Великий грааль Антарктиды: как российские ученые пытаются проникнуть в тайны подледного озера Восток

Озеро Восток в недрах самого южного и холодного континента Земли обнаружили в 1990-х годах. С тех пор водную чашу, погребенную под километрами льда, российские ученые вскрывали в 2012-м и 2015 годах, но полноценное исследование озера Восток до сих пор не ведется. «Вокруг света» попытался разобраться, каких результатов удалось достичь ученым, почему столь важный для фундаментальной науки проект оказался фактически заморожен и кто должен его финансировать.

О том, что прямо под советской антарктической станцией «Восток» покоится гигантское озеро, исследователи начали подозревать еще в 1960-х. Спустя три десятка лет догадки подтвердились. Обнаружение озера Восток, немного уступающего по площади крупнейшему в Европе Ладожскому озеру и почти в семь раз превосходящего его же по объему, стало крупнейшим географическим открытием современности и, к тому же, весьма многообещающим.

В течение миллионов лет озеро было изолировано от земной поверхности — если под ледяной корой толщиной почти 4 километра существовала жизнь, то она развивалась в условиях уникальных для Земли, но не столь уникальных для Солнечной системы. Озеро Восток напоминает океаны, предположительно скрытые под ледяной поверхностью спутников Юпитера и Сатурна — где, как не в Антарктиде, опробовать методы бурения льда и поиска неизвестных организмов, которые когда-нибудь смогут применить межпланетные зонды? Кое-что в этом направлении сделать уже удалось, но окончательного ответа на вопрос, существует ли жизнь в озере Восток, пока нет.

Капля керосина убивает чистоту эксперимента

Долгое время озеро Восток изучали с помощью авиационной и наземной радиолокации, сейсмического зондирования и геофизического моделирования, по спутниковым данным, а также исследуя керн озерного льда, извлеченный из скважины, разработка которой началась еще в конце 1980-х.

Бурение на глубину 3769 метров, где пролегает граница между льдом и водой озера Восток, было невозможно без применения специальной незамерзающей жидкости — скважина заполнялась смесью из фреона и керосина, чтобы гарантировать сохранение отверстия и возможность продолжать бурение и проводить исследования. Эта заливочная жидкость стала настоящей головной болью для ученых. В феврале 2012 года, когда озеро было вскрыто в первый раз, вода резко поднялась в скважину за счет перепада давления в несколько атмосфер. Заливочная жидкость хлынула на поверхность из устья скважины, а на дне керосин смешался с озерной водой, сильно загрязнив ее. По-другому быть и не могло, но такого напора воды исследователи не ожидали.

К тому же вода смешалась с фреоном, в результате скважина была закупорена пробкой из гидрата фреона.

— Мы полагали, что озерная вода, попав в скважину, не вступит с заливочной жидкостью ни в какие реакции, — рассказывает участник экспедиции, ведущий научный сотрудник Арктического и антарктического НИИ (ААНИИ), гляциолог Алексей Екайкин. — Думали, что смесь керосина и фреона окажется сверху, и нам для исследования достанется вода в замороженном виде. Собственно, так и вышло: сверху был керосин, ниже — гидратная пробка, а под ней — почти чистая замерзшая вода. Керосина в ней было совсем немного, буквально доли процента. Но для микробиологических исследований и такая проба считается грязной.

В течение трех следующих сезонов скважину пришлось разбуривать заново с отклонением от первоначального ствола. Во время вскрытия в 2015 году вода хлынула в скважину с меньшей силой и слабо смешалась с керосином, так что пробы получились хотя и не идеальные, но пригодные для анализов.

Две бактерии-«инопланетянки»

Несмотря на высокую степень загрязнения, пробы 2012 года были исследованы на наличие микробов, но ничего интересного в них не нашлось. С пробами, полученными после второго вскрытия озера, ученым повезло больше.

— В пробах 2015 года были обнаружены неизвестные виды бактерий, —  рассказывает Сергей Булат,  сотрудник Петербургского института ядерной физики. — Их нет ни в одной в базе данных геномов бактерий.

Первый же найденный организм оказался незнакомцем —  генетическая последовательность не совпадала ни с одной известной на планете ДНК. Ученые назвали бактерию потенциальной «инопланетянкой». Второй микроб относился к виду ультрамикробактерий Herminiimonas glaciei, обнаруженному в 2009 году в леднике Гренландии. В 2018 году была найдена третья бактерия — Marini Lactobacillus. Ранее такую разыскали в Японии во впадине на глубине 4 километра. Четвертый организм, который обозначили номером 3721v34-24, группа Сергея Булата нашла в мае 2020 года. Он, как и первый, был абсолютно незнакомым.

— Бактерия ни на что не похожа, — отмечает Булат. —  Если бы такая сейчас была найдена, к примеру, на Энцеладе, спутнике Сатурна, где мы ожидаем встретить жизнь, то мы признали бы ее жительницей Энцелада.

Ученые продолжают изучение генетической структуры найденных бактерий, это поможет им понять, как жизнь может существовать в подобных условиях в течение миллионов лет. Но для дальнейшей работы нужны пробы без примесей.

Потребность в новых технологиях…

Работы в озере еще непочатый край. В том числе — работы над ошибками. Казалось бы, скважина есть, осталось спустить автоматический зонд и исследовать толщу и дно озера. Но всё не так просто — нужно бурить новую скважину с использованием другого оборудования и заливочной жидкости, не содержащей керосин.

— Приступать к работе нужно фактически с нуля, — говорит Алексей Екайкин. — Необходим новый буровой снаряд, изготовленный уже не из советского железа: контакт с такой агрессивной окисляющей водой ему противопоказан, заржавеет. И технологий автоматического зонда, который нам нужен для полноценного погружения в озеро, пока просто не существует.

Для проникновения в озера полярникам потребуется зонд длиной несколько метров из стойких современных материалов. Он должен быть оснащен датчиками, пробоотборником и камерами, способными работать при низких температурах и колоссальном давлении. И все это нужно вместить в снаряд диаметром 10 сантиметров. Технологий, позволяющих удовлетворить эти требования, более жесткие, чем в космической отрасли, в России нет. Так, с экспериментальным пробоотборником на станцию «Восток» приезжали сотрудники Петербургского института ядерной физики им. Б.П. Константинова, однако ни с одним испытанием он не справился. В Горном университете ведутся разработки экологически безопасных методов бурения скважины доступа, но они находятся на ранней стадии.

Для дальнейшего изучения озера нужны не только квалифицированные специалисты, готовые заняться разработкой требуемых технологий, но и миллиарды рублей. Космические решения и стоят космически: недаром по масштабу проект проникновения в озеро Восток часто сравнивают с полетом на Марс.

…и долгосрочном финансировании

Финансирование исследования озера Восток с 1998-го по 2013 год поступало из госбюджета по антарктической подпрограмме федеральной целевой программы (ФЦП) «Мировой океан». Затем действие ФЦП закончилось, а исследования приостановились. Правительством был подготовлен проект новой федеральной программы с тем же названием на 2016–2031 гг. В нем на реализацию шестилетнего первого этапа подпрограммы «Комплексные исследования Антарктики», включая инвестиционные проекты и научные исследования, было заложено свыше 8 млрд рублей. Концепцию ФЦП утвердили в июне 2015 года, но затем что-то пошло не так.

— У Министерства финансов сперва не нашлось средств, затем, в конце 2016 года, была утверждена Стратегия научно-технологического развития Российской Федерации, в которой вообще отсутствует такой механизм поддержки научных проектов, как федеральная целевая программа. Так что до сих пор непонятно, как будут выполняться крупные проекты в Антарктике, в том числе исследования озера Восток, — рассказывает начальник Российской антарктической экспедиции (РАЭ) Александр Клепиков.

Средства на исследования ранее можно было попробовать получить по гранту от Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) и Российского научного фонда (РНФ), но теперь и эти пути недоступны. К тому же, по словам Клепикова, масштаб задач по изучению озера Восток с этими «короткими» деньгами просто не соотносим. Для такого проекта нужно долгосрочное государственное финансирование. Без него планировать масштабные исследования озера Восток невозможно.

Это не значит, что работу полностью остановили: для текущих работ на действующей скважине ученые получают поддержку Российской антарктической экспедиции. Кроме того, грант от РНФ получила программа исследования древнейшего льда в Антарктиде. Ученые ААНИИ начали бурить еще один ствол скважины, чтобы получить новый керн древнего льда. В январе 2023 года они остановились на отметке 3535 метров, добравшись до льда возрастом 1,2 млн лет. В следующем сезоне планируется пробурить еще 75 метров, чтобы добраться до озерного льда.

Эти исследования тоже важны. Как объясняет кандидат географических наук, заведующий лабораторией изменений климата и окружающей среды ААНИИ Владимир Липенков, благодаря керну уже удалось реконструировать климат Земли за последние 440 тысяч лет и подтвердить связь между динамикой объема парниковых газов в атмосфере и изменениями климата.

Но глобально проект по изучению озера Восток сейчас заморожен. Несколько лет назад выход можно было попробовать найти в международном сотрудничестве (американские ученые в 2001 году уже проводили дистанционные исследования на озере, данные которых позднее были объединены с материалами российских коллег), но теперь такой вариант развития событий кажется фантастическим.

Альтернативным государственному источником финансирования программы по изучению озера могли бы стать частные научные фонды, однако в России они в основном поддерживают гуманитарную науку и не располагают средствами на такие крупные исследования в интересах фундаментальной науки. Наконец, можно помечтать о пожертвованиях частного бизнеса, но миллиардеров обычно интересуют инвестиции в прикладные научные проекты с планируемой коммерческой отдачей. Хотя бывают и исключения — российский миллиардер Юрий Мильнер, например, вложил сотни миллионов долларов в поиск внеземной жизни. А ведь изучение озера Восток — это, по сути, то же самое.