Den hemlighetsfulla sjön

Mitt i Antarktis ligger sjön Vostok och ruvar på sina hemligheter. Den är synnerligen otillgänglig, mörk och iskall där den befinner sig under ett 4 kilometer tjockt täcke av is. Sjön är till ytan nästan tre gånger större än Vänern, och denna enorma sjö antas ha varit isbelagd sedan minst 20 miljoner år.

Listan över hemligheter som gömmer sig i Vostoks djup är lång. En del geologer anser att mäktiga avlagringar på bottnen skvallrar om okända händelser i Antarktis i förgången tid. Vissa mikrobiologer anser att det finns enkla livsformer i vattnet som har anpassat sig till mörker, köld och näringsbrist. Det finns forskare som är nästan säkra på att varma källor hindrar sjön från att bottenfrysa, och att dessa källor bebos av ovanliga livsformer.

Astrobiologer är övertygade om att Vostok påminner om Jupiters isbelagda måne Europa i så hög grad att sjön borde kunna användas för att testa deras utrustning innan den skickas i väg för att söka efter liv i Europas isbelagda ocean. Men hur mycket vet vi med säkerhet om själva sjön? Egentligen är det inte så mycket.

Vostok – vem är du?

Det var när forskare i mitten av 1990-talet studerade gamla radarbilder tagna från flygplan på 1970-talet som de plötsligt insåg att sjöar ligger gömda djupt under Antarktis inlandsis. Vostok är den ojämförligt största och djupaste av de drygt åttio nyupptäckta sjöarna på denna istäckta kontinent. Sjön är nästan 280 kilometer lång och åtminstone 50 kilometer bred. Dess yta är beräknad till 14 000 kvadratkilometer, vilket kan jämföras med Vänerns 5 650 kvadratkilometer.

Sjön ligger i en dal som man tror har bildats genom en förkastning, men djupet är dåligt känt. Det största djupet har uppskattats till minst 1 000 meter och ligger i den södra delen. Den norra delen av sjön är inte lika djup. Det är möjligt att Vostok fanns redan innan inlandsisarna lade sig över Antarktis för ungefär 33 miljoner år sedan.

Den tjocka inlandsisen på sjön skapar ett högt tryck på ca 350 atmosfärer vid vattenytan, vilket motsvarar det tryck som råder på 3 500 meters djup i oceanerna. På 1 000 meters djup är trycket i sjön 450 atmosfärer. Inlandsisen höjer således trycket i sjön 350 atmosfärer över vad det skulle ha varit om sjön hade varit isfri.

Det är kallt i Vostok, temperaturen har beräknats till knappt -3 grader. Eftersom det är sötvatten i sjön borde den egentligen vara frusen till is helt igenom. Men det höga trycket från isen sänker fryspunkten och håller vattnet flytande. Värme från jordens inre balanserar den kylande effekten från inlandsisen och gör att sjöns temperatur inte blir så låg att den bottenfryser.

Inlandsisarna på Antarktis rör sig pga sin egen tyngd sakta mot havet. Isen på Vostok är inget undantag, den utgör en del av den enorma antarktiska inlandsisen. Ny is flyter hela tiden ut över sjön på ena sidan med kursen inställd mot sydost för att många år senare nå land på andra sidan. Man har beräknat att isen på Vostok rör sig ca 3 meter per år, och att dess överfart tar ungefär 20 000 år där sjön är som bredast. Väl uppe på land igen glider inlandsisen vidare mot ishavet.

Märklig vattenbalans

Mycket av det vi tror oss veta om Vostok har vi lärt oss med hjälp av olika radarundersökningar. Prover från ett 3 623 meter djupt borrhål i isen på sjöns södra del har lärt oss resten. Borrhålet, som ligger i anslutning till den ryska forskningsstationen Vostok (vilket betyder stjärna på ryska), slutar ungefär 150 meter ovanför sjöns vattenyta.

Undersökningar av is från borrhålet visar att ny is bildas fortlöpande av Vostoks vatten på undersidan av inlandsisen, precis som radarbilder föreslagit. Enligt beräkningarna bildas varje år 1,5 till 2,5 centimeter ny is av sjövattnet. När isen ger sig av upp på land igen kan den ha blivit ända upp till 295 meter tjockare. Det betyder att en hel del av sjöns vatten varje år transporteras upp på land, bort från sjön, i frusen form.

Nya beräkningar visar att hela sjöns vattenmassa borde försvinna som nyfrusen is på 13 000 år. Men samtidigt visar undersökningarna att sjöns volym har varit i stort sett konstant under mycket lång tid. Således tillförs vatten någonstans ifrån. Det kan inte vara vatten från landisens yta eftersom allt ytvatten i Antarktis är fruset.

Det kan däremot röra sig om smältvatten som bildas av värme från friktionen mellan den tunga, sakta glidande isen och de underliggande bergen runt sjön. Men det kan finnas ytterligare en process som bidrar med vatten. Under inlandsisen i Antarktis ligger en kontinent av berg. Precis som i det skandinaviska urberget, och i de flesta andra berg, finns det sprickor med grundvatten i de antarktiska bergens djup. Grundvatten från kontinenten kanske också bidrar med vatten till Vostok i samma takt som sjöns vatten fryser till is och försvinner bort tillsammans med inlandsisen.

Kärva villkor för liv

Eftersom borrhålet under den ryska forskningsstationen Vostok har borrats en bit ner i den nybildade isen, bör analyser av denna återspegla sjövattnets kemiska sammansättning och innehåll av mikrober och partiklar. Och man har faktiskt hittat infrusna, levande mikrober i isen som antas komma från sjön. Mängden mikroorganismer i isen är dock låg i förhållande till vad som brukar finnas i sjöar och vattendrag. Men de finns i tillräckligt stor mängd för att klart visa att det existerar liv i Vostok. Proverna innehåller mellan 100 och 10 000 mikrober per gram is, vilket motsvarar ungefär vad man finner i is ovanpå många oförorenade sjöar och vattendrag på varmare breddgrader.

Den kemiska analysen av isvattnet visar att det är mycket utspätt; Vostok rymmer alltså sötvatten. Innehållet av organiska ämnen är också lågt, bara något enstaka tusendels gram per liter sjövatten. Detta är dock fullt tillräckligt för att hålla ett sparsamt mikrobiellt ekosystem vid liv.

Det finns inget ljus nere i Vostok. Därför kan där inte heller finnas fotosyntetiska organismer, och utan fotosyntes nybildas inget syre. Efter 20 miljoner år utan ljus borde Vostok ha blivit syrefri eftersom många mikrober förbrukar syre vid sin andning.

Men förmodligen kommer det nytt syre till sjön från annat håll, rimligen från inlandsisen. Där ligger syret infruset och kan frigöras fortlöpande till sjön med det smältvatten som bildas av värmefriktionen mellan inlandsis och berg.

Samma sak gäller innehållet av organiska ämnen i sjön. Vid fotosyntes bildas olika organiska ämnen som är viktiga för livsprocesserna, t ex sockerarter, organiska syror och aminosyror, men den möjligheten saknas i Vostok. Det är tänkbart att sådana ämnen kommer med inlandsisen, precis som syret. Halten av organiska ämnen i isen på Vostok är okänd, men data från Grönland visar att sådana finns i mycket låga halter i ren inlandsis.

Ingen fotosyntes och ingen nybildning av organiskt material, då går det väl knappast att leva i Vostok? Jo, forskare har spekulerat över möjligheten att det pågår kemosyntes i sjön. Det innebär att livsformer skulle kunna finnas som använder kemisk energi i stället för ljusenergi vid tillverkning av organiska ämnen. Ett sådant liv är baserat på icke-organiska, energirika föreningar från jordens inre.

Alltså, möjligheterna till liv i Vostok står och faller inte med om det finns tillgång till syre och organiska ämnen. Ett mycket stort antal av alla de miljoner och åter miljoner olika typer av mikroorganismer som lever på – och nere i – vår planet klarar sig utmärkt utan syre. Åtskilliga tål inte ens syre, för dem är luftens syre ett gift. Inte heller tillgång till organiska ämnen från fotosyntes är nödvändigt. Många mikrober kan sätta ihop de organiska ämnen som de behöver från koldioxid och energirika icke-organiska ämnen.

Precis som med luftens syre kan höga halter av organiska ämnen verka förgiftande på vissa, känsliga mikrober.

Inte heller det höga trycket i sjön utgör något större problem för dessa livsformer. Man har hittat mikrobiellt liv i det djupaste av hav, på nästan 11 000 meters djup utanför Japans östkust. Där är trycket mer än dubbelt så högt som i Vostoks djupaste hålor.

Liv vid varma källor?

Kring oceanernas spridningsryggar, där ny havsbotten bildas, finns varma källor som fullkomligt kryllar av mikroorganismer och allehanda ryggradslösa djur, bland dem en hel del skaldjur. Dessa ekosystem lever på energirika icke-organiska föreningar som följer med det varma vattnet ut i havet, bl a svavel, ammoniak, vätgas, järn och mangan. Där finns mikrober som har förmåga att, precis som växter, tillverka organiska föreningar från koldioxid, med den skillnaden att de utnyttjar kemisk energi i stället för solljus. Sådana mikroorganismer och deras kemosyntetiska förmåga utnyttjas intensivt av djuren kring källorna.

Vostok antas ligga i en förkastning, där berget har spruckit sönder och bildat en dal. Om så är fallet, finns det kanske sprickor som går djupt ner i den antarktiska underjorden. Vattnet som stiger upp ur dessa sprickor är i så fall uppvärmt och berikat med energirika ämnen, precis som vid spridningsryggarna på havets botten.

Sammansättningen av heliumisotoper i vatten kan avslöja varifrån vattnet kommer. År 2001 publicerades data över olika heliumisotoper och hur mycket det finns av de olika slagen i is från borrhålet vid forskningsstationen ovanför Vostok. Analyserna visade att vattnet i Vostok har en typisk kontinental heliumprofil, långt ifrån den sammansättning som isen borde ha om det finns varma källor i bottnen på Vostok.

Resultatet blev litet av en besvikelse och en antydan om att livsmiljön i Vostok kanske är just så mörk, kall och tråkig som dess plats på jorden antyder.

Men hoppet är faktiskt inte helt ute. I mars 2002 kom en rapport som i detalj beskriver dynamiken i Vostoks is och vatten. Man kom bl a fram till att borrhålet under station Vostok inte är särskilt representativt för större delen av sjön. Snarare speglar det frusna sjövattnet i bottnen på borrhålet situationen i ett mycket grunt område nära den sydvästra sjöstranden. Sista ordet är således inte sagt – det finns fortfarande mycket att utforska i Vostok.

Näring från jordens inre

Även om det inte finns varma källor i Vostok kan det ändå pågå kemosyntes där. I det skandinaviska urbergets djup har jag och mina medarbetare haft förmånen att upptäcka kemosyntetiska mikrober som lever på vätgas och koldioxid. Alla djupa skandinaviska grundvatten som har undersökts innehåller dessa gaser. Mikrober och den nödvändiga energin från vätgas samt koldioxid är på plats.

Livet kan alltså fortgå i underjorden utan vare sig sol eller fotosyntes. Kraften kommer, bokstavligt talat, inifrån. Vätgas och koldioxid pyser hela tiden ut från jordens inre, och det gör det säkert också i Vostok. Det är möjligt att ekosystem liknande dem vi har under Skandinavien finns både i själva sjön Vostok och nere i det förmodat mäktiga bottensedimentet.

Eftersom sjön kan antas stå i kontakt med grundvattensystemet i Antarktis finns möjligheten att mikrober därifrån simmar ut i sjön och att mikrober från sjön tar sig in i grundvattnet. Utan varma källor är det säkert mycket kallt i hela sjön, men under Antarktis, precis som överallt på jorden, stiger temperaturen med djupet i grundvattensystemen.

Långt, långt ner under Vostok finns det kanske stora mängder av kemosyntetiska mikrober. Då och då hälsar de på uppe i sjön och levererar litet nytt organiskt material att leva på för de stackars frusna mikrober som valt Vostok till sitt hem.

En fråga om hygien

Varför borrar forskarna då inte nya hål genom isen ner i vattnet och undersöker sjön ordentligt? Huvudskälet är att det saknas teknik för att göra det utan att man samtidigt förorenar sjön kraftigt. Det kan bli svårt, för att inte säga omöjligt, att avgöra vilka mikrober som fanns i sjön innan man ”punkterade” den.

Vid borrningen måste borrhålet smörjas. Utan ett effektivt smörjmedel, i detta fall fotogen, går det inte att borra. Borren fryser helt enkelt fast. Om man går igenom isen med ett sådant borrhål skulle sjön samtidigt förorenas med stora mängder fotogen, vilket vore synnerligen olyckligt. För närvarande pågår därför diskussioner runt om i världen om vilka möjligheter det finns att ta sig igenom isen och undersöka sjön utan att samtidigt förorena den. Det lär dröja ytterligare några år innan forskarna bestämmer sig för hur, när och var de ska gå genom isen, ner i vad många anser vara världens mest hemlighetsfulla sjö.