Антарктиданың тереңдігі туралы не білеміз?

Жер планетасы көптеген сырларды жасырады, алайда олардың шоғырлануы Антарктиданың мұзды қабығының астындағыдай жоғары болатын жер аз. Қалыңдығы 4,5 шақырымға дейін жететін мұзбен жабылған бұл материк ұзақ уақыт бойы тек географияның ғана емес, геологияның, биологияның және климатологияның да ақ дағы болып қала берді. Соңғы онжылдықтардың технологиялары ғалымдарға осы мұздың астына үңілуге және тіпті ең дайын зерттеушілерді де таң қалдырған суретті ашуға мүмкіндік берді. Мұздаған беттің астында тұтас бір дүние жасырынған — таулар, каньондар, өзендер, сұйық сулы көлдер және мүмкін толық оқшаулауда миллиондаған жыл дамыған тіршілік нысандары. Антарктидалық тереңдіктер туралы білімімізді жылдам кеңейіп жатыр, алайда әрбір жаңа ашылу тек білмейтініміздің ауқымын айқындай түседі.

Мұзды қабық — бұл не және ол қаншалықты үлкен

Антарктидалық мұзды қалқан планетамыздағы ең ірі біртұтас мұз массиві болып табылады. Оның көлемі шамамен 26,5 миллион текше шақырымды құрайды — бұл бір жерде шоғырланған Жердің барлық тұщы суының шамамен 70 пайызы.

Бұл орасан зор түзілімнің ауқымын түсінуге оның бірнеше негізгі сипаттамасы көмектеседі:

• мұздың орташа қалыңдығы шамамен 2,16 шақырымды құрайды, ал ең терең нүктелерде 4,7 шақырымға жетеді — Монблан биіктігінен іс жүзінде екі есе биік;
• мұз массасының ауырлығынан материктің өзінің жартасты тау жынысы орта есеппен теңіз деңгейінен 900 метр төмен еңкейіп, өзіндік тостаған жасаған;
• егер барлық антарктидалық мұз ерісе, Дүниежүзілік мұхит деңгейі шамамен 58 метрге көтеріліп, планетаның жағалаулық қалаларының басым бөлігін жояды;
• төменгі қабаттардағы мұздың жасы 1,5 миллион жылдан асады — бұл өткен шақтағы атмосфера құрамы туралы ақпаратты сақтайтын нағыз климат мұрағаты.

Антарктиданың мұзды қалқаны жай ғана мұздаған су емес. Бұл жағалауларға қарай баяу қозғалатын, өз салмағынан деформацияланатын және астындағы тау жыныстарымен ең күтпеген жолмен өзара іс-қимыл жасайтын серпінді жүйе.

Мұздың астындағы жартасты тау жынысы — таулар, каньондар және жазықтар

Мұздың астындағы Антарктида рельефі жарты ғасыр бұрын ғалымдар болжағаннан айтарлықтай алуан болып шықты. Заманауи әдістер — ең алдымен ұшақтар мен жерсеріктерден радиолокациялық зондылау — мұздың астындағы рельефтің егжей-тегжейлі карталарын жасауға мүмкіндік берді.

Материктің жартасты тау жынысы бірнеше принципті ерекше ландшафт аймақтарын қамтиды:

• Трансантарктидалық таулар — материкті кесіп өтетін және бірнеше жерде мұз деңгейінен жоғары көтерілетін шамамен 3 500 шақырым ұзындықтағы тау жотасы; ол Жердегі ең ұзақ тау жүйелерінің бірі болып табылады;
• Аврора бассейні — теңіз деңгейінен жерде 3,5 шақырымға дейін терең орналасқан Шығыс Антарктидадағы алып ойпат; дәл осы жерде бүкіл материктің мұздың астындағы рельефінің ең терең нүктелері шоғырланған;
• Денман каньоны — теңіз деңгейінен шамамен 3,5 шақырым төмен кететін планетадағы ең терең каньондардың бірі; оны салыстырмалы жақында ашты және оның дәл геологиялық табиғатын әлі зерттеуде;
• Батыс Антарктидалық рифтік белдеу — материктің батыс бөлігінің астындағы жарылым жүйесі, Антарктиданың бұрын ойлағаннан айтарлықтай белсендірек геологиялық жағынан белсенді екенін куәландырады.

Мұздың астындағы рельефті түсіну мұздардың еруін болжау үшін принципті маңызға ие — дәл тау жыныстарының пішіні климат жылынғанда мұздықтардың мұхитқа қаншалықты жылдам сырғитынын анықтайды.

Мұздың астындағы көлдер — мұздың астындағы сұйық су

Антарктиданы зерттеудегі ең таңғалдырарлық ашылулардың бірі мұздың бірнеше шақырым тереңдігінде өмір сүретін сұйық сулы жүздеген көлдердің ашылуы болды. Олардағы су Жер қойнауынан геотермиялық жылу мен жоғарыдан мұзды қалыңдықтың орасан зор қысымының арқасында қатпайды.

Бүгінгі күні антарктидалық мұздың астында 400-ден астам мұзасты көл анықталды. Олардың арасында бірнеше нысан ерекше бөлінеді:

1. Восток көлі. Бұл Жердегі ең ірі мұзасты көл, ресейлік «Восток» станциясының астында шамамен 3,7 шақырым мұздың тереңдігінде орналасқан. Оның ауданы Онтарио көліне сопоставим — шамамен 15 000 шаршы шақырым — ал жекелеген нүктелердегі тереңдігі 1 000 метрден асады. Көлдегі су сыртқы дүниеден, әртүрлі бағалаулар бойынша, 15-тен 25 миллион жылға дейін оқшауланған.
2. Уилланс көлі. Батыс Антарктидадағы шағын мұзасты көл 2013 жылы американдық ғалымдар тарихта алғаш рет оның бетіне дейін ұңғыма бұрғылап, су үлгілерін алғанымен атақты болды. Онда тірі микроорганизмдер табылды — бұл антарктидалық мұзасты су қоймаларында тіршіліктің болуының алғашқы тікелей дәлелі болды.
3. Мерсер мен Уитлэнс көлдері. 2018 жылы «САЛСА» жобасы аясында зерттелген байланысқан екі көл. Ғалымдар су мен түп шөгінділерінің үлгілерін алып, күн сәулесіне қол жетімсіз өмір сүретін бактериялардың мыңдаған түрін қамтитын бай микробтық экожүйені тапты.

Мұзасты көлдер оқшауланып өмір сүрмейді — олардың арасында мұздың астындағы өзендер мен арналар жүйесі арқылы су алмасу жүреді, мұзды қабық астында тармақталған гидрологиялық тор түзеді.

Мұзасты өзендер және гидрологиялық жүйе

Мұзасты су қоймаларының ашылуы Антарктидалық мұздың астында күрделі де серпінді су ағындары жүйесі болатынын түсінуге алып келді. Су үнемі көлдер арасында орын ауыстырып, мұздықтың негізіне сіңіп, ақыры мұхитқа жетеді.

Бұл гидрологиялық тор бірқатар себептерге байланысты маңызды практикалық маңызға ие:

• мұз бен тау жынысының шекарасындағы су майлаушы ретінде әрекет етіп, мұздықтың теңізге қарай қозғалысын жеделдетеді және осылайша антарктидалық мұздың еру қарқынына ықпал етеді;
• мұзасты өзендер материктің тереңдігінен жағалау мұхит суларына қоректік заттар мен минералдарды тасиды, бұл теңіз экожүйелеріне ықпал етеді;
• мұзасты гидрологиядағы күрт өзгерістер мұздықтардың қозғалысының кенеттен жеделдеуіне алып келуі мүмкін — Батыс Антарктиданың бірнеше ауданында байқалған құбылыс;
• осы су ағындарын зерттеу ғалымдарға жаһандық жылынуда мұздық қалқанының мінез-құлқының неғұрлым дәл үлгілерін жасауға көмектеседі.

2023 жылы ғалымдар Антарктида мұзының астында алғаш рет ұзындығы шамамен 460 шақырым толыққанды өзен ашты. Бұл су ағыны беттен көрінбейді, алайда оның мұздың динамикасына ықпалы өлшенетін болып табылады.

Мұздың астындағы геотермиялық белсенділік және жанартаулар

Антарктида ұзақ уақыт бойы геологиялық жағынан тыныш материк болып есептелді, алайда соңғы жылдардың деректері бұл суретті түбегейлі өзгертті. Мұздың астында ондаған жанартаулық құрылым жасырынған, олардың бір бөлігі белсенді болып табылады.

Мұзасты жанартаулық түзілімдердің арасында ерекше қызығушылықты келесі нысандар тудырады:

1. Хадсон жанартауы. Батыс Антарктидадағы мұзасты жанартау, салыстырмалы жақында ашылды. Оның геотермиялық жылуы осы ауданда мұздың төменгі қабаттарының еруіне және мұзасты су қоймаларының қалыптасуына ықпал етеді — бұл оны батысантарктидалық мұздық қалқанның тұрақтылығын бағалаудағы маңызды фактор етеді.
2. Эребус жанартауы. Мұз бетінен жоғары көрінетін жалғыз белсенді жанартау — оның биіктігі 3 794 метрді құрайды. Ол мыңдаған жыл бойы үздіксіз атқылап, кратерде лава көлін бақылауға болатын Жердегі сирек орындардың бірі болып табылады. Эребусты зерттеу бүкіл материктің қойнауында жүріп жатқан геологиялық үдерістерді түсінуге көмектеседі.
3. Мари Бёрд рифтік белдеуі. Батыс Антарктиданың астындағы геотермиялық белсенділіктің кең аймағы, онда Жер қойнауынан жылу мұздықтың негізіне ерекше жоғары қарқындылықпен түседі. Бұл жылу аймақтағы мұздың қозғалысын айтарлықтай жеделдетеді және батысантарктидалық мұзды қалқанды тұрақсыздандыруға ықтимал қабілетті факторлардың бірі ретінде қаралады.

Геотермиялық белсенділік тау жыныстары, мұз және су арасында күрделі өзара іс-қимыл жасайды — мұздық жамылғының жекелеген учаскелерінің тұрақтылығын немесе тұрақсыздығын анықтайтын өзара іс-қимыл.

Мұзасты тереңдіктердегі тіршілік

Антарктиданың мұзасты экожүйелерінде жасалған биологиялық ашылулар тірі организмдер үшін мүмкіннің шектері туралы ғалымдардың түсінігін өзгертті. Ұзақ уақыт бойы мұздың астындағы қараңғы, суық, оттексіз тереңдіктер қандай да болмасын айтарлықтай тіршілікті қолдай алмайды деп есептелді.

Шындық принципті өзгеше болып шықты. Ең маңызды биологиялық ашылулардың арасында келесілер ерекше бөлінеді:

• Восток көлінен бұрғылау арқылы жанама жолмен алынған су үлгілерінде ғалымдар бактериялардан бастап көпжасушалы тіршілік иелеріне дейінгі мыңдаған организмнің ДНК-сын анықтады, дегенмен бұл деректердің бір бөлігі әлі де даулы болып қала береді;
• Уилланс көлінде белсенді хемолитотрофты бактериялар қауымдастықтары тіркелді — күн сәулесінен емес, минералдармен химиялық реакциялардан энергия алатын микроорганизмдер;
• 2021 жылы сөрелік мұздың астында австралиялық ғалымдар ашық судан жүздеген шақырым жерде тасқа бекіп тұрған қозғалмайтын көпжасушалы жануарларды — губкалар мен оларға ұқсас организмдерді — күтпеген жерден тапты;
• мұзасты көлдердің түп шөгінділерін талдау микробтық қауымдастықтардың мұнда миллиондаған жыл бойы үздіксіз өмір сүріп, бірегей эволюциялық желілер қалыптастырғанын көрсетті.

Бұл ашылулар Антарктиданың өзінің шегінен алдарқата алыс маңызға ие — олар тіршіліктің Юпитер мен Сатурн серіктерінің, ең алдымен Европа мен Энцеладтың, мұзасты мұхиттарында өмір сүре алатынын меңзейді.

Антарктидалық тау жыныстары не жасырады

Антарктиданың геологиялық өткені бүкіл планета тарихын түсінудің кілттерін сақтайды. Мұздың астына жасырылған тау жыныстары бұл материктің Гондвана суперконтинентінің бір бөлігі болып, алдарқата жылырақ ендіктерде орналасқан кездері туралы ақпарат береді.

Антарктидалық тереңдіктердің тау жыныстары мен шөгінділері Жердің өткені туралы бірнеше жолмен айтады:

• Трансантарктидалық тауларда табылған көмір қабаттары шамамен 300 миллион жыл бұрын мұнда тығыз тропикалық ормандар өскенін куәландырады — бұл Гондвананың болғанының тікелей дәлелі;
• материктің жағалаулық аудандарында табылған динозавр қазбалары тіпті 70-80 миллион жыл бұрын мұндағы климат қоңыржай болып, бай жер фаунасын қолдағанын көрсетеді;
• терең ұңғымалардан алынған мұз үлгілері 1,5 миллион жыл бұрынғы климат тарихын қалпына келтіруге мүмкіндік береді — ғалымдар мұздық дәуірлердің кезектесу себептері туралы айтатын 2,7 миллион жас мұзға жетуді жоспарлауда;
• материктің әртүрлі бөліктеріндегі тау жыныстарының изотоптық құрамы тектоникалық тақталардың қозғалысын қалпына келтіруге және Антарктиданың қазіргі орнына қалай тапқанын түсінуге көмектеседі.

Әрбір жаңа ұңғыма мен тау жынысының әрбір жаңа үлгісі Жердің алыс өткені суретіне бөлшектер қосады — болашақ туралы сенімді болжамдар жасау мүмкін емес болатын сурет.

Антарктидалық тереңдіктерді зерттеу технологиялары

Шақырымдаған мұздың астына жасырылғанды зерттеу осы міндет үшін арнайы жасалған құралдарды талап етеді. Соңғы жарты ғасырда қолжетімді әдістер жиынтығы айтарлықтай кеңейді.

Антарктиданың мұзасты тереңдіктерін зерттеу үшін қолданылатын негізгі технологиялар келесілерді қамтиды:

1. Ауадан радиолокациялық зондылау. Арнайы радарлармен жабдықталған ұшақтар мұздан радиотолқындар жіберіп, жартасты тау жынысынан шағылысуды тіркейді. Дәл осы әдіс мұздың астындағы рельефтің егжей-тегжейлі карталарын жасауға және мұзасты көлдердің басым бөлігін бірде-бір бұрғылаусыз ашуға мүмкіндік берді.
2. Сейсмикалық зондылау. Жасанды жолмен жасалған сейсмикалық толқындар мұз бен тау жынысы арқылы таралып, әртүрлі қабаттардың шекараларынан шағылысады. Осы шағылысуларды талдау бұрғылауға қолжетімсіз тереңдіктердегі тау жыныстарының құрылысын анықтауға мүмкіндік береді.
3. Терең бұрғылау. Бірнеше шақырым тереңдіктегі ұңғымалар ежелгі мұзға және мұзасты су қоймаларына тікелей қол жеткізуді қамтамасыз етеді. «Восток» станциясындағы ресейлік жоба 3,7 шақырым тереңдіктегі аттас көлдің бетіне жету үшін 20 жылдан астам жұмысты талап етті.
4. Мұзасты автономды аппараттар. Тар ұңғымалар арқылы түсірілетін роботтандырылған су асты зондтары мұзасты көлдерді тікелей зерттей алады. Антарктида үшін арнайы жасалған «Ицель» аппараты су астында автономды маневр жасап, айтарлықтай тереңдіктерде үлгілер ала алады.
5. Жерсеріктерден гравиметрия. Ғарыштан Жердің гравитациялық өрісінің ең ұсақ өзгерістерін өлшеу мұздың астындағы су массаларының қайта бөлінуін бақылауға және жер бетіндегі әдістер үшін қол жетімсіз дәлдікпен мұздықтың көлемінің өзгерістерін тіркеуге мүмкіндік береді.

Осы әдістердің жиынтығы антарктидалық тереңдіктердің көлемді суретін жасайды — дегенмен материктің айтарлықтай бөлігі бүгінгі күні дистанциялық тұрғыдан да зерттелмеген күйінде қала береді.

Антарктидалық тереңдіктер планетамыздың соңғы шынайы игерілмеген кеңістіктерінің бірі болып қала береді — ондағы әрбір жаңа ашылу мүмкіннің болу туралы түсінікті қайта жазатын кеңістік. Мұзасты көлдерді, өзендерді және жанартауларды зерттеу тек өзі үшін маңызды емес — дәл осы жерде дүниежүзілік мұхит деңгейі мен бүкіл Жердің климатын басқаратын механизмдер қалыптасады. Осы тереңдіктердегі биологиялық ашылулар тіршіліктің қайда болуы мүмкін екені туралы түсінікті өзгертеді — және осылайша оны планетамыздан тыс жерде іздеуге ықпал етеді. Антарктида ұзақ уақыт бойы сұрақтар аумағы болып қала береді, оларға жауаптар тек ғылымды ғана емес, бүкіл адамзаттың болашағын да анықтайды.