Ten obraz na pierwszy rzut oka wygląda jak kadr z horroru, a nie zdjęcie z wyprawy naukowej. Z białoniebieskiej ściany lodowca Taylor w jednym z najsuchszych miejsc na Ziemi spływa w dół struga wody w kolorze świeżej krwi. Na tle jałowej, brunatnej skały i martwego lodu czerwień wydaje się wręcz nienaturalna, jakby ktoś polał Antarktydę farbą.
Gdy pierwsze ekspedycje geologiczne dotarły tu na początku XX wieku, trudno się dziwić, że miejsce to szybko dorobiło się przydomka Blood Falls, czyli w tłumaczeniu Krwawych Wodospadów. Od tamtej pory minęło ponad sto lat, a krwawe kaskady wciąż nie wyschły. Przeciwnie, okazały się jednym z najciekawszych naturalnych laboratoriów na planecie. W jednej scenie spotykają się tu geologia, lodowce, chemia roztworów solnych, mikrobiologia ekstremalnych środowisk i pytania o to, jak może wyglądać życie na Marsie czy lodowych księżycach.
To nie jest wulkan, to nie jest wyciek z ukrytej kopalni, a tym bardziej żadna metaforyczna “rana Ziemi”. Blood Falls powstaje z czegoś znacznie bardziej przyziemnego, choć równie fascynującego, bo prastarej, słonej wody, która od milionów lat krąży w ciemności pod lodem.
Krwawy wodospad na końcu świata
Blood Falls znajduje się na zachodnim krańcu lodowca Taylor, w Taylor Valley, jednym z tzw. suchych dolin McMurdo w Wiktorii Lądowej. To jeden z najbardziej ekstremalnych fragmentów Antarktydy: niemal bez opadów, z bardzo silnymi, suchymi wiatrami i glebą tak jałową, że porównuje się ją do marsjańskich pustyń. Zamiast ogromnych pokryw śniegu, które zwykle kojarzymy z tym kontynentem, dominują tu nagie skały, wiatr i lodowce spływające z gór w kierunku słonych jezior, takich jak Lake Bonney.
Czytaj też: Wysadzić Antarktydę atomówkami, żeby uratować Ziemię przed efektem cieplarnianym. Czy to ma sens?
To właśnie tu, podczas wyprawy Terra Nova na początku XX wieku, australijski geolog Griffith Taylor jako pierwszy opisał niezwykłe czerwone zacieki na czołowej ścianie lodowca, spływające w stronę jeziora. Zjawisko musiało robić ogromne wrażenie, skoro utrwaliło się w nazwie doliny i lodowca. Od momentu odkrycia, czyli od 1911 roku, przez dziesięciolecia nikt nie był w stanie dokładnie zbadać, co kryje się pod lodem i skąd bierze się ta woda, bo samo dotarcie w to miejsce było ogromnym wyzwaniem.
Dopiero rozwój śmigłowców, sprzętu geofizycznego i nowoczesnych metod datowania pozwolił zrozumieć, że Blood Falls nie jest ani powierzchniowym strumykiem, ani sezonowym topnieniem lodu. To wylot skomplikowanego systemu wód podlodowcowych, który działa jak zawór bezpieczeństwa dla lodowca Taylor i ujawnia istnienie ukrytego, słonego zbiornika głęboko pod jego powierzchnią.
Nie krew i nie glony. Skąd ten kolor?
Widząc czerwony wodospad, łatwo uwierzyć w proste wyjaśnienia. W pierwszych dekadach po odkryciu Blood Falls popularna była hipoteza, że za barwę odpowiadają czerwone glony, podobne do tych, które powodują zakwity w niektórych jeziorach albo zjawisko tzw. “krwawego śniegu”. Dopiero badania chemiczne ujawniły, że woda wypływająca spod lodowca jest skrajnie bogata w żelazo, a intensywna czerwień to efekt jego utleniania na powietrzu, trochę jak w przypadku rdzy.
Najprościej mówiąc, do jeziora Bonney spływa bardzo słona woda, w której znajduje się mnóstwo jonów żelaza w formie dwuwartościowej. Gdy taki roztwór ma kontakt z tlenem, część żelaza przechodzi w formę trójwartościową i wytrąca się w postaci tlenków i wodorotlenków o intensywnie czerwonej barwie. Najnowsze analizy mineralogiczne wskazują, że powstają tu drobne nanocząstki złożone z żelaza, krzemu i innych pierwiastków, a nie tylko zwykły, jednorodny “osad żelazowy”. To właśnie struktura i rozmiar tych cząstek, a nie sama obecność żelaza, odpowiada za charakterystyczny, rdzawoczerwony odcień wodospadu.
Ta chemia ma jeszcze jedno interesujące konsekwencje. Żelazo w roztworze jest świetnym wskaźnikiem tego, co dzieje się w głębi systemu. Jego forma, stosunek stężeń i obecność innych pierwiastków zdradzają, jakie reakcje zachodzą w podlodowej “instalacji chemicznej” i w jakim środowisku żyją tamtejsze mikroorganizmy.
Ukryte jezioro i słona rzeka, która nie zamarza
Najpierw trzeba odpowiedzieć na proste pytanie: skąd w ogóle bierze się płynna woda w miejscu, gdzie temperatury przez większość roku są znacznie poniżej zera? Odpowiedź przyszła z połączenia badań geofizycznych i geochemii. Zespół kierowany przez Jill Mikucki i Robina Bell za pomocą badań sejsmicznych i radarowych wykazał, że pod lodowcem Taylor znajduje się rozległy zbiornik bardzo słonej wody, połączony siecią kanałów z dolną częścią lodowca.
Ta “ukryta rzeka” działa w uproszczeniu tak, że pod lodowcem znajduje się stara, zasolona woda, której słoność jest nawet trzy razy większa niż w oceanie. Dzięki temu mieszanina zamarza dopiero w temperaturach rzędu -7°C albo jeszcze niższych, więc w warunkach panujących w dolinie może pozostać płynna. Dodatkowo proces zamarzania na granicy z lodem uwalnia ciepło utajone, które jeszcze bardziej pomaga utrzymać w środku strefę w stanie ciekłym.
Analizy chemiczne sugerują, że ta woda ma bardzo długą historię. Według szacunków części badaczy pierwotny zbiornik może być pozostałością po dawnym morzu lub jeziorze, które zostało uwięzione i stopniowo odizolowane przez narastający lodowiec nawet ponad milion lat temu. W miarę jak lód gęstniał, woda pod spodem stawała się coraz bardziej słona i beztlenowa, a minerały ze skał i osadów rozpuszczały się, tworząc dzisiejszą “pradawną solankę”.
Dopiero tam, gdzie system kanałów dociera do czoła lodowca, solanka ma szansę wydostać się na powierzchnię. Otwór nie jest stały jak rura w ścianie. Jest to raczej tymczasowe pęknięcie albo strefa słabości, która aktywuje się, gdy ciśnienie wody pod lodem przekroczy pewien próg. Dlatego wodospad nie zawsze wygląda tak samo i bywa, że w jednych sezonach jest bardziej aktywny, a w innych ledwie sączy się ze ściany lodu.
Ekosystem jak z innej planety
Największe zaskoczenie przyszło, gdy naukowcy zaczęli badać nie tylko chemię, ale też biologię krwawego wodospadu. W liczącej setki tysięcy lat, całkowicie odizolowanej, beztlenowej i ekstremalnie słonej wodzie znaleziono aktywne mikroorganizmy. Zamiast korzystać ze światła słonecznego, jak klasyczne glony czy bakterie fotosyntetyzujące, te drobnoustroje napędzają swój metabolizm reakcjami utleniania i redukcji żelaza oraz związków siarki.
To tzw. chemoautotrofy, które “jedzą” minerały, a nie energię słoneczną. Część z nich wykorzystuje siarczany jako akceptor elektronów, inne redukują żelazo z formy trójwartościowej do dwuwartościowej, wpuszczając je z powrotem do obiegu. W ten sposób mikroorganizmy tworzą zamknięty cykl chemiczny, który pozwala całemu ekosystemowi trwać bez dostępu do tlenu i światła. Dla astrobiologów to wymarzone środowisko, bo bardzo przypomina hipotetyczne warunki panujące na Marsie czy na lodowych księżycach Jowisza i Saturna, gdzie energia dla życia musiałaby pochodzić właśnie z chemii skał i lodu, a nie z promieniowania słonecznego.
Nieprzypadkowo więc Blood Falls jest wymieniane w dokumentach o tzw. szczególnie chronionych obszarach Antarktyki jako miejsce o wyjątkowym znaczeniu dla badań nad potencjalnym życiem pozaziemskim. Badania podkreślają, że pozwala ono pobierać próbki subglacjalnego środowiska bez wiercenia się bezpośrednio przez lód do jeziora, co minimalizuje ryzyko zanieczyszczenia tego wrażliwego ekosystemu.
Rezerwat, poligon testowy i miejsce, gdzie uczymy się pokory wobec lodu
Tak nietypowe połączenie geologii, lodu i życia sprawiło, że Blood Falls otrzymało w 2012 roku status Antarctic Specially Protected Area nr 172. Oznacza to, że wstęp w okolice wodospadu wymaga specjalnych zezwoleń, ścisłych procedur czyszczenia sprzętu i ograniczenia wszelkiej ingerencji do absolutnego minimum.
Czytaj też: Top 5 militarnych mistyfikacji, które przeciwnik odkrył za późno
Mimo tego restrykcyjnego reżimu w ostatnich latach Krwawe Wodospady stały się również celem kilku bardzo specjalistycznych wypraw, podczas których testowano chociażby prototypy sond do wiercenia w lodzie i sterylnych narzędzi pobierających próbki. Chodzi o przygotowania do przyszłych misji na lodowe księżyce, gdzie urządzenia badawcze będą musiały przebić się przez skorupę lodową, a jednocześnie nie zanieczyścić ewentualnych podpowierzchniowych oceanów.
Ten obszar na naszej planecie to dziś przede wszystkim świetne okno w głąb procesów, które decydują o tym, jak zachowują się lodowce i jakie “ukryte” zasoby wody oraz soli mogą kryć się pod ich spodem. Wyniki badań z suchych dolin McMurdo trafiają później do modeli opisujących przeobrażenia całej Antarktydy, bo pokazują, jak nawet niewielkie zmiany temperatury i topnienia powierzchni mogą uruchomić wcześniej uśpione systemy podlodowe.
Źródła: JPost, SCAR, Science Daily
