\"Porból lettünk, porrá leszünk\"
  • Landren
    #1996
    Ez a cikk nem annyira KOZMOSZ, de van benne némi űrkutatás ezért beteszem. Akit nem érdekel ne olvassa el!

    A Földön kívüli élet nyomában az Antarktiszon
    2007. március 21., szerda, 9:21


    A Földön kívüli élet lehetőségének vizsgálatában fontos támpontot nyújtanak az Antarktisz "eltemetett" tavai. Jelenleg 145 kisebb-nagyobb jég alatti tavat ismerünk a kontinensen, és némelyikük már több millió éve létezhet elszigetelten. Részletes képes összefoglalónk a tavakról, sajátos élővilágukról és asztrobiológiai vonatkozásukról.

    Az Antarktiszon sajátos tavak találhatók, melyeket állandó jégtakaró borít. Két nagy csoportra oszthatjuk őket: egyiket a felszínhez közeli tavak alkotják, melyeket vékonyabb, de így is több méter vastag jég szigetel. Ezek viszonylag fiatal, néhány száz vagy ezer éves képződmények. Többségük feltehetőleg a területet korábban borító gleccserek visszahúzódása nyomán maradt fenn, az egykori jégárak vájta medencékben.

    A másik csoportba az alkalmanként kilométernél is vastagabb jégpáncél alatti, a jég és a mély kőzetfelszín között elhelyezkedő tavak tartoznak. Ezek a fentieknél sokkal idősebbek, koruk millió években mérhető, és jobban el vannak szigetelve a felszíntől, napfény például egyáltalán nem jut le beléjük.

    Az ilyen egzotikus tavak a Földön kívüli élet keresése szempontjából is nyújthatnak új ismereteket. Részben a Marson korábban létezett, majd befagyott krátertavak tanulmányozásához szolgálnak támpontként, de a Jupiter Europa nevű holdjának vizsgálatában is részleges analógiákként használhatók. Utóbbi égitesten a 10-20 km vastag jégpáncél alatt kiterjedt, nagyságrendileg 100 km mély folyékony vízóceán húzódik.

    E sorok írásakor 145 jég alatti tavat ismerünk az Antarktiszon, de teljes számuk ennek többszöröse lehet. Vizük hőmérséklete fagypont körüli, és ennek megfelelően lényegesen melegebb, mint a jégtakaró tetejének átlaghőmérséklete. Mindkét csoport fontos jellemzője, hogy vizükben gyenge a függőleges átkeveredés, erős a hőmérsékleti és összetételbeli rétegződés. Emellett egzotikus élőviláguk van, és a gyenge áramlások miatt a tápanyagok lassan, diffúzióval mozognak bennük. A tavakban zajló folyamatok általában véve is rendkívül lassúak, és ez az élőlények élettevékenységére is igaz.


    A nagyobb jég alatti tavak helyzete (NASA)

    A tavak pontos keletkezése nem ismert, a jelenlegi feltételezések alapján már a jégtakaró képződése előtt léteztek. Ma még az sem teljesen világos, hogy mitől marad a vizük folyékony állapotban. A víz megfagyásának meggátlásában egyrészt a jégtakaró nyomása segít, amitől a víz fagyáspontja a kilométeres vastagságú jégpáncél alján -2 - -4 °C-ra süllyed. A Föld belső geotermikus hője alulról melegíti őket, míg a felettük lévő vastag jégtakaró lassítja a lehűlésüket. Az esetleg bennük lévő olvadáspont-csökkentő sók is elősegíthetik a folyékony állapot fennmaradását - emellett az sem kizárt, hogy keletkezésük óta egyszerűen nem volt idejük befagyni. Az eddig vizsgált helyszíneken a jégben nem azonosítottak számottevő héliumot, amely vulkanikus területeken gyakran előfordul - eszerint feltehetőleg nem zajlik alattuk jelentős vulkáni tevékenység, amely fűtené vizüket.

    Vékony jéggel borított tavak

    Az első csoportba tartozó tavak jellegzetes képviselője a Canada-gleccser elvégződésénél található, kb. 4 km hosszú Hoare-tó. Vize átlagosan 18 m mély, felszínét 3-6 méter vastag jég borítja. Ebben és a hozzá hasonló tavakban kezdetekben nem vártak jelentős élővilágot a szakemberek, azonban a közvetlen vizsgálatok ennek ellenkezőjét bizonyították.


    A Canada-gleccser elvégződése: a Hoare-tó eleje, felszínén jégtakaróval (NASA)

    A kis mélység miatt a tavat a szondák mellett búvárokkal is sikerült tanulmányozni. A legfeltűnőbb felfedezés a tó aljzatán lévő, rózsaszínes árnyalatú, főleg cianobaktériumok és algák lakta szerves réteg. Az aljzatra a jégrétegen keresztül a felszíni fénymennyiségnek mindössze 0,5%-a jut le - ennek ellenére a rétegben aktív fotoszintézis zajlik. Az elemzések alapján még az itt tapasztaltnál 10-szer gyengébb fényintenzitás mellett is képesek egyes élőlények fotoszintetizálni. A Hoare-tóban kis diverzitású, azaz fajokban szegény ökoszisztéma jellemző. Ugyanakkor az élőlények (esetünkben főleg baktériumok) térbeli gyakorisága hasonló a melegebb klímán jellemzőre.


    Merüléshez készülődve a Hoare-tónál (balra) és a jég alatti látvány (jobbra) (University of California Observatories, Kay Vopel, NASA)


    Mozgások a jégpáncél alatt


    A Vostok-tó radarfelvétele (NASA)

    A tavak második csoportjának tagjait a felettük lévő, kilométeres vastagságú jégpáncél hatékonyan zárja el a felszíntől. Leghíresebb és egyben legnagyobb képviselőjük a 48 x 224 km méretű, átlagosan 400-500, maximálisan 914 m mély Vostok-tó, közel 1000 km-re a déli sarktól. A jég alatti tó 3710 méter mélyen kezdődik, a felette fekvő jégtakaró kora néhány millió, maximálisan 30 millió év lehet. A Vostok-tavat 1996-ban orosz és brit kutatók fedezték fel szeizmikus vizsgálatokkal. A tó területén, a jégtakaró tetején 1983. július 21-én regisztrálták az eddigi legalacsonyabb hőmérsékletet: -89 °C volt ekkor. A tó vize ennél melegebb, pontosabban kevésbé hideg lehet. A környéken több hasonló tó is előfordul, amelyek azonos elnyúlási iránya arra utal, hogy a kőzetaljzatban lévő tektonikus törések mélyedéseit töltheti ki a víz a jégréteg alatt.

    Az eddigi vizsgálatok során a Vostok-tó feletti jégréteget fúrták meg, a legmélyebb mintát 3610 m mélyről, tehát a tó teje felett 100 m-ről nyerték. A fúrás során sok olyan élőlényt, illetve maradványt találtak, amelyeket nem lehetett besorolni a korábban ismert taxonok közé. Ezek extrém viszonyok között létező, igen idős életformák nyomai lehetnek. A szeizmikus mérések alapján a tó fenekén kb. 50 m vastag üledék halmozódott fel, mely főleg a lassan mozgó jég által termelt törmelékből keletkezett. De elképzelhető, hogy a jég és az aljzatot alkotó kőzet közötti kölcsönhatáskor, valamint talán az élőlények élettevékenységekor létrejött anyagokat is tartalmaz - egyelőre nem tudni, hogy anyaga milyen idős, és hogy napjainkban is képződik-e.


    Korábban ismeretlen élőlények maradványai a Vostok-tó feletti jég fúrásmintájából (NASA)

    Korábban elképzelhetőnek tűnt, hogy a Vostok-tóban néhány millió évvel ezelőtti életformák közel változatlan leszármazottai találhatók. Az új vizsgálatok azonban arra utalnak, hogy az egyes tavak nincsenek teljesen elzárva egymástól. Bár a vastag jégtakarón keresztül nincs kapcsolat a felszín felé, a jég alatt keskeny csatornák köthetik össze az egyes tavakat. Ezek mentén általában elhanyagolható a vízáramlás, tehát az egyes tavak rendkívül gyenge kapcsolatban lehetnek csak egymással - mégsem tekinthetők teljesen izolált környezeteknek.

    Alkalmanként dinamikussá válik a jég alatti tavak világa, és hatalmas vízátáramlások történnek a jégréteg fenekénél. A 2003 januárjában felbocsátott ICES (Ice, Cloud, and land Elevation Satellite) műhold az Antarktisz jégtakarójának kiterjedését vizsgálja, a globális felmelegedés következményeit tanulmányozva. A közel 645 km magasan keringő űreszköz lézeres magasságméréseivel 1,5 cm-es (!) pontossággal térképezi fel a jégtakaró domborzatát.


    Az Engelhardt-tó feletti jépáncél

    A műhold az elmúlt három évben két nagy, szilárd halmazállapotú, gleccserszerűen mozgó jégáramlatot figyelt meg, melyek az óceán fölé nyúló Ross-jégself anyagát pótolják. Régóta ismert, hogy a mozgó jég alatt alkalmanként vékony folyékony vízréteg található. Az új megfigyelések alapján az ilyen jég alatti vizek gyorsabban és nagyobb mennyiségben áramlanak, mint korábban feltételezték. A mellékelt képen az Engelhardt-tó feletti jépáncél domborzata látható, az ICES műhold lézeres magasságmérései alapján (Ted Scambos, NSIDC).

    Az ICES megfigyeléseinek hároméves periódusában a kb. 1 km vastag jégréteg alatt lévő 10 x 30 km átmérőjű Engelhardt-tóból összesen 2 km3 víz áramlott ki a jég alatt a Ross-tengerbe. Ugyanezen időszak során egy másik, szintén erre található jég alatti tóból 1,2 km3 víz jutott az óceánba. Mint arról korábbi cikkünkben beszámoltunk, eddig csak a jég alatti tavak között korábban lezajlott áramlások nyomait sikerült megfigyelni, az őket összekapcsoló hosszanti csatornák mentén. Ez az első közvetlen megfigyelés egy ilyen folyamat lezajlásáról.


    Négy jég alatti tó és a Recovery-gleccser áramlása

    A RADARSAT-műhold mérései szintén szolgáltak új eredményekkel a jégpáncél alatti tavakról. Robin Bell, Michael Studinger (Lamont-Doherty Earth Observatory) és kollégáik nemrég négy új jég alatti tavat azonosítottak. Még fontosabb, hogy sikerült a felszíni jég lassú, gleccserszerű mozgását jég alatti tavakhoz kapcsolni. Eszerint a tavak vize kulcsszerepet játszik az Antarktisz jégpáncéljának mozgatásában: a folyadék "kenőanyagként" szolgál, és felgyorsítja a jég áramlását a lejtős területek, végül az óceán felé. A fenti tavak környezetében lévő jégár a Recovery-gleccser formájában halad az óceán irányába. A domborzatot tekintve a tavak helyzeténél magasabban, ahol a tavak felé kúszik a jégtakaró, a jég mozgási sebessége évente méteres nagyságrendű, míg a tavak után több 100 méter/év értékre ugrik. A mellékelt felvétel a RADARSAT és az ICES műholdak adatainak kombinálásával készült. A négy jég alatti tavat A, B, C, és D betű jelzi, az általuk meggyorsított Recovery-gleccser áramlását pedig sárga nyilak mutatják (NASA, Lamont-Doherty Earth Observatory).

    Úgy is fogalmazhatunk, hogy a Föld belső hőjét a tavak vize nyeli el, ami aztán az alsó folyadékréteg pótlásával a jég mozgását gyorsítja. A felismerés arra is utal, hogy az ilyen jég alatti tavak kulcsszerepet játszanak a globális tengerszint-változásokban. A tavak kiterjedésének, vizük térfogatának növekedése ugrásszerűen meggyorsítja az antarktiszi jégtakaróból a Csendes-óceánba áramló gleccserek sebességét, így a jég mennyiségét. Emellett az is elképzelhető, hogy alkalmanként, rövid idő alatt hatalmas jég alatti áradások érik el az óceánt - igaz ezekről még csak feltételezések vannak.


    Az Antarktiszon át az Europára és a Marsra


    Az elmúlt években tehát sokat megtudtunk ezekről a tavakról, de fő jellemzőiket még ma is kevéssé ismerjük. Ugyanakkor sokkal közelebb vannak, mint például a Mars vagy a Jupiter Europa holdja. Tanulmányozásuk több területen is segíthet a Földön kívüli élet lehetőségének vizsgálatában.

    -A tavakban számos földi élőlény túlélési stratégiáit ismerhetjük meg, melyekkel a hideghez és a gyenge megvilágításhoz alkalmazkodnak, vagy éppen napfény nélkül élnek. A felszínhez közeli tavakban, a jég alatt rendkívül gyenge napfénynél is zajló fotoszintézis tanulmányozása kiemelten fontos. Míg a sekély tavak a marsbéli élet lehetőségeinek vizsgálatához visznek közelebb, a vastag jéggel fedett tólencsék az Europa óceánjának részleges analógiájaként értelmezhetők.

    -Az Antarktiszon kidolgozhatjuk a jég alatti tavak vizsgálatához szükséges technológiát (ami már folyamatban van). Egy hagyományos fúrás során például még akkor is kispriccelhet a tó vize a furat mentén, ha ez ellen máshol már bevált módszerekkel védekeznének.

    -A jég és a víz között hosszú időskálán zajló kölcsönhatások még alig ismertek. Azt például már tudjuk, hogy a kissé porózus jégben kb. -70 °C feletti hőmérsékleten mikroszkopikus vízfilm borítja a szemcséket, melynek mentén különböző molekulák szállítódnak. Emellett a jég/víz határfelületen zajló újrafagyástól folyékony vízzárványok(esetleg betöményedett sóoldatok) maradnak a jégben, amelyek további viselkedése kevéssé sem tisztázott.

    -A jég és a rárakódó, illetve másként belekerülő anyagok közötti kémiai reakciókat a földi laboratóriumokban keveset tanulmányozzák. Pedig ezek megismerése segíthet az Europa felszíni jéganyagában zajló változások megértésében, amelyet az Io vulkánjaiból, és a Jupiter magnetoszférájából érkező anyagok okozhatnak.

    -Néhány helyen a jég és a környező vulkanikus aktivitás kölcsönhatása is vizsgálható. Ilyen vidék például északon az Ellesmere-szigetek Borup-fjord nevű öble. Itt a kén gipsz helyett egyéb, ritkább formákban: hidrogén-szulfidként, illetve terméskénként is megjelenik, feltehetőleg a folyamatos vulkáni utánpótlás miatt.


    Vulkanikus szennyezést mutató, kéntartalmú víz a földi sarkvidéken (Ellesmere-szigetek, balra), és vulkáni eredetű anyagokkal kevert színes magmabenyomulások az Europa jégpáncéljában (jobbra) (Stephen Grasby, NASA)

    Az Antarktisz tavainak megismerése tehát fontos lépés a Mars és az Europa irányába. Sok olyan ismeretet szerezhetünk, amelyek alapján könnyebben értelmezhetjük a távoli égitestekről érkezett adatokat - emellett műszereinket is hatékonyabban tervezhetjük meg a szondák indítása előtt.

    Tervek az Europa meghódítására

    Az Europa jégpáncélja és az alatta lévő vízóceán vizsgálatára több kutatóprogramot is kidolgoztak, ezek közül a három legfontosabbat ismertetjük az alábbiakban.

    Az egyik a JIMO (Jupiter Icy Moon Orbiter) rövidítésű program, melynek keretében főleg az Europát, de emellett két külső nagy társát, a Ganymedest és a Callistót is tanulmányoznák. A tervek alapján a szonda radarberendezésének hullámai a jégbe hatolva, majd a jég-víz határfelületről visszaverődve rámutathatnak a jég szerkezetére és helyenként eltérő vastagságára. Sajnos a NASA jelenlegi anyagi problémái miatt a közeljövő tervei közül törölték az ötletet. Az anyagi problémák mellett komoly gondot okoz még az Europa vizsgálatában, hogy a hold térségében nagyon erős sugárzások érik a berendezéseket, jelentősen lerövidítve élettartamukat.

    Az Ice Clipper névre keresztelt terv anyagmintát hozna az Europáról - méghozzá meglepően olcsó módszerrel. A szonda ugyanis nem állna a Jupiter körüli pályára. Mindössze egyszer haladna el az óriásbolygó mellett, majd ugyanezzel a "lendülettel" vissza is térne a Földhöz. Az Europa megközelítése előtt egy nagyobb test leválna róla, amely nem sokkal a fő egység elhaladása előtt becsapódna a hold felszínébe. A robbanástól kirepült törmelékszemcsék felhőjén átrepülő anyaszonda a Stardust-szondához hasonlóan egy lepkefogóra emlékeztető tányért tart maga elé, benne aerogéllel. Az ide becsapódó szemcsék az aerogélben maradnak, és egy lezárt kapszulában térnének vissza a Földre. Sajnos a közeljövő tervei közül ezt is törölték.

    A legizgalmasabb a Cryobot ("jég-robot") küldetés, illetve a hozzá hasonló tervek. Ezek keretében nem csak a felszínre szállna le az űreszköz, de a jég alatti óceánba is bejutna. Központi eleme egy szivar alakú szonda, amely belső radioaktív energiaforrásával folyamatosan melegen tartja saját külső falát. Ennek segítségével lassan beolvasztja magát a jégkéregbe, amelyben fokozatosan süllyed lefelé, és a felszínen maradt részén keresztül kommunikál a Földdel vagy a keringőegységgel. A lassan lefelé haladó szonda a felszíni egységgel egy kábelen keresztül tartja a kapcsolatot, amely a süllyedő Cryobot belsejéből tekeredik le, és a szonda elhaladása után azonnal belefagy a jégbe. A Cryobot számtalan megfigyelésre lenne képes a jégben és az alatta lévő óceánban. Utóbbit elérve egyes tervek alapján egy miniatűr tengeralattjárót is kibocsátana magából. Sajnos az ambiciózus terv egyelőre szintén halasztást szenved. A szonda prototípusát azonban lehet, hogy mégis látjuk működésben a közeljövőben: a Vostok-tó vizének biztonságos elemzése ugyanis csak így lehetséges.

    Kereszturi Ákos