Het nemen van watermonsters uit een Antarctisch meer onder 800 meter ijs kost dagen boren, nauwkeurige uitrusting, veel geduld en een gretigheid om een ​​van 's werelds meest extreme omgevingen te begrijpen.

Meer dan de helft van het zoete water van de planeet bevindt zich op Antarctica. Terwijl het meeste ervan bevroren is in de ijskappen, onder de ijspoelen stromen en waterstromen in elkaar en in de Zuidelijke Oceaan die het continent omringt. De beweging van dit water begrijpen, en wat daarin als opgeloste stoffen is opgelost, onthult hoe koolstof en voedingsstoffen van het land het leven in de kustoceaan kunnen ondersteunen.

Het verzamelen van gegevens over de biogeochemie van deze systemen is een onderneming van Antarctische proporties. Trista Vick Majors, assistent-professor Biologische Wetenschappen aan de Michigan Technological University, maakt deel uit van een team dat monsters verzamelde van het Whillans Subglacial Lake in West-Antarctica en is hoofdauteur van een paper over het meer, onlangs gepubliceerd in Wereldwijde biogeochemische cycli .

"Het leven is zwaar - het kan veel aan, "Zei Vick-Majors. "Dit artikel brengt wat we weten over de biologie en hoe actief het is onder Antarctisch ijs samen met informatie over de samenstelling van organische koolstof in het meer."

Leven op een koolstofbudget

Het leven onder het ijs verdraagt ​​veel - er is geen zonlicht en de druk van het ijs erboven in combinatie met de warmte die vanuit de kern van de aarde uitstraalt, smelt het water om het meer te vormen, dus de temperatuur schommelt net onder het vriespunt. organische koolstof, een belangrijke voedselbron voor micro-organismen, is in relatief hoge concentraties aanwezig in Whillans Subglacial Lake, zelfs als het eind augustus de groene puinhoop van een Midwest-vijver mist. In plaats daarvan, toen camera's in het boorgat van Mercer Subglacial Lake (een buurman van Whillans) vielen, onthullen, het subglaciale meer is donker, koud, vol zacht en pluizig sediment, en bekleed met met bellen gevuld ijs.

De bodem van het meer ziet er vreemder uit dan de aarde. Het bestuderen van extreme omgevingen geeft inzicht in hoe buitenaards leven eruit zou kunnen zien of hoe aards leven zou kunnen overleven in vergelijkbare omstandigheden. Niet dat mensen, pinguïns of vissen kunnen het aan; het leven in de wateren onder het ijs van Antarctica is grotendeels microbieel. Ze vertonen nog steeds tekenen van leven:organische koolstof en andere chemische bijproducten van het leven, aan het eten, uitscheiden en sterven - dat kunnen Vick-Majors en haar team meten en begroten.

Met behulp van massabalansberekeningen, het onderzoek van het team toont aan dat een poel van opgeloste organische koolstof in het Whillans Subglacial Lake in 4,8 tot 11,9 jaar kan worden geproduceerd. Terwijl het meer zich vult en leegloopt, wat ongeveer evenveel tijd kost, al die voedingsstoffen glijden en glijden hun weg naar de met ijs bedekte kust van de Zuidelijke Oceaan. Op basis van de berekeningen van het team, de subglaciale meren in de regio bieden 5, 400% meer organische koolstof dan wat het microbiële leven in de met ijs bedekte oceaan stroomafwaarts nodig heeft om te overleven.

"Er is geen fotosynthese onder het ijs in de oceaan stroomafwaarts van dit meer - dit beperkt de beschikbare voedsel- en energiebronnen op een manier die je niet zou vinden in een oppervlaktemeer of de open oceaan, "Zei Vick-Majors. "Het idee is dat deze subglaciale meren die stroomopwaarts liggen belangrijke bronnen van energie en voedingsstoffen kunnen leveren voor dingen die in de met ijs bedekte gebieden van de Zuidelijke Oceaan leven."

Boren naar gegevens

Hoewel het Whillans Subglacial Lake op zichzelf al aangeeft dat stroomopwaartse voedingsstoffen een belangrijke factor kunnen zijn, het is slechts een enkele gegevensbron in een met ijs bedekt complex van ondergrondse meren, stromen en estuariumachtige mengzones die seizoensgebonden en sporadische fluxen ondergaan.

Om hun blik uit te breiden, Vick-Majors en de rest van het team hebben gegevens verzameld op andere locaties (het Mercer Subglacial Lake werd begin 2019 bemonsterd door het SALSA-team), en dat is geen geringe prestatie. Ze maken het waar met een warmwaterboor, een speciaal ontworpen slang, een monsternamefles van 10 liter, sommige apparaten voor het boren van sedimenten, en een week met zomers poolweer dat tot 20 graden lager kan worden. De bemanning draagt ​​Tyvek-pakken en alle apparatuur wordt grondig schoongemaakt. Ook filteren ze het boorwater, laat het langs verschillende oevers van ultraviolet licht lopen om microbiële besmetting te elimineren, en verwarm het dan om het hete water te gebruiken om een ​​boorgat van ongeveer 1000 meter naar het meer te openen.

"Een deel van dat gesmolten ijswater, die nu door de boor is gecirculeerd, wordt uit het gat verwijderd, zodat wanneer het meer wordt doorboord, water uit het meer stroomt omhoog in het boorgat, "Vick-Majors zei:uitleggend dat de bemanning het hete water van de boor gescheiden moet houden van het meerwater om hun monsters en het meer schoon te houden. "Het duurt ongeveer 24 uur om het boorgat te boren en we houden het een paar dagen open; het verzamelen van een enkel monster of het neerlaten van de camera's kan twee uur of langer duren, afhankelijk van de uitrusting."

En het gat blijft proberen opnieuw te bevriezen. Plus, Vick-Majors is geen eenzame wetenschapper; ze is ingebed in een interdisciplinair team en iedereen heeft toegang tot het boorgat nodig voor verschillende experimenten. Maar voor alle strakke logistiek en koude tenen, ze zegt dat het de moeite waard is.

"Er is water en er is leven onder het ijs, "Zei Vick-Majors. "Deze kunnen ons veel leren over onze planeet, want dit is een geweldige plek om naar enigszins vereenvoudigde ecosystemen te kijken, zonder hogere niveaus van organismen. Dus we kunnen vragen over het leven beantwoorden die op andere plaatsen heel moeilijk te beantwoorden zijn."

De keerzijde is dat fysiek-biologische interacties in deze omgevingen nog steeds ingewikkeld kunnen zijn; het papier is een stap om ze te begrijpen. De bijna buitenaardse subglaciale meren van West-Antarctica geven inzicht in de mogelijkheden voor exoplaneetomgevingen terwijl ze de diepe, water bewaarde geheimen van onze eigen wereld.