välistamaks igasuguste väliste bakterite sattumist pikka aega muu maailma eest suletud järve ning ehk isegi 400 000 aasta vanusesse jääkihti.
Ainuüksi vee kuumutamisest 90 kraadini kõigi bakterite hävitamiseks siiski ei piisanud ja nii suunati puurimisvesi veel läbi UV-lampide alt.
UV-kiirgust, mis hävitab 99,9% kõigist mikroorganismidest, kasutati ka kaablite, voolikute ning puurimisaugu lähedal asuva varustuse desinfitseerimiseks.
Pärast puurimist saadeti WISSARDI alamprojekti MSLED (Micro-Submersible Lake Exploration Device) raames puuraugu kaudu järve uurima kaabliga ühendatud allveerobot SCINI (Submersible Capable of under Ice Navigation and Imaging).
Allveeroboti varustuse hulka kuulusid kaamera, lamp ning erinevad sensorid, mis pidid kindlustama ka keskkonna minimaalse häirimise proovide võtmise ajal.
Projekti MSLED eesmärgiks oli saada visuaalne ülevaade järve keskkonnast, mõõta temperatuuri, rõhku ning kirjeldada tingimusi, lähtudes bioloogilise elu võimalikkusest.
Laiemas plaanis oli tegu esimese ekstreemsetes tingimustes katsega, mis võib aidata teadlastel arendada allveerobotit edaspidi teiste taevakehade vete uurimiseks.
Tegu oli hea stardiplatvormiga – järvevees, mis 0,5 miinuskraadi juures püsib vedel vaid jääkilbi survest ning geotermilisest energiast tekkiva soojuse tõttu.
Tehnilisse varustusse kuulus ka mitmeid erinevaid teadusinstrumente sisaldav allveeuuringuteks mõeldud vahendite kompleks IPSIE (Instrumentation Package for Sub-Ice Exploration).
Selle telemeetriline süsteem toimis fiiberoptilise kaabli kaudu ning võimaldas konkreetselt valitud objekte – järve toitaineid, täpset temperatuuri, pH-taset ning rõhku uurida reaalajas.
Sellised mõõtmised lubasid hinnata ka muutusi proovides nende võtmisest kuni laboratooriumisse jõudmiseni.
Peale selle kasutati erinevat tüüpi põhjasette kogujaid – pikemad silindrid kõvema ning lühemad pehmema pinnase tarbeks –, vee analüsaatorit, mis oli varustatud 4 l/min pumbaga ning võimeline töötama kuni 5000 m sügavuses, samuti roostevabast terasest geotermilist sondi.
Proovide võtmiseks oli meeskonnal aega kaks 24tunnist päikesevalguselist päeva, enne kui puurauk uuesti kinni jäätuma hakkas. Esmane proovide analüüs kinnitas mitmete tundmatute mikroobide olemasolu (teadlaste sõnul toituvad mitmed neist kivimitest), kuid täpsemad uuringud tehakse juba USAs.
Ellsworth
2012. aasta detsembris alustas umbes 750aastase veevahetustsükliga Ellsworthi järve puuraukude puurimisega Briti meeskond.
Sarnaselt USA meeskonnaga kasutati kuumaveepuuri ning pöörati suurt tähelepanu proovide maksimaalsele puhtusele.
Kavas oli puurida koguni kaks puurauku – vee paremaks ringluseks ning järveni jõudmisel rõhkude tasakaalustamiseks. Puuraugud plaaniti ühendada 300 m sügavusel.
Esimeseks tagasilöögiks sai kuumaveepuuri tarbeks vett soojendava aurukatla ülesütlemine. Teadlastel õnnestus küll 12 tunniga esimene puurauk valmis saada, kuid teist ehk peamist puurauku ei õnnestunud.
Üritust jätkati üle 24 tunni, kuid peagi tuli leppida tõsiasjaga, et kaasasolevast kütusest ei piisa ning katse lõpetati.
16 aastat planeerimist nõudnud projekti tasuks olid vaid mõned proovid pealmistest jääkihtidest. Teadlased olid küll löödud lahtirullunud stsenaariumi tõttu, kuid hindasid ometi aumehelikult väärtuslikeks ka saadud proove.
Nüüd tuleb uurijatel koostada raport, mis aitaks selgitada toimunu tagamaid, selleks tuleb aga kogu kahe suvise hooaja jooksul Antarktikasse transporditud 96 tonni varustust 16 000 km kauguselt tagasi koju toimetada.
Uut puurimist võib seega oodata alles 3–5 aasta pärast.
Vostok
Tõelist kuldkala läks püüdma Vene meeskond, kes võttis Vostoki järve puurimise kogemata kombel ette juba 1989. aastal. Siis polnud veel teada, et puurimisjaama all üldse järv asub.
Vostok on kolmest järvest pikima veevahetustsükliga – umbes 10 000 aastat – ning Vostoki avastused poleks ilmselt võrreldavadki 10aastase veevahetustsükliga Whillansi omadega.
Ühtlasi on Vostok Antarktika järvedest suurim ning kaetud paksema jääkilbiga. Just sealses lõunapoolusest 1300 km kaugusel asuvas kõige karmimate ilmastikutingimustega 3300 m kõrgusel merepinnast asuvas Vostoki jaamas on mõõdetud rekordiliselt madal temperatuur −89 °C.
Puurimine venis nii rahanappuse, tehnika pideva ülesütlemise, ilmastikuolude kui ka rahvusvahelise üldsuse mure tõttu järvevee võimaliku saastumise pärast.
Erinevalt USA ja Briti meeskonnast kasutasid venelased soojuspuuri, millele rajati teed rohkem kui 60 tonni erinevate jäätumist takistavate kemikaalidega – petrooleum, freoon ja etüülglükool. Need aga teatavasti kubisevad bakteritest.
Proovide puhtuse tagamiseks puuriti viimane etapp mehaanilise puuri asemel vaid kuumutatud puuriotsikuga, seejärel eemaldati puuraugust piisavalt petrooleumi, et järvevesi saaks survega ülespoole tungides võtta endaga kaasa jäätumisvastased kemikaalid ning moodustada nendest kergelt eemaldatava korgi.
Teadlaste sõnul just nii kõik toimuski, kui 2012. aasta jaanuaris 3769 meetri sügavusse Antarktika järve pinnani jõuti.
Kork ise saadi aga jääsügavustest kätte alles 2012. aasta detsembris, kuna meeskond jõudis jaanuaris vaevu lahkuda enne temperatuuri langemist –50 kraadini, mil lennukitel ei ole enam võimalik lennata.
Esimesed proovid pärinevad seega hoopis puuri otsikult, millelt leiti nelja bakteri DNAd. Neist kolm olid kindlalt pärit jäätumisvastastest kemikaalidest.
Rahvusvahelist teadlaskonda on aga peaaegu võimatu veenda järvest võetud proovide puhtuses, sest 2012/2013 suvehooajal tõmmati need üles mööda enam kui 3,5 km pikkust kemikaalidega saastatud puurauku. Ka ei saadetud järve uurima allveerobotit ega olnud kohapeal laboratooriumi.
Nii oli tegu pigem pimesi kompamise kui reaalselt kontrollitud uuringutega.
Vene meeskond ja meedia võrdlesid puurimist Vostokis kosmosevõidujooksu võiduga. Vene valitsus andis loa puurida järveni hoolimata saastamise ohtudest, sest tekkis võistlusmoment brittide ja ameeriklastega.
Kahtlemata on selles väites omajagu tõtt ning neid uurijaid võib võrrelda kosmosepioneeridega, kes karme olusid trotsides avastavad uusi maailmu.
Kas aga teadustõde toodi seekord kiirustades ohvriks kõrgelt ülehinnatud rahvusau nimel, näitab aeg ja analüüside tulemused, mida seni veel avalikkusele esitletud ei ole.
Tulevik
Vostoki meeskonnale on juba tehtud ettepanek järve kristallpuhta vee müümiseks. Ekspeditsiooni juht on aga sellest keeldunud ning lubanud tulemusi jagada vaid rahvusvaheliste kolleegidega suurema teadusest tõusva kasu nimel.
Hoolimata erinevalt läbi viidavatest projektidest peavad teadlased kõiki puurimisi üksteist täiendavateks ning on avaldanud lootust võimaliku koostöö kohta tulevikus.
Ka on kõigi ühiseks veendumuseks, et jääkilbi ja Antarktika järvede uuringud aitavad laiendada meie teadmisi mitmes globaalselt olulises valdkonnas.
Uute organismide leidmine võib aidata mõista paremini elu algust planeedil. On ju sellest 3,8 miljardist aastast, mil elu maal eksisteerinud, 3 kuulunud täielikult vaid bakteritele ja mikroobidele.
Antarktika järvedes elavad bakterid võivad mängida olulist rolli kogu ökosüsteemis. Mõningad kividest toituvad organismid võivad oma tegevuse käigus tekkivate ainetega koguni pakkuda toitu teistele elusorganismidele.
Ka võivad bakterid aidata mõista elu võimalikkust sellistes ekstreemsetes tingimustes nagu see võib olla Marsi jääkilbi all, Jupiteri kuul Europa või Saturni kuul Encladus.
Antarktika järved on n-ö meie oma tagaaias suurepärane katsepolügoon tehnikale, mis saadetakse tulevikus kaugetele planeetidele elu otsima.
Jääkihtidesse talletunud mineviku kliimamuutusi ning jäämasside liikumise kiirusi uurides mõistame paremini nii minevikus toimunud protsesse kui kliima soojenemist ja selle kiirust tänapäeval.
Teadlasi huvitavad ka liustike süsteem ja nende liikumine, jääkilbialuste järvede ning jõgede süsteem, sest neist teatakse veel väga vähe.
Kui vana on Antarktika jääkilp?
Arvatakse, et esimene sarnaste mõõtmetega jäämass tekkis umbes 2,5 miljonit aastat tagasi ning praegune on jää pideva liikumise ja ringluse tõttu umbes 400 000 aastat vana – erinevates jääkilbi piirkondades erineb ka vanus.
Fantaasiarikkamad teooriad ütlevad aga jääkilbi võimalikuks vanuseks isegi vähem kui 10 000 aastat ning teadlastel ei jää midagi muud üle, kui ühel päeval faktid välja käia.
Ja ehk polegi enam kuigi kaugel aeg, kui juba järgmise 500–700 aastaga on kogu jääkilp üpris tõenäoliselt kadunud...
