El lago Vostok ( en ruso : озеро Восток , romanizado : ozero Vostok ) es el más grande de los 675 lagos subglaciales conocidos de la Antártida [3] . El lago Vostok está ubicado en el Polo Sur de Frío , debajo de la estación Vostok de Rusia , bajo la superficie de la capa de hielo de la Antártida Oriental central , que se encuentra a 3488 m (11 444 pies) sobre el nivel medio del mar . La superficie de este lago de agua dulce está aproximadamente a 4000 m (13 100 pies) debajo de la superficie del hielo, lo que lo coloca aproximadamente a 500 m (1600 pies) bajo el nivel del mar.
Con unas medidas de 250 km (160 mi) de largo por 50 km (30 mi) de ancho en su punto más ancho, [1] cubre un área de 12.500 km 2 (4.830 millas cuadradas), lo que lo convierte en el 16.º lago más grande por área de superficie . Con una profundidad promedio de 432 m (1.417 pies), tiene un volumen estimado de 5.400 km 3 (1.300 millas cúbicas), [2] lo que lo convierte en el sexto lago más grande por volumen .
El lago está dividido en dos cuencas profundas por una cresta. La profundidad del agua líquida sobre la cresta es de unos 200 m (700 pies), en comparación con los aproximadamente 400 m (1.300 pies) de profundidad en la cuenca norte y los 800 m (2.600 pies) de profundidad en la cuenca sur.
El lago recibe su nombre de la estación Vostok, que a su vez recibe su nombre del Vostok (Восток), un balandro de guerra , que significa "Este" en ruso. [4] La existencia de un lago subglacial en la región de Vostok fue sugerida por primera vez por el geógrafo ruso Andrey Kapitsa basándose en sondeos sísmicos realizados durante las expediciones antárticas soviéticas en 1959 y 1964 para medir el espesor de la capa de hielo. [5] [6] La investigación continua de científicos rusos y británicos [6] [7] condujo a la confirmación final de la existencia del lago en 1993 por JP Ridley utilizando la altimetría láser ERS-1 . [5]
El hielo suprayacente proporciona un registro paleoclimático continuo de 400.000 años, aunque el agua del lago en sí puede haber estado aislada durante 15 [8] [9] a 25 millones de años. [10] El 5 de febrero de 2012, un equipo de científicos rusos completó el núcleo de hielo más largo jamás obtenido de 3.768 m (12.400 pies) y perforó la capa de hielo hasta la superficie del lago. [11]
El primer núcleo de hielo recién congelado del lago se obtuvo el 10 de enero de 2013 a una profundidad de 3.406 m (11.175 pies). [12] Sin embargo, tan pronto como se perforó el hielo, el agua del lago subyacente brotó por el pozo , mezclándose con el freón y el queroseno utilizados para evitar que el pozo se congelara. [13] [14] Se perforó un nuevo pozo y se obtuvo una muestra de agua supuestamente prístina en enero de 2015. [ cita requerida ] El equipo ruso planea eventualmente bajar una sonda al lago para recolectar muestras de agua y sedimentos del fondo. Se plantea la hipótesis de que se podrían encontrar formas de vida inusuales en la capa líquida del lago, una reserva de agua fósil . Debido a que el lago Vostok puede contener un entorno sellado debajo del hielo durante millones de años, las condiciones podrían parecerse a las de los océanos cubiertos de hielo que se supone que existen en la luna Europa de Júpiter , [13] [15] y la luna Encélado de Saturno . [16]
El científico ruso Peter Kropotkin fue el primero en proponer la idea de agua dulce bajo las capas de hielo de la Antártida a finales del siglo XIX. [17] Teorizó que la tremenda presión ejercida por la masa acumulada de miles de metros verticales de hielo podría disminuir el punto de fusión en las partes más bajas de la capa de hielo hasta el punto en que el hielo se convertiría en agua líquida . La teoría de Kropotkin fue desarrollada posteriormente por el glaciólogo ruso Igor Zotikov , quien escribió su tesis doctoral sobre este tema en 1967. [5]
El geógrafo ruso Andrey Kapitsa utilizó sondeos sísmicos en la región de la estación Vostok realizados durante la expedición antártica soviética en 1959 y 1964 para medir el espesor de la capa de hielo. [5] Kapitsa fue el primero en sugerir la existencia de un lago subglacial en la región, [6] y la investigación posterior confirmó su hipótesis. [18]
Cuando los científicos británicos en la Antártida realizaron estudios de radar de penetración de hielo aéreo a principios de la década de 1970, detectaron lecturas de radar inusuales en el sitio que sugerían la presencia de un lago de agua dulce líquida debajo del hielo. [19] En 1991, Jeff Ridley, un especialista en teledetección del Laboratorio de Ciencias Espaciales Mullard en el University College de Londres , dirigió el satélite ERS-1 para que girara su matriz de alta frecuencia hacia el centro de la capa de hielo antártica . Los datos del ERS-1 confirmaron los hallazgos de los estudios británicos de 1973, [20] pero estos nuevos datos no se publicaron en el Journal of Glaciology hasta 1993. El radar basado en el espacio reveló que este cuerpo subglacial de agua dulce es uno de los lagos más grandes del mundo y uno de los aproximadamente 140 lagos subglaciales de la Antártida. Los científicos rusos y británicos delinearon el lago en 1996 mediante la integración de una variedad de datos, incluyendo observaciones de imágenes de radar de penetración de hielo aerotransportadas y altimetría de radar basada en el espacio, y el descubrimiento del lago fue publicado en la revista científica Nature el 20 de junio de 1996. [21] Se ha confirmado que el lago contiene grandes cantidades de agua líquida bajo la capa de hielo de más de 3 kilómetros de espesor (1,9 millas). El lago tiene al menos 22 cavidades de agua líquida , con un promedio de 10 kilómetros (6 millas) cada una. [22]
La estación que da nombre al lago conmemora al Vostok (Восток), el balandro de guerra de 900 toneladas en el que navegó uno de los descubridores de la Antártida, el explorador ruso almirante Fabian von Bellingshausen . [4] Debido a que la palabra Vostok significa "Este" en ruso, los nombres de la estación y del lago también reflejan el hecho de que están ubicados en la Antártida Oriental.
En 2005 se encontró una isla en la parte central del lago. [23] Luego, en enero de 2006, se publicó el descubrimiento de dos lagos más pequeños cercanos bajo la capa de hielo; se llaman 90 Degrees East y Sovetskaya . [24] Se sospecha que estos lagos subglaciales antárticos pueden estar conectados por una red de ríos subglaciales. Los glaciólogos del Centro de Observación y Modelado Polar proponen que muchos de los lagos subglaciales de la Antártida están interconectados al menos temporalmente. [25] Debido a la variación de la presión del agua en lagos individuales, pueden formarse repentinamente grandes ríos subterráneos que luego fuerzan grandes cantidades de agua a atravesar el hielo sólido. [25]
África se separó de la Antártida hace unos 160 millones de años, seguida por el subcontinente indio , a principios del Cretácico (hace unos 125 millones de años). Hace unos 66 millones de años, la Antártida (entonces conectada a Australia) todavía tenía un clima tropical a subtropical , con fauna marsupial y una extensa selva tropical templada . [26] [27]
La cuenca del lago Vostok es una pequeña formación tectónica (de 50 kilómetros de ancho) dentro del marco general de una zona de colisión continental de varios cientos de kilómetros de ancho entre la cordillera Gamburtsev , una cadena montañosa subglacial y la región Dome C. [28] El agua del lago se encuentra acunada sobre un lecho de sedimentos de 70 metros de espesor, lo que ofrece la posibilidad de que contengan un registro único del clima y la vida en la Antártida antes de que se formara la capa de hielo. [20] [29]
Se estima que el agua del lago quedó sellada bajo la gruesa capa de hielo hace unos 15 millones de años. [8] Inicialmente, se pensó que la misma agua había formado el lago desde el momento de su formación, lo que le dio un tiempo de residencia del orden de un millón de años. [25] Investigaciones posteriores de Robin Bell y Michael Studinger del Observatorio Terrestre Lamont-Doherty de la Universidad de Columbia sugirieron que el agua del lago se congela continuamente y es arrastrada por el movimiento de la capa de hielo antártica , mientras que es reemplazada por agua que se derrite de otras partes de la capa de hielo en estas condiciones de alta presión. Esto dio como resultado una estimación de que todo el volumen del lago se reemplaza cada 13.300 años, su tiempo de residencia medio efectivo. [30]
La temperatura natural más fría jamás observada en la Tierra, −89 °C (−128 °F ), se registró en la estación Vostok el 21 de julio de 1983. [8] Se calcula que la temperatura media del agua ronda los −3 °C (27 °F); permanece líquida por debajo del punto de congelación normal debido a la alta presión del peso del hielo que hay sobre ella. [31] El calor geotérmico del interior de la Tierra puede calentar el fondo del lago, [32] [33] [34] mientras que la propia capa de hielo aísla al lago de las temperaturas frías de la superficie.
El lago Vostok es un ambiente oligotrófico extremo, que se espera que esté sobresaturado con nitrógeno y oxígeno, [35] [36] midiendo 2,5 litros (0,088 pies cúbicos) de nitrógeno y oxígeno por 1 kg (2,2 libras) de agua, [37] que es 50 veces más que los que se encuentran típicamente en lagos de agua dulce ordinarios en la superficie de la Tierra. Se estima que el gran peso y la presión de alrededor de 345 bares (5000 psi ) de la capa de hielo continental sobre el lago Vostok contribuyen a la alta concentración de gas. [38]
Además de disolverse en el agua, el oxígeno y otros gases quedan atrapados en un tipo de estructura llamada clatrato . En las estructuras de clatrato, los gases están encerrados en una jaula de hielo y parecen nieve compacta. Estas estructuras se forman en las profundidades de alta presión del lago Vostok y se volverían inestables si salieran a la superficie. [25] [37]
En abril de 2005, investigadores alemanes, rusos y japoneses descubrieron que el lago tiene mareas . [39] Dependiendo de la posición del Sol y la Luna, la superficie del lago se eleva unos 12 mm (0,47 pulgadas). [40] El lago está en completa oscuridad, bajo 355 bar (5150 psi) de presión, y se espera que sea rico en oxígeno, por lo que se especula que cualquier organismo que habite el lago podría haber evolucionado de una manera única para este entorno. [20] [37] Hay una anomalía magnética de 1 microtesla en la costa este del lago, que se extiende 105 por 75 km (65 por 47 mi). Los investigadores plantean la hipótesis de que la anomalía puede ser causada por un adelgazamiento de la corteza terrestre en esa ubicación. [41]
En las perforaciones de los núcleos de hielo profundos del lago Vostok se han encontrado microorganismos vivos del género Hydrogenophilus thermoluteolus ; se trata de una especie que habita actualmente en la superficie. [36] [42] Esto sugiere la presencia de una biosfera profunda que utiliza un sistema geotérmico del lecho rocoso que rodea el lago subglacial. Existe optimismo de que la vida microbiana en el lago puede ser posible a pesar de la alta presión, el frío constante, el bajo aporte de nutrientes, la concentración potencialmente alta de oxígeno y la ausencia de luz solar. [36] [43] La luna Europa de Júpiter y la luna Encélado de Saturno también pueden albergar lagos u océanos debajo de una gruesa corteza de hielo. Cualquier confirmación de vida en el lago Vostok podría fortalecer la perspectiva de la presencia de vida en lunas heladas. [36] [44]
En 1998, los investigadores que trabajaban en la estación Vostok extrajeron uno de los núcleos de hielo más largos del mundo. Un equipo conjunto de rusos, franceses y estadounidenses perforó y analizó el núcleo, que tiene 3.623 m (11.886 pies) de longitud. Se ha calculado que las muestras de hielo de los núcleos perforados cerca de la parte superior del lago tienen una antigüedad de hasta 420.000 años. Se supone que el lago ha estado aislado de la superficie desde que se formó la capa de hielo hace 15 millones de años. La perforación del núcleo se detuvo deliberadamente aproximadamente 100 m (300 pies) [45] por encima del supuesto límite entre la capa de hielo y las aguas líquidas del lago. Esto se hizo para evitar la contaminación del lago con la columna de 60 toneladas de freón y queroseno utilizada para evitar que el pozo colapsara y se congelara. [20]
En este núcleo, en concreto en el hielo que se cree que se formó a partir del agua del lago que se congeló sobre la base de la capa de hielo, se encontraron microbios extremófilos , lo que sugiere que el agua del lago sustenta la vida. Los científicos sugirieron que el lago podría poseer un hábitat único para bacterias antiguas con un acervo genético microbiano aislado que contiene características desarrolladas quizás hace 500.000 años. [46]
En enero de 2011, el jefe de la expedición antártica rusa, Valery Lukin, anunció que a su equipo sólo le quedaban 50 m (200 pies) de hielo por perforar para llegar al agua. [8] Los investigadores entonces cambiaron a un nuevo cabezal de perforación térmica con un fluido de aceite de silicona "limpio" para perforar el resto del camino. [47] En lugar de perforar hasta el agua, dijeron que se detendrían justo por encima de ella cuando un sensor en el taladro térmico detectara agua libre. En ese punto, el taladro se detendría y se extraería del pozo. La remoción del taladro reduciría la presión debajo de él, atrayendo agua al pozo para dejarla congelar, creando un tapón de hielo en el fondo del pozo. [48] La perforación se detuvo el 5 de febrero de 2011 a una profundidad de 3.720 m (12.200 pies) para que el equipo de investigación pudiera salir del hielo antes del comienzo de la temporada de invierno antártico. El equipo de perforación partió en avión el 6 de febrero de 2011. [49]
Según lo planeado, el equipo debía volver a perforar el verano siguiente para tomar una muestra de ese hielo y analizarlo. [8] [50] Los rusos reanudaron la perforación en el lago en enero de 2012 y alcanzaron la superficie superior del agua el 6 de febrero de 2012. [11] [51] Los investigadores permitieron que el agua del lago que corría se congelara dentro del pozo y meses después; recolectaron muestras de núcleos de hielo de este hielo recién formado y las enviaron al Laboratorio de Glaciología y Geofísica Ambiental en Grenoble, Francia, para su análisis. [ cita requerida ]
Los científicos informaron por primera vez evidencia de microbios en el hielo de acreción en 1999. [52] [53] Desde entonces, un equipo diferente dirigido por Scott O. Rogers ha estado identificando una variedad de bacterias y hongos del hielo de acreción (no de la capa de agua subglacial) recolectados durante proyectos de perforación estadounidenses en la década de 1990. [54] [55] Según él, esto indica que el lago debajo del hielo no es estéril sino que contiene un ecosistema único. Luego, Scott Rogers publicó en julio de 2013 que su equipo realizó una secuenciación de ácidos nucleicos ( ADN y ARN ) y los resultados permitieron deducir las vías metabólicas representadas en el hielo de acreción y, por extensión, en el lago. El equipo encontró 3.507 secuencias genéticas únicas, y aproximadamente el 94% de las secuencias eran de bacterias y el 6% eran de Eukarya . [56] [57] Las clasificaciones taxonómicas (por género y/o especie) o la identificación fueron posibles para 1.623 de las secuencias. En general, los taxones fueron similares a organismos descritos previamente de lagos, agua salobre, ambientes marinos, suelo, glaciares, hielo, sedimentos de lagos, sedimentos de aguas profundas, respiraderos termales de aguas profundas, animales y plantas. Se encontraron secuencias de organismos aeróbicos , anaeróbicos , psicrofílicos , termófilos , halófilos , alcalófilos , acidófilos , resistentes a la desecación, autótrofos y heterótrofos , incluidos varios de eucariotas multicelulares. [56]
En 2020, Colby Gura y Scott Rogers ampliaron su estudio del hielo de acreción del lago Vostok, así como del hielo basal que desemboca en el lago. [58] Encontraron que el hielo basal contenía una comunidad de organismos casi completamente diferente en comparación con los encontrados en el hielo de acreción del lago, lo que indica que significaban dos ecosistemas completamente diferentes. Se informaron bacterias y eucariotas adicionales. La mayor diversidad de organismos en el hielo del lago se asoció significativamente (p <0,05) con mayores concentraciones de iones y aminoácidos. Si bien su trabajo anterior indicó la presencia de bacterias que habitan en los intestinos de los peces, no se encontraron secuencias de peces. Sin embargo, en el estudio de 2020, encontraron una secuencia de ARNr que era >97% similar a la de un bacalao de roca común a lo largo de la costa de la Antártida ( Notothenia coriiceps ). Este es el primer informe de una especie de pez que posiblemente resida en el lago Vostok. Se sabe que el pez produce proteínas anticongelantes.
El microbiólogo David Pearce, de la Universidad de Northumbria en Newcastle (Reino Unido), afirmó que el ADN podría ser simplemente una contaminación del proceso de perforación y no ser representativo del propio lago Vostok. Los núcleos de hielo antiguos se perforaron en la década de 1990 para buscar evidencia de climas pasados enterrados en el hielo, en lugar de buscar vida, por lo que el equipo de perforación no fue esterilizado . [14] También Sergey Bulat, un experto en el lago Vostok del Instituto de Física Nuclear de Petersburgo en Gatchina (Rusia), duda de que alguna de las células o fragmentos de ADN en las muestras pertenezcan a organismos que realmente puedan existir en el lago. Dice que es muy probable que las muestras estén muy contaminadas con tejido y microbios del mundo exterior. [59]
Scott Rogers ha refutado la posibilidad de contaminación, porque las medidas de control fueron rigurosas y las combinaciones de organismos encontradas en cada una de las muestras de hielo eran consistentes con los organismos que viven en un lago frío y en el hielo (incluida una secuencia de un bacalao antártico), y eran incompatibles con la contaminación introducida durante el muestreo o a partir de los procedimientos de laboratorio. Además, todos los procedimientos de laboratorio se realizaron en paralelo con muestras de hielo del lago Erie, y los dos conjuntos de datos resultantes fueron completamente diferentes. La muestra del lago Erie exhibió muchas señales de habitación humana, mientras que las muestras de hielo del lago Vostok no exhibieron señales de habitación humana. La muestra del lago Erie también tenía un perfil casi completamente diferente de filos bacterianos y eucariotas.
Científicos rusos y franceses han estado realizando estudios de ADN molecular del agua del lago Vostok que se congeló en el pozo, mediante la construcción de numerosas bibliotecas de ADN , [ cita requerida ] que son colecciones de fragmentos de ADN que permiten a los científicos identificar a qué especie de bacteria pueden pertenecer. Las muestras tomadas del lago hasta ahora contienen aproximadamente una parte de queroseno por cada 1000 de agua, y están contaminadas con bacterias previamente presentes en la broca y el fluido de perforación de queroseno. [ cita requerida ] Hasta ahora, los científicos han podido identificar 255 especies contaminantes, pero también han encontrado una bacteria desconocida cuando perforaron inicialmente hasta la superficie del lago en 2012, sin coincidencias en ninguna base de datos internacional, y esperan que pueda ser un habitante único del lago Vostok. [60] [61] Sin embargo, Vladimar Korolev, jefe de laboratorio del estudio en la misma institución, dijo que las bacterias podrían en principio ser un contaminante que utiliza queroseno (el anticongelante utilizado durante las perforaciones) como fuente de energía. [62]
Los críticos de la comunidad científica afirman que no se puede obtener información valiosa hasta que se puedan analizar muestras limpias de agua del lago, no contaminadas por fluido de perforación. [ cita requerida ] Independientemente de los problemas de contaminación, en mayo de 2013 la instalación de perforación en la estación antártica rusa Vostok fue declarada monumento histórico como "resultado del reconocimiento de los logros de la investigación rusa en la Antártida por parte de la comunidad científica internacional, y de las operaciones únicas en la apertura del lago subglacial Vostok realizadas por científicos rusos el 5 de febrero de 2012". [ cita requerida ]
En enero de 2015, la prensa rusa informó de que científicos rusos habían realizado un nuevo pozo "limpio" en el lago Vostok utilizando una sonda especial de 50 kilogramos que recogió alrededor de 1 litro de agua no adulterada por el líquido anticongelante. [63] [64] La tecnología de perforación utilizada resultó ser inadecuada para recoger agua líquida en general y muestras limpias en particular [65] y no se publicaron los resultados. [66] Se predijo que el agua subiría entre 30 y 40 m en la parte inferior del pozo, pero de hecho el agua subió desde el lago a una altura de más de 500 m. En octubre de ese mismo año, el trabajo se suspendió durante ese verano austral debido a la financiación insuficiente por parte del gobierno federal ruso. [67] [68]
En 2019, el gobierno ruso ordenó la instalación de un nuevo complejo de invernada en la estación de investigación del lago Vostok, financiado en parte por el multimillonario ruso Leonid Mikhelson . Este complejo tendrá capacidad para albergar a 35 personas en verano y 15 en invierno y contará con 4 generadores diésel con una capacidad de 200 kilovatios cada uno. El nuevo complejo, que consta de 133 módulos, fue entregado a la estación Progress en diciembre de 2021 y será transportado a la estación de investigación del lago Vostok e instalado en los próximos cuatro años. [69] [70]
El proyecto de perforación ha sido rechazado por algunos grupos ambientalistas y científicos que han argumentado que la perforación con agua caliente tendría un impacto ambiental más limitado . [71] La principal preocupación es que el lago podría contaminarse con el anticongelante que los rusos usaron para evitar que el pozo se volviera a congelar. Los científicos del Consejo Nacional de Investigación de los Estados Unidos han adoptado la postura de que se debe asumir que existe vida microbiana en el lago Vostok y que después de un aislamiento tan prolongado, cualquier forma de vida en el lago requiere una protección estricta contra la contaminación. [72]
La técnica de perforación original empleada por los rusos implicaba el uso de freón y queroseno para lubricar el pozo y evitar que colapsara y se congelara; hasta ahora se han utilizado 60 toneladas cortas (54 t ) de estos productos químicos en el hielo sobre el lago Vostok. [20] Otros países, particularmente Estados Unidos y Gran Bretaña, no han logrado persuadir a los rusos de no perforar el lago hasta que estén disponibles tecnologías más limpias, como la perforación con agua caliente. [73] Aunque los rusos afirman haber mejorado sus operaciones, continúan utilizando el mismo pozo, que ya ha sido contaminado con queroseno. [1] Según el jefe de las Expediciones Antárticas Rusas, Valery Lukin, los investigadores del Instituto de Física Nuclear de Petersburgo desarrollaron un nuevo equipo que garantizaría que el lago permanezca incontaminado en caso de intrusión. [8] Lukin ha asegurado repetidamente a otras naciones signatarias del Sistema del Tratado Antártico que la perforación no afectará al lago, argumentando que, en caso de producirse, el agua se precipitará por el pozo, se congelará y sellará el paso de los demás fluidos. [74]
Algunos grupos ecologistas no se convencen de estos argumentos. La Coalición Antártica y del Océano Austral ha sostenido que este tipo de perforación es una medida profundamente equivocada que pone en peligro el lago Vostok y otros lagos subglaciales de la Antártida (que algunos científicos están convencidos de que están interconectados con el lago Vostok). [5] La coalición ha afirmado que "sería mucho preferible unirse a otros países para penetrar en un lago más pequeño y más aislado antes de volver a examinar si la penetración en el lago Vostok es ambientalmente defendible. Si somos sensatos, el lago podrá revelar sus secretos a su debido tiempo". [5]
Lukin afirma que la perforación con agua caliente es mucho más peligrosa para la fauna microbiótica, ya que herviría las especies vivas y alteraría toda la estructura de las capas de agua del lago. [75] Además, la perforación con agua caliente habría requerido más energía de la que la expedición rusa podría haber generado en su campamento remoto. [71] Sin embargo, las muestras de agua obtenidas por el equipo ruso estaban muy contaminadas con fluido de perforación, por lo que informaron en mayo de 2017 que era imposible en ese momento obtener datos confiables sobre la composición química y biológica real del agua del lago. [76]
fue construido en 1818 en el Astillero Okhta de Stoke y Kolodnin en San Petersburgo.
En cooperación con otros científicos, Andrey Kapitsa hizo uno de los descubrimientos geográficos más notables del siglo XX: un vasto lago debajo del hielo antártico, cerca de la estación de investigación polar Vostok.
