El lago Vostok (en ruso : озеро Восток , ozero Vostok ) es el más grande de los casi 400 lagos subglaciales conocidos de la Antártida . El lago Vostok está ubicado en el Polo Sur del Frío , debajo de la Estación Vostok de Rusia, debajo de la superficie de la capa de hielo de la Antártida Oriental central , que se encuentra a 3.488 m (11.444 pies) sobre el nivel medio del mar . La superficie de este lago de agua dulce se encuentra aproximadamente a 4.000 m (13.100 pies) bajo la superficie del hielo, lo que lo coloca a aproximadamente 500 m (1.600 pies) por debajo del nivel del mar.
Lago Vostok | |
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Coordenadas | 77 ° 30′S 106 ° 00′E / 77.500 ° S 106.000 ° ECoordenadas : 77 ° 30′S 106 ° 00′E / 77.500 ° S 106.000 ° E |
Tipo de lago | Lago antiguo , lago de rift subglacial |
Países de la cuenca | Antártida |
Max. largo | 250 km (160 millas) [1] |
Max. ancho | 50 km (30 millas) [1] |
Área de superficie | 12,500 km 2 (4,830 millas cuadradas) |
Profundidad promedio | 432 m (1.417 pies) |
Max. profundidad | 510 m (1700 pies) [1] a 900 m (3000 pies) [2] |
Volumen de agua | 5.400 km 3 (1.300 millas cúbicas) [2] ± 1.600 km 3 (400 millas cúbicas) |
Tiempo de residencia | 13,300 años |
Elevación de superficie | C. −500 m (−1,600 pies) |
Islas | 1 |
Asentamientos | Estación de Vostok |
Midiendo 250 km (160 millas) de largo por 50 km (30 millas) de ancho en su punto más ancho, [1] cubre un área de 12,500 km 2 (4,830 millas cuadradas) convirtiéndolo en el decimosexto lago más grande por área de superficie . Con una profundidad promedio de 432 m (1.417 pies), tiene un volumen estimado de 5.400 km 3 (1.300 millas cúbicas), [2] lo que lo convierte en el sexto lago más grande por volumen .
El lago está dividido en dos cuencas profundas por una cresta. La profundidad del agua líquida sobre la cresta es de aproximadamente 200 m (700 pies), en comparación con aproximadamente 400 m (1300 pies) de profundidad en la cuenca norte y 800 m (2600 pies) de profundidad en el sur.
El lago lleva el nombre de la estación Vostok, que a su vez lleva el nombre del Vostok (Восток), un barco de balandra de guerra , que significa "Este" en ruso. [3] La existencia de un lago subglacial en la región de Vostok fue sugerida por primera vez por el geógrafo ruso Andrey Kapitsa basándose en sondeos sísmicos realizados durante las Expediciones Antárticas Soviéticas en 1959 y 1964 para medir el espesor de la capa de hielo. [4] [5] La investigación continua de científicos rusos y británicos [5] [6] condujo en 1993 a la confirmación final de la existencia del lago por JP Ridley utilizando altimetría láser ERS-1 . [4]
El hielo que lo recubre proporciona un registro paleoclimático continuo de 400.000 años, aunque el agua del lago en sí puede haber estado aislada durante 15 [7] [8] a 25 millones de años. [9] El 5 de febrero de 2012, un equipo de científicos rusos completó el núcleo de hielo más largo de la historia de 3.768 m (12.400 pies) y atravesó el escudo de hielo hasta la superficie del lago. [10]
El primer núcleo de hielo del lago recién congelado se obtuvo el 10 de enero de 2013 a una profundidad de 3.406 m (11.175 pies). [11] Sin embargo, tan pronto como se perforó el hielo, el agua del lago subyacente brotó por el pozo , mezclándolo con el freón y el queroseno utilizado para evitar que el pozo se congelara. [12] [13] [14] Se perforó un nuevo pozo y se obtuvo una muestra de agua supuestamente prístina en enero de 2015. [ cita requerida ] El equipo ruso planea eventualmente bajar una sonda al lago para recolectar muestras de agua y sedimentos del fondo. Se ha planteado la hipótesis de que se podrían encontrar formas de vida inusuales en la capa líquida del lago, una reserva de agua fósil . Debido a que el lago Vostok puede contener un ambiente sellado bajo el hielo durante millones de años, las condiciones podrían asemejarse a los de los océanos cubiertos de hielo hipótesis de existir en Jupiter 's luna Europa , [12] [15] y Saturno ' s luna Encelado . [dieciséis]
Descubrimiento
El científico ruso Peter Kropotkin propuso por primera vez la idea de agua dulce debajo de las capas de hielo de la Antártida a fines del siglo XIX. [17] Teorizó que la tremenda presión ejercida por la masa acumulada de miles de metros verticales de hielo podría disminuir el punto de fusión en las porciones más bajas de la capa de hielo hasta el punto en que el hielo se convertiría en agua líquida . La teoría de Kropotkin fue desarrollada por el glaciólogo ruso IA Zotikov, quien escribió su tesis doctoral sobre este tema en 1967. [4]
El geógrafo ruso Andrey Kapitsa utilizó sondeos sísmicos en la región de la estación Vostok realizados durante la Expedición Antártica Soviética en 1959 y 1964 para medir el espesor de la capa de hielo. [4] Kapitsa fue el primero en sugerir la existencia de un lago subglacial en la región, [5] y la investigación posterior confirmó su hipótesis. [18]
Cuando los científicos británicos en la Antártida realizaron estudios de radar de penetración de hielo en el aire a principios de la década de 1970, detectaron lecturas de radar inusuales en el sitio que sugerían la presencia de un lago de agua dulce líquida debajo del hielo. [19] En 1991, Jeff Ridley, un especialista en teledetección del Laboratorio de Ciencias Espaciales Mullard en el University College de Londres , ordenó al satélite ERS-1 que girara su matriz de alta frecuencia hacia el centro de la capa de hielo de la Antártida . Los datos de ERS-1 confirmaron los hallazgos de las encuestas británicas de 1973, [20] pero estos nuevos datos no se publicaron en el Journal of Glaciology hasta 1993. El radar espacial reveló que este cuerpo subglacial de agua dulce es uno de los más grandes lagos del mundo y uno de los 140 lagos subglaciales de la Antártida. Científicos rusos y británicos delimitaron el lago integrando una variedad de datos, incluidas observaciones de imágenes de radar que penetran el hielo en el aire y altimetría de radar espacial, y el descubrimiento del lago se publicó en la revista científica Nature el 20 de junio de 1996. [21 ] Se ha confirmado que el lago contiene grandes cantidades de agua líquida bajo la capa de hielo de más de 3 kilómetros de espesor (1,9 millas). El lago tiene al menos 22 cavidades de agua líquida , con un promedio de 10 kilómetros (6 millas) cada una. [22]
La estación que da nombre al lago conmemora el Vostok (Восток), el balandro de guerra de 900 toneladas navegado por uno de los descubridores de la Antártida, el explorador ruso , el almirante Fabian von Bellingshausen . [3] Debido a que la palabra Vostok significa "Este" en ruso, los nombres de la estación y el lago también reflejan el hecho de que están ubicados en la Antártida oriental.
En 2005 se encontró una isla en la parte central del lago. [23] Luego, en enero de 2006, se publicó el descubrimiento de dos lagos más pequeños cercanos bajo la capa de hielo; se denominan 90 grados este y Sovetskaya . [24] Se sospecha que estos lagos subglaciales antárticos pueden estar conectados por una red de ríos subglaciales. Los glaciólogos del Centro de Observación y Modelado Polar proponen que muchos de los lagos subglaciales de la Antártida están, al menos, temporalmente interconectados. [25] Debido a la variación de la presión del agua en los lagos individuales, pueden formarse grandes ríos subterráneos y luego forzar grandes cantidades de agua a través del hielo sólido. [25]
Historia geologica
África se separó de la Antártida hace unos 160 millones de años, seguida por el subcontinente indio , en el Cretácico temprano ( hace unos 125 millones de años). Hace unos 66 millones de años, la Antártida (entonces conectada a Australia) todavía tenía un clima tropical a subtropical , con fauna marsupial y una extensa selva tropical templada . [26] [27]
La cuenca del lago Vostok es una pequeña característica tectónica (50 kilómetros de ancho (31 millas)) dentro del marco general de una zona de colisión continental de varios cientos de kilómetros de ancho entre la Cordillera de Gamburtsev , una cordillera subglacial y la Cúpula C región. [28] El agua del lago está acunada sobre un lecho de sedimentos de 70 metros (230 pies) de espesor, lo que ofrece la posibilidad de que contengan un registro único del clima y la vida en la Antártida antes de que se formara la capa de hielo. [20] [29]
Rasgos
Se estima que el agua del lago fue sellada bajo la gruesa capa de hielo hace unos 15 millones de años. [7] Inicialmente, se pensó que la misma agua había formado el lago desde el momento de su formación, dando un tiempo de residencia del orden de un millón de años. [25] Investigaciones posteriores de Robin Bell y Michael Studinger del Observatorio Terrestre Lamont-Doherty de la Universidad de Columbia sugirieron que el agua del lago se congela continuamente y es arrastrada por el movimiento de la capa de hielo antártica , mientras que el agua se derrite. de otras partes de la capa de hielo en estas condiciones de alta presión. Esto resultó en una estimación de que todo el volumen del lago se reemplaza cada 13,300 años, su tiempo de residencia medio efectivo. [30]
La temperatura natural más fría jamás observada en la Tierra, -89 ° C (-128 ° F ), se registró en la estación de Vostok el 21 de julio de 1983. [7] Se calcula que la temperatura media del agua es de alrededor de -3 ° C (27 ° F). F); permanece líquido por debajo del punto de congelación normal debido a la alta presión del peso del hielo sobre él. [31] El calor geotérmico del interior de la Tierra puede calentar el fondo del lago, [32] [33] [34] mientras que la propia capa de hielo aísla el lago de las bajas temperaturas en la superficie.
El lago Vostok es un ambiente extremo oligotrófico , uno que se espera que esté sobresaturado con nitrógeno y oxígeno, [35] [36] que mide 2.5 litros (0.088 pies cúbicos) de nitrógeno y oxígeno por 1 kg (2.2 lb) de agua, [37 ] que es 50 veces mayor que los que se encuentran típicamente en los lagos de agua dulce ordinarios en la superficie de la Tierra. Se estima que el peso y la presión de alrededor de 345 bares (5,000 psi ) de la capa de hielo continental en la parte superior del lago Vostok contribuyen a la alta concentración de gas. [38]
Además de disolverse en el agua, el oxígeno y otros gases quedan atrapados en un tipo de estructura llamada clatrato . En las estructuras de clatrato, los gases están encerrados en una jaula helada y parecen nieve compacta. Estas estructuras se forman en las profundidades de alta presión del lago Vostok y se volverían inestables si se llevaran a la superficie. [25] [37]
En abril de 2005, investigadores alemanes, rusos y japoneses descubrieron que el lago tiene mareas . [39] Dependiendo de la posición del Sol y la Luna, la superficie del lago se eleva unos 12 mm (0,47 pulgadas). [40] El lago está en completa oscuridad, bajo 355 bar (5,150 psi) de presión, y se espera que sea rico en oxígeno, por lo que se especula que cualquier organismo que habita en el lago podría haber evolucionado de una manera única en este entorno. [20] [37] Hay una anomalía magnética de 1 microtesla en la costa este del lago, que abarca 105 por 75 km (65 por 47 millas). Los investigadores plantean la hipótesis de que la anomalía puede ser causada por un adelgazamiento de la corteza terrestre en ese lugar. [41]
Se han encontrado microorganismos vivos Hydrogenophilus thermoluteolus en las perforaciones de testigos de hielo profundo del lago Vostok; son una especie existente que habita en la superficie. [36] [42] Esto sugiere la presencia de una biosfera profunda que utiliza un sistema geotérmico del lecho rocoso que rodea el lago subglacial. Existe optimismo de que la vida microbiana en el lago puede ser posible a pesar de la alta presión, el frío constante, el bajo aporte de nutrientes, la concentración de oxígeno potencialmente alta y la ausencia de luz solar. [36] [43] Jupiter 's luna Europa y Saturno ' luna s Encelado puede también albergar lagos u océanos debajo de una gruesa capa de hielo. Cualquier confirmación de vida en el lago Vostok podría fortalecer la perspectiva de la presencia de vida en lunas heladas. [36] [44]
Investigar
Los investigadores que trabajaban en la estación Vostok produjeron uno de los núcleos de hielo más largos del mundo en 1998. Un equipo conjunto de Rusia, Francia y Estados Unidos perforó y analizó el núcleo, que tiene 3.623 m (11.886 pies) de largo. Se ha estimado que las muestras de hielo de los núcleos perforados cerca de la parte superior del lago tienen una antigüedad de 420.000 años. La suposición es que el lago se ha sellado de la superficie desde que se formó la capa de hielo hace 15 millones de años. La perforación del núcleo se detuvo deliberadamente aproximadamente 100 m (300 pies) [45] por encima del límite sospechoso entre la capa de hielo y las aguas líquidas del lago. Esto fue para evitar la contaminación del lago con la columna de 60 toneladas de freón y queroseno utilizada para evitar que el pozo colapsara y se congelara. [20]
A partir de este núcleo, específicamente del hielo que se cree que se formó a partir del agua del lago congelada en la base de la capa de hielo, se encontraron microbios extremófilos , lo que sugiere que el agua del lago sustenta la vida. Los científicos sugirieron que el lago podría poseer un hábitat único para bacterias antiguas con un acervo genético microbiano aislado que contiene características desarrolladas quizás hace 500.000 años. [46]
En enero de 2011, el jefe de la expedición antártica rusa, Valery Lukin, anunció que a su equipo solo le quedaban 50 m (200 pies) de hielo para perforar para llegar al agua. [7] Luego, los investigadores cambiaron a una nueva cabeza de perforación térmica con un fluido de aceite de silicona "limpio" para perforar el resto del camino. [47] En lugar de perforar hasta el fondo del agua, dijeron que se detendrían justo encima cuando un sensor en el taladro térmico detectara agua libre. En ese momento, el taladro debía detenerse y extraerse del pozo. La extracción del taladro reduciría la presión debajo de él, atrayendo agua hacia el agujero para dejarla congelar, creando un tapón de hielo en el fondo del agujero. [48] La perforación se detuvo el 5 de febrero de 2011 a una profundidad de 3.720 m (12.200 pies) para que el equipo de investigación pudiera salir del hielo antes del comienzo de la temporada de invierno antártico. El equipo de perforación partió en avión el 6 de febrero de 2011. [49]
Según lo planeado, el verano siguiente, el equipo debía perforar nuevamente para tomar una muestra de ese hielo y analizarlo. [7] [50] Los rusos reanudaron la perforación en el lago en enero de 2012 y alcanzaron la superficie superior del agua el 6 de febrero de 2012. [10] [51] Los investigadores permitieron que el agua del lago se congelara dentro del pozo y meses. más tarde, recolectaron muestras de núcleos de hielo de este hielo recién formado y las enviaron al Laboratorio de Glaciología y Geofísica Ambiental en Grenoble, Francia, para su análisis. [13]
Resultados de biología
Reino Unido y Estados Unidos
Los científicos informaron por primera vez de evidencia de microbios en el hielo de acreción en 1999. [52] [53] Desde entonces, un equipo diferente dirigido por Scott O. Rogers ha estado identificando una variedad de bacterias y hongos a partir del hielo de acreción (no de la capa de agua subglacial ) recolectados durante proyectos de perforación estadounidenses en la década de 1990. [54] [55] Según él, esto indica que el lago debajo del hielo no es estéril pero contiene un ecosistema único. Luego, Scott Rogers publicó en julio de 2013 que su equipo realizó una secuenciación de ácidos nucleicos ( ADN y ARN ) y los resultados permitieron deducir las vías metabólicas representadas en el hielo de acreción y, por extensión, en el lago. El equipo encontró 3507 secuencias de genes únicas, y aproximadamente el 94% de las secuencias eran de bacterias y el 6% de Eukarya . [56] [57] Las clasificaciones taxonómicas (por género y / o especie) o la identificación fueron posibles para 1.623 de las secuencias. En general, los taxones eran similares a los organismos descritos anteriormente en lagos, agua salobre, ambientes marinos, suelo, glaciares, hielo, sedimentos lacustres, sedimentos de aguas profundas, respiraderos térmicos de aguas profundas, animales y plantas. Estuvieron presentes secuencias de organismos aeróbicos , anaeróbicos , psicrófilos , termófilos , halófilos , alcalifílicos , acidófilos , resistentes a la desecación, autótrofos y heterótrofos , incluidos varios de eucariotas multicelulares. [56]
En 2020, Colby Gura y Scott Rogers ampliaron su estudio del hielo de acreción del lago Vostok, así como del hielo basal que fluye hacia el lago. [58] Descubrieron que el hielo basal contenía una comunidad de organismos casi completamente diferente en comparación con los que se encuentran en el hielo de acreción del lago, lo que indica que significan dos ecosistemas completamente diferentes. Se informaron bacterias y eucariotas adicionales. La mayor diversidad de organismos en el hielo del lago se asoció significativamente (p <0.05) con concentraciones más altas de iones y aminoácidos. Si bien su trabajo anterior indicó la presencia de bacterias que habitan en los intestinos de los peces, no se encontraron secuencias de peces. Sin embargo, en el estudio de 2020, encontraron una secuencia de ARNr que era> 97% similar a la de un bacalao común a lo largo de la costa de la Antártida. Este es el primer informe de una especie de pez que posiblemente reside en el lago Vostok. Se sabe que el pescado produce proteínas anticongelantes.
Sin embargo, el microbiólogo David Pearce de la Universidad de Northumbria en Newcastle, Reino Unido, afirmó que el ADN podría ser simplemente una contaminación del proceso de perforación y no representativo del propio lago Vostok. Los viejos núcleos de hielo se perforaron en la década de 1990 para buscar evidencia de climas pasados enterrados en el hielo, en lugar de para la vida, por lo que el equipo de perforación no se esterilizó . [14] También Sergey Bulat, un experto en el lago Vostok en el Instituto de Física Nuclear de Petersburgo en Gatchina, Rusia, duda de que alguna de las células o fragmentos de ADN en las muestras pertenezcan a organismos que realmente podrían existir en el lago. Dice que es muy probable que las muestras estén muy contaminadas con tejidos y microbios del mundo exterior. [59]
La posibilidad de contaminación ha sido refutada por Scott Rogers, porque las medidas de control fueron rigurosas y las combinaciones de organismos encontradas en cada una de las muestras de hielo fueron consistentes con organismos que viven en un lago y hielo fríos (incluida una secuencia de un bacalao de roca antártico). , y fueron inconsistentes con la contaminación introducida durante el muestreo o de los procedimientos de laboratorio. Además, todos los procedimientos de laboratorio se realizaron en paralelo con muestras de hielo del lago Erie, y los dos conjuntos de datos resultantes fueron completamente diferentes. La muestra del lago Erie exhibió muchas señales de habitación humana, mientras que las muestras de hielo del lago Vostok no exhibieron señales de habitación humana. La muestra del lago Erie también tenía un perfil casi completamente diferente de phyla bacteriano y eucariota.
Rusia y Francia
Científicos rusos y franceses han estado llevando a cabo estudios de ADN molecular del agua del lago Vostok que se congeló en el pozo, mediante la construcción de numerosas bibliotecas de ADN , [13] que son colecciones de fragmentos de ADN que permiten a los científicos identificar qué especies de bacterias pueden pertenece a. Las muestras tomadas del lago hasta ahora contienen aproximadamente una parte de queroseno por 1000 de agua y están contaminadas con bacterias previamente presentes en la broca y el fluido de perforación de queroseno. [13] Hasta ahora, los científicos han podido identificar 255 especies contaminantes, pero también han encontrado una bacteria desconocida cuando perforaron inicialmente la superficie del lago en 2012, sin coincidencias en ninguna base de datos internacional, y esperan que pueda ser un habitante único del lago Vostok. [13] [60] [61] Sin embargo, Vladimar Korolev, el jefe de laboratorio del estudio en la misma institución, dijo que la bacteria podría en principio ser un contaminante que usa queroseno, el anticongelante usado durante la perforación, como fuente de energía. [62]
Los críticos de la comunidad científica afirman que no se puede obtener información valiosa hasta que no se puedan analizar muestras limpias de agua del lago, no contaminadas por el fluido de perforación. [13] Independientemente de los problemas de contaminación, en mayo de 2013 la instalación de perforación en la estación antártica rusa Vostok fue declarada monumento histórico como "resultado del reconocimiento de los logros de la investigación rusa de la Antártida por parte de la comunidad científica internacional, y de las operaciones únicas sobre la apertura del lago subglacial Vostok realizadas por científicos rusos el 5 de febrero de 2012. " [63]
En enero de 2015, la prensa rusa declaró que los científicos rusos habían hecho un nuevo pozo "limpio" en el lago Vostok utilizando una sonda especial de 50 kilogramos que recogía aproximadamente 1 litro de agua no adulterada por el líquido anticongelante. [ cita requerida ] Se predijo que el agua se elevaría de 30 a 40 m en la parte inferior del pozo, pero de hecho el agua se elevó desde el lago a una altura de más de 500 m. En octubre de ese mismo año, las obras fueron suspendidas para ese verano austral debido a la insuficiencia de fondos por parte del gobierno federal ruso. [64] [65]
Contaminación por fluidos de perforación
Algunos grupos ambientalistas y científicos se han opuesto al proyecto de perforación, quienes han argumentado que la perforación en agua caliente tendría un impacto ambiental más limitado . [66] La principal preocupación es que el lago podría contaminarse con el anticongelante que los rusos usaban para evitar que el pozo se volviera a congelar. Los científicos del Consejo Nacional de Investigación de los Estados Unidos han adoptado la posición de que debe asumirse que existe vida microbiana en el lago Vostok y que, después de un aislamiento tan prolongado, cualquier forma de vida en el lago requiere una protección estricta contra la contaminación. [67]
La técnica de perforación original empleada por los rusos implicaba el uso de freón y queroseno para lubricar el pozo y evitar que colapsara y se congelara; Hasta ahora se han utilizado 60 toneladas cortas (54 t ) de estos productos químicos en el hielo sobre el lago Vostok. [20] Otros países, particularmente Estados Unidos y Gran Bretaña, no han logrado persuadir a los rusos de que no perforen el lago hasta que estén disponibles tecnologías más limpias como la perforación con agua caliente. [68] Aunque los rusos afirman haber mejorado sus operaciones, continúan utilizando el mismo pozo, que ya ha sido contaminado con queroseno. [1] Según el jefe de las Expediciones Antárticas Rusas, Valery Lukin, los investigadores del Instituto de Física Nuclear de Petersburgo desarrollaron un nuevo equipo que garantizaría que el lago permanezca incontaminado en caso de intrusión. [7] Lukin ha asegurado repetidamente a otras naciones signatarias del Sistema del Tratado Antártico que la perforación no afectará al lago, argumentando que, al abrirse paso, el agua correrá por el pozo, se congelará y sellará los otros fluidos. [69]
Algunos grupos ambientalistas siguen sin estar convencidos de estos argumentos. La Coalición del Océano Antártico y Austral ha argumentado que esta forma de perforación es un paso profundamente equivocado que pone en peligro el lago Vostok y otros lagos subglaciales en la Antártida (que algunos científicos están convencidos de que están interrelacionados con el lago Vostok). [4] La coalición ha afirmado que "sería preferible unirse a otros países para penetrar en un lago más pequeño y aislado antes de volver a examinar si la penetración del lago Vostok es ambientalmente defendible. Si somos prudentes, se permitirá el lago para revelar sus secretos a su debido tiempo ". [4]
Lukin afirma que la perforación en agua caliente es mucho más peligrosa para la fauna microbiótica, ya que herviría a las especies vivas y perturbaría toda la estructura de las capas de agua del lago. [70] Además, la perforación de agua caliente habría requerido más energía de la que la expedición rusa podría haber generado en su campamento remoto. [66] Sin embargo, las muestras de agua obtenidas por el equipo ruso estaban muy contaminadas con fluido de perforación, por lo que informaron en mayo de 2017 que era imposible en este momento obtener datos confiables sobre la composición química y biológica real del agua del lago. [71]
Ver también
- Pozo superprofundo de Kola
- Ledoyom
- Lista de lagos por volumen
Referencias
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enlaces externos
- Columbia.edu: Acerca del lago Vostok
- Columbia.edu: "Lake Vostok: ¿Una curiosidad o un enfoque para el estudio interdisciplinario?" (1998)
- ASOC.org: Carta de apelación del lago Vostok a Rusia
- OperationReality.org: video documental sobre el lago Vostok