南極大陸は 2 つの顔を持つ大陸です。外の世界にとって、南極周辺の国は、永久凍土に覆われた敵対的な氷砂漠として認識されています。しかし、それはまた、冷たい地表の奥深くにある、第二の、穏やかな側面も持っています。氷床の底とその上の岩との境界には、上部よりもはるかに暖かい暗い世界があります。氷が柔らかくなり、溶け始めた世界。凍った蓋を持ち上げることができれば、湿った風景が現れるでしょう。南極の古代の大陸棚は、広範囲にわたる水域のネットワークで覆われています。
雪解け水は大小何百もの湖に集まります。その間では、部分的には幅の広い浅い川として、また部分的には小さく曲がりくねった小川として流れます。大陸の東では、イギリス北部の湖水地方とほぼ同じくらい湖が密集しています。南極最大の湖であるボストーク湖はシュレースヴィヒ・ホルシュタイン州ほどの大きさで、面積は約16,000平方キロメートル、長さは280キロメートル、幅は最大で80キロメートル、深さは800メートルの場所もあります。その 2 つの部分に分かれた盆地は地溝帯、つまり東アフリカ地溝帯に似た、地殻の地殻変動によって作られた地溝帯にあります。破砕帯には、他にも大きくて狭い水域があります。しかし、ほとんどの湖は長さが 20 キロメートル以内で、最大深さは 100 メートルに達します。多くは低地、つまり海抜数百メートルの氷が最も厚い場所にあります。より高い山の標高に閉じ込められている小さな湖はほんの少数です。光のない湿地帯や乾燥した窪地もあります。
火星と同じくらいアクセス不可能
氷の下の未知の領域は、地球外の惑星と同じくらいアクセス不可能です。氷河下水は何百万年もの間、外界から完全に遮断されてきました。誰も彼女を見たことがありません。しかし、極地探検家の発見への欲求は呼び覚まされました。モンタナ州立大学ボーズマン校のアメリカ人生物学者ジョン・プリスク氏は、「この広大で未知の生息地の秘密を少しでも理解できればうれしい」と語る。もちろん、奇妙な氷底湖は、それを覆う氷と一緒にのみ理解することができます。氷と岩石の間の水文ネットワークがどの程度の範囲にあるのかが明らかになったのは近年になって初めてです。水域も例外ではなく、むしろ広範囲に存在しています。現在、南極には約 180 の湖が知られています。それらは大陸のいたるところで見られますが、均等に分布しているわけではありません。西南極の小さな氷床の下には少数の湖しかありません。その岩の底は海面よりも大幅に低く、多くの速い氷の流れが特徴です。ほとんどは、より広い東南極にあります。そこでは、氷の流れの方向が分水嶺のように二方向に分かれる、いわゆる氷の分水嶺付近に集中します。これらの線に沿ってクラスターが発生する理由はまだ不明です。
湖の間を水が流れる力学は研究コミュニティを驚かせました。 「最近まで、氷床の下の水はほとんど静止しており、非常にゆっくりとしか交換されないと考えられていました」とニューヨーク州ラモント・ドハティ地球観測所の地質学者ロビン・ベルは報告する。しかし、衛星の標高測定により、氷河下水が常に動いていることが明らかになった。湖が干上がると、その上の氷が沈みます。埋まると値上げされます。
氷の下の鉄砲水
2006年、ユニバーシティ・カレッジ・ロンドンのダンカン・ウィンガム率いる英国の研究者たちは初めて氷河下鉄砲水に遭遇し、東南極の湖の氷が16か月以内に3メートル沈んだことを発見した。この湖は、約300キロメートル離れた2つの水域と直接つながっているようで、その上で氷がそれぞれ1〜2メートル上昇した。研究チームは、おそらく幅わずか数メートルのトンネルを通って、合計約2立方キロメートル（2兆リットル）の水が氷の下に流れ込んだと計算した。洪水のピーク時には、ロンドンのテムズ川とほぼ同じ量の水が流れ込みました。西南極の2つの最大かつ最速の氷流の下でさえ、水は絶えず流れている。スクリップス海洋研究所のヘレン・フリッカー率いる米国の研究者らが2007年に、ICESat衛星によるレーザービームを使用した高さ測定を使用して実証した。彼らは、ウィランズ氷河とマーサー氷河の流域で、氷の高さが著しく変化した合計14の領域を発見した。研究者らはまた、氷河下湖から大量の水が海に流入した証拠も発見した。
幅 100 キロメートルのウィランズ アイス ストリームは、広大なロス氷棚 (厚さ数百メートルの氷の舌で、その下に海水がある) に水を供給するいくつかの氷河の 1 つです。ウィランズの氷流が地面との接触を失い、海水に浮かび始める境界線の近くに、3 年足らずでその内容物 2 立方キロメートルが海に放出された湖があるようです。上の氷は9メートル沈みました。極地研究者が尋ねている重要な質問: 遍在する水は氷床の安定性に影響を与えますか?結局のところ、水は氷を滑りやすくするための潤滑剤です。氷河の底が非常に寒く、氷が岩に凍りつくと、氷の塊はほとんど動きません。
しかし、それは通常の状況ではありません。 3 つの影響により、多くの地域で氷河の底が解けます。一方で、氷床が1キロメートル成長するごとに、融点は0.6℃低下します。これは、厚さ 3 キロメートルの氷の塊の底では、氷が摂氏 0 度だけでなく、摂氏マイナス 1.8 度でも溶けることを意味します。一方、地球内部からは熱が上昇します。厚い氷の覆いが冷たい空気から地面を遮断するため、氷は底に行くほど暖かくなり、場所によっては溶けます。研究者らは、氷床内部の典型的な融解速度は年間約 2 ミリメートルであると推測しています。一部の南極沿岸氷河の底では、毎年最大60センチの氷が下から溶ける可能性がある。
巨大なゼリー
氷床は固体のブロックのように振る舞うのではなく、むしろ巨大なゼリーのように振る舞うため、氷の塊は自重によって海に向かって全方向にゆっくりと膨張します。大陸の内部では年間数メートルしか進まないが、海岸に向かうにつれて流れは加速する。氷の流れが形成され、その速度は年間 20 ～ 50 メートルに達します。最も速い流れでは、氷は年間数百メートル進みます。ニューヨークのラモント・ドハティ地球観測所のロビン・ベル氏とマイケル・スタディンガー氏率いるチームが2007年に初めて実証したように、氷底湖は多くの流氷川の誕生に役割を果たしている。研究者らは、衛星画像を使用して、南極の大西洋側のほとんど調査されていない地域であるドロニング・モード・ランドにある、これまで知られていなかった4つの大きな湖を特定した。 「それらを合わせるとボストーク湖ほどの大きさになります」とシュトゥディンガー氏は報告する。湖の上では、氷塊の速度は年間 5 メートルから 30 メートルまで増加します。ここは、ウェッデル海に流れ込む長さ 500 キロメートルの氷河、リカバリー アイス ストリームの源流域です。その集水域は東南極の 4 分の 1 をカバーしています。
このようなデータは、隠された水の世界が閉じた宇宙ではなく、地球の他の部分とつながっていることを明らかにします。 「回復湖では、大量の氷を南極大陸内部から海に素早く輸送するこれまで知られていなかったメカニズムを観察することができます」とマイケル・シュトゥディンガー氏は言う。問題: 南極の氷床は陸地にあるため、通常よりも多くの氷が水中に滑り込むと海面が上昇します。しかし、氷の安定性に対する水性粘液の影響は、IPCC (気候変動に関する政府間パネル) の専門家委員会の気候モデルではまだ考慮されていません。東南極の氷床と、よりダイナミックな西南極の氷塊が地球温暖化にどのように反応するかは、まだ誰も知りません。
大量の淡水が氷河下湖から南極海に突然流れ込んだ場合、気候の安定も危険にさらされるだろう。それは少なくとも地域の気候変動を引き起こす可能性がある。これは、地球全体の海流の帯が温度と塩分濃度の違いによって左右されるためです。フローバンドの機能にとって重要なポイントで淡水が急増すると、システム全体のバランスが崩れる可能性があります。 「回復湖の発見は、これが本当の脅威であることを示しました」とニューヨークの研究者スタディンガーは言う。 「ボストーク湖のように大陸の真ん中に孤立していないのではなく、端に近いところにある大きな湖に初めて遭遇しました。さらに、湖は海と直接つながっています。」
涸れ谷で手がかりを探す
過去に大規模な氷河下洪水が発生したという証拠が現在存在している。この痕跡は、南極横断山脈の端にある乾いた谷であるドライバレーで見ることができます。曲がりくねった谷や峡谷が織りなす長さ 50 キロメートルの迷路は、約 1,400 万年前に大規模な氷河の洪水がここで起こったという事実を証明しています。ボストン大学のアダム・ルイス率いる研究チームは、この地域の硬い火成岩に深さ250メートル、幅600メートルの巨大迷路の溝を彫るには膨大な水の塊が必要であるという結論に達した。
氷底の激流は非常に強力で、時には上り坂まで流れました。 2つの川が合流したとき、渦潮は岩に深さ35メートルまでの穴を食い込みました。ボストンの研究者らは、毎秒100万立方メートルの水が毎秒15メートルの速度で氷の下に流れ込んだに違いないと計算した。淡水塊は巨大な氷河下湖から来た可能性が最も高い。彼らの力は海流のリズムを狂わせ、地域的な気候変動を引き起こした可能性があると研究者らは学術誌「地質学」に書いている。
湖が氷を突き破る
これらの新たな発見を踏まえて、氷河下の水の世界の探査が現在フルスピードで進んでいます。氷河学者は、入手可能なすべての衛星画像をくまなく調べて、さらに隠れた水域を見つけます。氷の大部分は湖の水に浮いているため、滑らかな水面が氷床の上をたどります。湖の上の氷はほぼ平らです。氷が岩場との接触を失い浮き始めると、少し沈み込み、深さ10メートルまでの広い窪地を形成します。湖の反対側には氷があり、こぶができています。これらの特徴は、衛星高度測定を使用して特定できます。
航空機によるレーダー測定により、隠された海域のさらなる証拠が得られます。放出された電磁波は、ほとんど妨げられることなく氷を貫通することができます。ただし、それらは鏡からの光のように水の層から反射されます。強い信号は、岩だらけの地面からの典型的な反射と簡単に区別できます。重力場と磁場の測定により、水深と岩石の地質に関する追加情報が得られます。地震波は、水深や湖底の堆積物被覆など、地上のさらなる詳細を明らかにします。
極地研究者の目標は、測定装置とロボットを使用して暗い氷河下の世界に侵入し、水と堆積物のサンプルを採取することです。科学者たちは、暗い湿地で新しい知識が詰まった豊かな宝物を見つけたいと考えています。湖の奇妙な生命体は、何百万年もの間、世界から隔離されて発達した可能性があります。米国の微生物学者ジョン・プリスク氏は、氷河下の生息地には地球の表層水をすべて合わせたよりも多くの生きた細胞と有機炭素が含まれていると推定している。低温、高圧、栄養素の不足、日光の不足により、この環境は生物にとって特に好ましい環境ではありません。プリスク氏は、いくつかの湖の底に熱水泉がある場合を除き、そこではせいぜい単細胞生物が見つかるのではないかと考えている。 「そうすれば、中央海嶺の黒人喫煙者の周囲と同様のコミュニティがそこに存在する可能性がある」と彼は推測する。近年、深海研究者たちは海底の温泉で豊かな生物を発見しました。
氷のない南極を目撃する
エディンバラ大学の英国の地質学者マーティン・ジーゲルト氏にとって、湖の堆積物は最も重要な宝の山だ。 「そこに記録された気候データは、南極の過去の変化を理解するのに役立つ可能性があります」と研究者は言います。湖の底の層はおそらく主に氷が溶けて放出された塵粒子で構成されていると考えられます。したがって、堆積物は、氷床コアから得られた気候データを直接追跡する気候アーカイブを形成します。ボストーク湖のような大きな水域は、何百万年も前から存在していた可能性があります。おそらく、南極がまだ永久に氷で覆われていなかった遠い昔の堆積物が含まれているのでしょう。 「これらの堆積物は、南極がどのように温室から冷蔵庫に変わったかを示すかもしれない」とアメリカの地球科学者マイケル・スタディンガーは期待している。
氷河下世界への進出は今後5年以内に成功する可能性がある。ロシアの極地研究者の計画は最も進んでいる。彼らはボストーク湖に掘削したいと考えています。 1957 年、彼らは偶然、当時知られていなかった水域の真上に研究ステーションを建設しました。非常に平らな氷の表面は、航空機の着陸帯として最適でした。 1992 年、隠れた水域について最初の疑惑があったとき、彼らは気候調査のために氷床コアの掘削を開始しました。 1998年、科学者たちは、現在知られている湖面から約120メートル上、氷表面から3,623メートル下の氷の地下への侵入を中止した。残り84メートルで、穴が再び凍った湖の氷を越えたことが判明した。この氷の分析により、既知最大の氷底湖の状況について初めての洞察が得られました。氷にはさまざまな種類の微生物が含まれており、そのうちのいくつかはまだ生存していたため、明らかにそこには生命が存在しているようです。一部の細菌は高温の深海の噴出孔の住人に関連しており、そのような熱水噴出孔がボストーク湖の底に存在する可能性があるという憶測が生まれた。土砂粒子も明らかになった。年代測定の結果、その年齢は 18 億年であることが判明しました。これはおそらく、ボストーク湖が古代の岩石の層にあることを示していると考えられます。熟考のための一時停止を経て、ロシアチームは 2005 年に作業を再開し、現在は水面に到達することを目標としています。 「ロシア人は、どんな犠牲を払ってでも最初に湖に到達したいと考えている」と、ミュンヘンにあるバイエルン科学アカデミー氷河学委員会の地球物理学者クリストフ・マイヤーは言う。 「彼らはそれを止めさせないでしょう。」しかし、ロシアのこの動きは科学者の間で物議を醸している。批評家たちは、掘削によって湖の自然のままの生態系が汚染されるのではないかと懸念している。
慎重に前進
結局のところ、ボーリング孔には60トンの掘削流体、つまり灯油とクロロフルオロ炭化水素フレオンの混合物が存在しているのです。微生物がいっぱいです。 「現在の計画は、サーマルドリルで湖の上の最後の20メートルを貫通することです」とメイヤー氏は報告する。 「下部エリアでは、ボーリング孔の流体として滅菌シリコンオイルを使用する必要があります。」ドリルが湖まで突き抜けたら、海水がボーリング孔に入るように、素早く再び引き上げる必要があります。ロシア側は、この一度凍った湖水を再び掘削してサンプルを採取するまで1年待ちたいと考えている。 「その背後にある考え方は、水が、そこに含まれる可能性のあるすべてのガス、塩、微生物、浮遊粒子とともにボーリング孔に一気に噴射されるということです」とミュンヘンの地球物理学者は説明します。これにより、既存の湖の氷サンプルよりも湖の状況をより現実的に把握できることが期待されています。メイヤー: 「この氷は湖の屋根で非常にゆっくりと凍り、水中に溶けている多くの物質を放出しました。」
しかし、現時点では作業はほとんど進んでいません。ボーリング孔は依然として湖の屋根から80メートル上にある。 2006 年か 2007 年の夏にドリルが引っかかり、ついに折れてしまいました。瓦礫は撤去できましたが、2008年に新たな問題が発生しました。掘削装置が吊り下げられ、電力ケーブルとデータケーブルが含まれている長さ4キロの鋼製ケーブルが2か所で断線し、交換する必要があった。フィルター２枚も破れて掘削孔から取り外せなくなった。したがって、次回の試行では、穴をさらに 30 メートル上にそらす必要があります。
雪解け水が道を切り開く
ロンドンの研究者マーティン・シーガート率いるヨーロッパのチームは、冥界への最初の進出に、よりアクセスしやすい水域を選択した。エルズワース湖はその湖の名前で、長さ約10キロメートル、幅約3キロメートルである。ジーゲルト氏にとって、この水域にはいくつかの利点があります。「湖は小さいため、湖内のプロセスを簡単に理解できます。西南極に位置しており、英国のハレー駅から飛行機で簡単にアクセスできます。」そこの氷はボストーク湖よりも 20 度高く、熱水による掘削が容易です。熱水掘削は、氷河下水を開発する最も穏やかな方法と考えられています。下る道は溶けた氷河の氷で舗装されています。いずれにせよ、湖に水を供給しているのと同じ材料です。しかし、この方法は大量のエネルギーを消費するため、コストが高くなります。
エルズワース湖の採掘には 8 年間の計画があります。 2007 年から 2008 年の南の夏、イギリスのチームが地上レーダーと地震探査機を使用して初めて湖を調査しました。初期の結果は、予想通り、エルズワース湖の深さは 100 メートルを超え、底に堆積物があることを示しています。 3年間のリモートセンシングを経て、掘削に必要な機器が搬入される予定です。それまでは、水と堆積物のサンプルを採取できる遠隔操作ロボットの開発が必要だ。 「すべてがうまくいけば、エルズワース湖の探査は 2012 年か 2013 年の夏に開始できるでしょう」と Martin Siegert 氏は言います。英国人にとって、今は理想的な時期です。英国の探検家ロバート・スコットが劇的な探検で初めて南極点に到達してから 100 年後です。南極大陸の中心部を目指すレースのスタートの合図が鳴った。 ■
地球物理学者で科学ジャーナリストのウテ・ケセさんは、調査旅行中に自らも氷のように冷たい南極の空気の匂いを嗅ぎました。
ウーテ・ケセ著
氷水の風景の中心に突き刺さる
ここ数年、極地研究者らは南極東のボストーク湖上の分厚い氷を慎重に掘削してきた。特別な穴あけ技術は、微生物の侵入を防ぐように設計されています。水が湖を流れるには何千年もかかります。
コンパクト
· 現在までに、南極には約 180 の地底湖が知られています。
· それらは地球の気候に影響を与える可能性があります。
· ロシアの研究者は、古代の生命体が疑われるボストーク湖に到達したいと考えています。
トピックの詳細
インターネット
極地における研究に関する欧州委員会からの情報 (「ヨーロッパ研究雑誌」より): ec.europa.eu/research/rtdinfo/special_pol
