Lago Vostok

 Nota: Se procura outros significados, veja Vostok (desambiguação).
Lago Vostok
Localização
Localização Estação Vostok
País Antártica
Características
Área * 14000 km²
Comprimento máximo 250 km
Largura máxima 40 km
Volume * 5400 km³
Mapa do Lago Vostok
Mapa do Lago Vostok
* Os valores do perímetro, área e volume podem ser imprecisos devido às estimativas envolvidas, podendo não estar normalizadas.

O Lago Vostok (em russo: озеро Восток) é o maior dos 675 lagos subglaciais conhecidos da Antártida e o 16.º maior lago do mundo em área. O Lago Vostok está localizado no extremo sul do Polo do Frio, abaixo da Estação Vostok da Rússia, sob a superfície da camada central de gelo da Antártida Oriental, que está a 3 488 m (11 444 ft) acima do nível médio do mar. A superfície deste lago de água doce está aproximadamente 4 000 m (13 100 ft) sob a superfície do gelo, o que a coloca a aproximadamente 500 m (1 600 ft) abaixo do nível do mar.

O lago recebeu o nome da Estação Vostok, cujo nome deriva de Vostok (Восток), o nome de um sloop-of-war, que significa "Leste" em russo (o lago também está localizado na Antártida Oriental). A existência de um lago subglacial foi sugerida pela primeira vez pelo geógrafo russo Andrey Kapitsa com base em sondagens sísmicas realizadas durante as Expedições Soviéticas à Antártida em 1959 e 1964 para medir a espessura da camada de gelo. A pesquisa contínua de cientistas russos e britânicos levou à confirmação final da existência do lago em 1993 por J. P. Ridley usando altimetria a laser do ERS-1.

O gelo sobrejacente fornece um registro paleoclimático contínuo de 400.000 anos, embora a água do lago em si possa ter sido isolada por 15 a 25 milhões de anos. Como o Lago Vostok pode conter um ambiente isolado abaixo do gelo por milhões de anos, as condições podem se assemelhar às dos oceanos cobertos de gelo que se hipotetiza existirem na lua de Júpiter, Europa, e na lua de Saturno, Encélado.

Em 5 de fevereiro de 2012, uma equipe de cientistas russos concluiu o testemunho de gelo mais longo já feito, de 3 768 m (12 400 ft), e perfurou o escudo de gelo até a superfície do lago. O primeiro testemunho de gelo de lago recém-congelado foi obtido em 10 de janeiro de 2013 a uma profundidade de 3 406 m (11 175 ft). No entanto, assim que o gelo foi perfurado, a água do lago subjacente jorrou pelo furo de sondagem, misturando-se com o Freon e o querosene usados para evitar o congelamento do furo. Hipotetiza-se que formas de vida incomuns possam ser encontradas na camada líquida do lago, uma reserva de água fóssil. O projeto de perfuração tem sido contestado por alguns grupos ambientalistas e cientistas que argumentaram que a perfuração com água quente teria um impacto ambiental mais limitado.

Descoberta

Localização do Lago Vostok na Antártida Oriental

O cientista russo Peter Kropotkin propôs pela primeira vez a ideia de água doce sob as camadas de gelo da Antártida no final do século XIX. Ele teorizou que a tremenda pressão exercida pela massa cumulativa de milhares de metros verticais de gelo poderia diminuir o ponto de fusão nas partes mais baixas da camada de gelo até o ponto em que o gelo se tornaria água líquida. A teoria de Kropotkin foi desenvolvida pelo glaciologista russo Igor Zotikov, que escreveu sua tese de PhD sobre este assunto em 1967.

O geógrafo russo Andrey Kapitsa usou sondagens sísmicas na região da Estação Vostok feitas durante a Expedição Soviética à Antártida em 1959 e 1964 para medir a espessura da camada de gelo. Em meados da década de 1990, Kapitsa foi convidado a participar de um simpósio sobre a Antártida pelo Scott Polar Research Institute em Cambridge e durante esse período ele percebeu que os dados coletados em suas expedições anteriores demonstravam a presença de água no gelo. A pesquisa contínua de cientistas russos e britânicos levou à confirmação final da existência do lago em 1993 por J. P. Ridley usando altimetria a laser do ERS-1.

Quando cientistas britânicos na Antártida realizaram levantamentos aéreos com radar de penetração no gelo no início da década de 1970, eles detectaram leituras de radar incomuns no local que sugeriam a presença de um lago de água doce líquida abaixo do gelo. Em 1991, J. P. Ridley, um especialista em sensoriamento remoto do Mullard Space Science Laboratory da University College London, direcionou o satélite ERS-1 para voltar seu conjunto de alta frequência para o centro da calota de gelo antártica. Os dados do ERS-1 confirmaram as descobertas dos levantamentos britânicos de 1973, mas esses novos dados não foram publicados no Journal of Glaciology até 1993. O radar baseado em satélite revelou que este corpo de água doce subglacial é um dos maiores lagos do mundo, e um dos cerca de 140 lagos subglaciais da Antártida. Cientistas russos e britânicos delinearam o lago integrando uma variedade de dados, incluindo observações de imagem de radar aérea de penetração no gelo e altimetria de radar baseada em satélite, e a descoberta do lago foi publicada na revista científica Nature em 20 de junho de 1996. Foi confirmado que o lago contém grandes quantidades de água líquida sob a calota de gelo com mais de 3-quilômetro-thick (1,9 mi) de espessura. O lago tem pelo menos 22 cavidades de água líquida, com média de 10 quilômetros (6 mi) cada.

A estação que dá nome ao lago comemora o Vostok (Восток), o navio sloop-of-war de 900 toneladas navegado por um dos descobridores da Antártida, o explorador russo Almirante Fabian von Bellingshausen. Como a palavra Vostok significa "Leste" em russo, os nomes da estação e do lago também refletem o fato de estarem localizados na Antártida Oriental.

Em 2005, foi encontrada uma ilha na parte central do lago. Então, em janeiro de 2006, a descoberta de dois lagos menores próximos sob a calota de gelo foi publicada; eles são chamados de 90 Degrees East e Sovetskaya. Suspeita-se que esses lagos subglaciais antárticos possam estar conectados por uma rede de rios subglaciais. Glaciologistas do Centre for Polar Observation & Modelling propõem que muitos dos lagos subglaciais da Antártida estão pelo menos temporariamente interconectados. Devido à pressão variável da água em lagos individuais, grandes rios subterrâneos podem se formar subitamente e então forçar grandes quantidades de água através do gelo sólido.

História geológica

A África separou-se da Antártida há cerca de 160 milhões de anos, seguida pelo subcontinente indiano, no início do Cretáceo (cerca de 125 milhões de anos atrás). Há cerca de 66 milhões de anos, a Antártida (então conectada à Austrália) ainda tinha um clima tropical a subtropical, completa com fauna marsupial e uma extensa floresta tropical temperada.

A bacia do Lago Vostok é uma pequena feição tectônica (com 50-quilômetro-wide (31 mi)) dentro do cenário geral de uma zona de colisão continental de várias centenas de quilômetros de largura entre a Cordilheira Gamburtsev, uma cordilheira subglacial, e a região de Dome C. A água do lago repousa sobre um leito de sedimentos com 70 metros (230 ft) de espessura, oferecendo a possibilidade de que eles contenham um registro único do clima e da vida na Antártida antes da formação da calota de gelo.

Características

Estação Vostok

Estima-se que a água do lago tenha sido selada sob a espessa camada de gelo há cerca de 15 milhões de anos. Inicialmente, pensava-se que a mesma água compunha o lago desde o momento de sua formação, dando um tempo de residência da ordem de um milhão de anos. Pesquisas posteriores de Robin Bell e Michael Studinger do Lamont–Doherty Earth Observatory da Columbia University sugeriram que a água do lago está continuamente congelando e sendo levada pelo movimento da camada de gelo da Antártida, enquanto é substituída por água que derrete de outras partes da camada de gelo nessas condições de alta pressão. Isso resultou em uma estimativa de que todo o volume do lago é substituído a cada 13.300 anos – seu tempo médio efetivo de residência.

A temperatura natural mais baixa já observada na Terra, −89 °C (−128 °F), foi registrada na Estação Vostok em 21 de julho de 1983. A temperatura média da água é calculada em torno de −3 °C (27 °F); ela permanece líquida abaixo do ponto de congelamento normal devido à alta pressão do peso do gelo acima dela. O calor geotérmico do interior da Terra pode aquecer o fundo do lago.

O Lago Vostok é um ambiente extremo oligotrófico, que se espera estar supersaturado com nitrogênio e oxigênio, medindo 2,5 litros (0,088 cu ft) de nitrogênio e oxigênio por 1 kg (2,2 lb) de água, ou seja, 50 vezes maior do que as encontradas tipicamente em lagos de água doce comuns na superfície da Terra. O peso e a pressão em torno de 345 bars (5 000 psi) da calota de gelo continental sobre o Lago Vostok são estimados como contribuintes para a alta concentração de gás.

Além de se dissolver na água, o oxigênio e outros gases ficam presos em um tipo de estrutura chamada clatrato. Nas estruturas de clatrato, os gases são encerrados em uma gaiola de gelo e se parecem com neve compactada. Essas estruturas se formam nas profundezas de alta pressão do Lago Vostok e se tornariam instáveis se trazidas à superfície.

Em abril de 2005, pesquisadores alemães, russos e japoneses descobriram que o lago tem marés. Dependendo da posição do Sol e da Lua, a superfície do lago sobe cerca de 12 mm (0,47 in). O lago está em completa escuridão, sob 355 bar (5 150 psi) de pressão, e espera-se que seja rico em oxigênio, portanto, especula-se que quaisquer organismos que habitam o lago possam ter evoluído de uma maneira única para este ambiente. Há uma anomalia magnética de 1 microtesla na costa leste do lago, abrangendo 105 por 75 km (65 por 47 mi). Os pesquisadores hipotetizam que a anomalia pode ser causada por um afinamento da crosta terrestre naquele local.

Microrganismos vivos da espécie Hydrogenophilus thermoluteolus foram encontrados em perfurações profundas de núcleos de gelo do Lago Vostok; eles são uma espécie existente que vive na superfície. Isso sugere a presença de uma biosfera profunda utilizando um sistema geotérmico do leito rochoso que circunda o lago subglacial. Há otimismo de que a vida microbiana no lago possa ser possível apesar da alta pressão, frio constante, baixo aporte de nutrientes, alta concentração potencial de oxigênio e ausência de luz solar. A lua de Júpiter, Europa, e a lua de Saturno, Encélado, provavelmente também abrigam lagos ou oceanos abaixo de uma espessa crosta de gelo. Qualquer confirmação de vida no Lago Vostok pode fortalecer a perspectiva da presença de vida em luas geladas.

O Lago Vostok mede 250 km (160 mi) de comprimento por 50 km (30 mi) de largura em seu ponto mais largo, cobre uma área de 12 500 km2 (4 830 sq mi) tornando-o o 16.º maior lago por área de superfície. Com uma profundidade média de 432 m (1 417 ft), tem um volume estimado de 5 400 km3 (1 300 mi3), tornando-o o 6.º maior lago por volume.

Pesquisa

Testemunhos de gelo perfurados na Estação Vostok, que aparece ao fundo

Pesquisadores que trabalham na Estação Vostok produziram um dos testemunhos de gelo mais longos do mundo em 1998. Uma equipe conjunta russa, francesa e americana perfurou e analisou o testemunho, que tem 3 623 m (11 886 ft) de comprimento. Amostras de gelo de testemunhos perfurados perto do topo do lago foram avaliadas como tendo até 420.000 anos. A suposição é que o lago foi selado da superfície desde que a camada de gelo foi formada há 15 milhões de anos. A perfuração do testemunho foi deliberadamente interrompida aproximadamente 100 m (300 ft) acima do limite suspeito entre a camada de gelo e as águas líquidas do lago. Isso foi para evitar a contaminação do lago com a coluna de 60 toneladas de Freon e querosene usados para evitar que o furo desabasse e congelasse.

Deste testemunho, especificamente de gelo que se acredita ter se formado a partir do congelamento da água do lago na base da camada de gelo, foram encontrados micróbios extremófilos, sugerindo que a água do lago sustenta vida. Os cientistas sugeriram que o lago poderia possuir um habitat único para bactérias antigas com um pool genético microbiano isolado contendo características desenvolvidas talvez há 500.000 anos.

Corte transversal artístico da perfuração do Lago Vostok

Em janeiro de 2011, o chefe da Expedição Russa à Antártida, Valery Lukin, anunciou que sua equipe tinha apenas 50 m (200 ft) de gelo restante para perfurar a fim de alcançar a água. Os pesquisadores então mudaram para uma nova cabeça de perfuração térmica com um fluido de óleo de silicone "limpo" para perfurar o resto do caminho. Em vez de perfurar todo o caminho até a água, eles disseram que parariam logo acima dela quando um sensor na perfuratriz térmica detectasse água livre. Nesse ponto, a perfuratriz seria parada e extraída do furo. A remoção da perfuratriz diminuiria a pressão abaixo dela, puxando a água para o buraco para ser deixada congelar, criando um tampão de gelo no fundo do buraco. A perfuração parou em 5 de fevereiro de 2011 a uma profundidade de 3 720 m (12 200 ft) para que a equipe de pesquisa pudesse sair do gelo antes do início da temporada de inverno antártico. A equipe de perfuração partiu de avião em 6 de fevereiro de 2011.

Conforme planejado, no verão seguinte, a equipe deveria perfurar novamente para colher uma amostra daquele gelo e analisá-lo. Os russos retomaram a perfuração no lago em janeiro de 2012 e alcançaram a superfície superior da água em 6 de fevereiro de 2012.

Resultados biológicos

Reino Unido e Estados Unidos

Os cientistas relataram pela primeira vez evidências de micróbios no gelo de acreção em 1999. Desde então, uma equipe diferente liderada por Scott O. Rogers vem identificando uma variedade de bactérias e fungos no gelo de acreção (não na camada de água subglacial) coletados durante projetos de perfuração dos EUA na década de 1990. Segundo ele, isso indica que o lago abaixo do gelo não é estéril, mas contém um ecossistema único. Então, Scott Rogers publicou em julho de 2013 que sua equipe realizou o sequenciamento de ácido nucleico (DNA e RNA) e os resultados permitiram deduzir as vias metabólicas representadas no gelo de acreção e, por extensão, no lago. A equipe encontrou 3.507 sequências de genes únicas, e aproximadamente 94% das sequências eram de bactérias e 6% eram de Eukarya. Classificações taxonômicas (para gênero e/ou espécie) ou identificação foram possíveis para 1.623 das sequências. Em geral, os táxons eram semelhantes a organismos previamente descritos de lagos, água salobra, ambientes marinhos, solo, geleiras, gelo, sedimentos lacustres, sedimentos de mar profundo, fontes termais de mar profundo, animais e plantas. Sequências de organismos aeróbicos, anaeróbicos, psicrófilos, termófilos, halófilos, alcalófilos, acidófilos, resistentes à dessecação, autótrofos e heterótrofos estavam presentes, incluindo várias de eucariotos multicelulares. No estudo de 2013, a presença de bactérias que habitam os intestinos de peixes também foi relatada.

O microbiologista David Pearce, da Universidade de Northumbria, em Newcastle, no Reino Unido, afirmou que o DNA pode ser simplesmente contaminação do processo de perfuração, e não representativo do próprio Lago Vostok. Os testemunhos de gelo antigos foram perfurados na década de 1990 para procurar evidências de climas passados enterrados no gelo, e não para vida, portanto, o equipamento de perfuração não foi esterilizado. Além disso, Sergey Bulat, especialista no Lago Vostok no Instituto de Física Nuclear de Petersburgo, em Gatchina, na Rússia, duvida que qualquer uma das células ou fragmentos de DNA nas amostras pertença a organismos que possam realmente existir no lago. Ele diz que é muito provável que as amostras estejam fortemente contaminadas com tecidos e micróbios do mundo exterior. A possibilidade de contaminação foi refutada por Scott Rogers.

Em 2020, Colby Gura e Scott Rogers estenderam seu estudo do gelo de acreção do Lago Vostok, bem como do gelo basal que flui para o lago. Eles descobriram que o gelo basal continha uma comunidade de organismos quase completamente diferente em comparação com os encontrados no gelo de acreção do lago, indicando que eles significavam dois ecossistemas completamente diferentes. Bactérias e eucariotos adicionais foram relatados. A maior diversidade de organismos no gelo do lago foi significativamente associada (p<0,05) a concentrações mais altas de íons e aminoácidos. O estudo de 2020 novamente encontrou a presença de bactérias que habitam os intestinos de peixes e uma sequência molecular mais próxima de um peixe-rocha comum na costa da Antártida, Notothenia coriiceps, que produz proteínas anticongelantes.

Rússia e França

Em 2013, cientistas russos realizaram estudos de DNA molecular a partir de amostras de água coletadas do Lago Vostok. Os cientistas conseguiram identificar 255 espécies contaminantes, mas também encontraram uma bactéria desconhecida quando perfuraram inicialmente a superfície do lago em 2012, sem correspondências em nenhum banco de dados internacional, e esperam que ela possa ser um habitante único do Lago Vostok. No entanto, Vladimar Korolev, o chefe do laboratório do estudo na mesma instituição, disse que as bactérias poderiam, em princípio, ser um contaminante que usa querosene — o anticongelante usado durante a perfuração — como fonte de energia.

Em janeiro de 2015, a imprensa russa afirmou que os cientistas russos fizeram um novo furo "limpo" no Lago Vostok usando uma sonda especial de 50 quilogramas que coletou cerca de 1 litro de água não adulterada pelo fluido anticongelante. A tecnologia de perfuração usada provou ser inadequada para coletar água líquida em geral e amostras limpas em particular e os resultados não foram relatados. Foi previsto que a água subiria 30–40 m na parte inferior do furo, mas na verdade a água subiu do lago para uma altura de mais de 500 m. Em outubro do mesmo ano, o trabalho foi suspenso para aquele verão austral por falta de financiamento do governo federal russo.

Em 2019, o governo russo ordenou que um novo complexo de inverno fosse instalado na estação de pesquisa do Lago Vostok, financiado em parte pelo bilionário russo Leonid Mikhelson. Este complexo será capaz de abrigar 35 pessoas no verão, 15 no inverno e terá 4 geradores a diesel com capacidade de 200 quilowatts cada. O novo complexo, composto por 133 módulos, foi entregue à Estação Progress em dezembro de 2021 e será transportado para a estação de pesquisa do Lago Vostok e instalado nos próximos quatro anos.

Contaminação por fluidos de perfuração

O projeto de perfuração tem sido contestado por alguns grupos ambientalistas e cientistas que argumentaram que a perfuração com água quente teria um impacto ambiental mais limitado. A principal preocupação é que o lago possa ser contaminado com o anticongelante que os russos usaram para evitar o recongelamento do furo. Cientistas do United States National Research Council assumiram a posição de que deve-se presumir que a vida microbiana existe no Lago Vostok e que, após um longo isolamento, quaisquer formas de vida no lago requerem proteção estrita contra contaminação.

A técnica de perfuração original empregada pelos russos envolvia o uso de Freon e querosene para lubrificar o furo e evitar que ele desabasse e congelasse; 60 toneladas curtas (54 t) desses produtos químicos foram usados até agora no gelo acima do Lago Vostok. Outros países, particularmente os Estados Unidos e a Grã-Bretanha, não conseguiram persuadir os russos a não perfurar o lago até que tecnologias mais limpas, como a perfuração com água quente, estivessem disponíveis. Embora os russos afirmem ter melhorado suas operações, eles continuam a usar o mesmo furo, que já foi contaminado com querosene. De acordo com o chefe das Expedições Russas à Antártida, Valery Lukin, novos equipamentos foram desenvolvidos por pesquisadores do Instituto de Física Nuclear de Petersburgo que garantiriam que o lago permanecesse sem contaminação após a intrusão. Lukin tem repetidamente tranquilizado outras nações signatárias do Sistema do Tratado da Antártida de que a perfuração não afetará o lago, argumentando que, na ruptura, a água jorrará pelo furo, congelará e selará os outros fluidos.

Alguns grupos ambientalistas permanecem não convencidos por esses argumentos. A Antarctic and Southern Ocean Coalition argumentou que essa maneira de perfurar é um passo profundamente equivocado que coloca em perigo o Lago Vostok e outros lagos subglaciais na Antártida (que alguns cientistas estão convencidos de que estão interligados com o Lago Vostok). A coalizão afirmou que "seria muito preferível se juntar a outros países para penetrar em um lago menor e mais isolado antes de reexaminar se a penetração do Lago Vostok é ambientalmente defensável. Se formos sábios, o Lago será autorizado a revelar seus segredos no devido tempo."

Lukin afirma que a perfuração com água quente é muito mais perigosa para a fauna microbiotica, pois ferveria as espécies vivas e perturbaria toda a estrutura das camadas de água do lago. Além disso, a perfuração com água quente exigiria mais energia do que a expedição russa poderia gerar em seu acampamento remoto. No entanto, as amostras de água obtidas pela equipe russa estavam fortemente contaminadas com fluido de perfuração, portanto, eles relataram em maio de 2017 que era impossível naquele momento obter dados confiáveis sobre a composição química e biológica real da água do lago.

Ver também

Referências

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