凍結?動結!

沈克

時值極夜季節，南極再度陷入寒冷的長夜之中。英國南極調查隊（BAS）早已離開南極，結束了上一個階段的科學考察任務，等待下個研究季節的到來。限于南極氣候條件，科學家們只能在南半球的夏季，即11月份到2月份期間展開研究工作。就在這個研究季節，英調查隊開始了籌劃多年的南極艾斯沃斯湖(Lake Ellsworth)鉆探計劃。

艾斯沃斯湖屬于南極冰蓋下已知的淡水湖泊之一，由于壓力和地熱的緣故，這些冰層深處的湖泊保持著液態，與世隔絕超過數千萬年。根據“極端微生物”的理論，每一個冰下湖泊，都代表一個獨特的環境，也造就了生存于其中的獨特生物：適應極端環境，嗜冷、嗜壓、極端厭氧或者厭光。 南極研究專家由此推斷，極端微生物可以在南極冰下湖環境中生存，通過吞食巖石中的礦物質獲取能量：“但這一說法一直飽受爭議，只有真正的取樣化驗可以平息爭端。”

英俄的冰下競賽

三千米冰層之下還未等到下個研究季節的到來，趕在BAS正式啟動鉆探計劃之前，俄羅率先發布了鉆透冰蓋的消息。《國家地理雜志》率先證實了俄羅斯方面的報告，確認他們在今年早些時候打通了了南極冰蓋，抵達位于厚度為3766米冰下的沃斯托克湖—1.5萬平方公里，是目前已知的面積最大的冰下湖，沃斯托克湖面溫度為零下3.5°C，湖水平均深度400米。意味著經過了二十多年的努力，俄羅斯成為了全世界首個接觸到南極冰蓋下方湖泊的國家，也意味著“人類首次發現了與世隔絕1500萬到3000萬年的流動湖水”。

盡管俄羅斯高調地宣布了抵達冰下湖的消息，但《國家地理雜志》認為“很難說俄羅斯就是這場探索冰下湖競賽的大贏家”，原因可能在俄羅斯鉆透冰蓋的方式和研究能力。俄羅斯的沃斯托克站站長Yelagin卻強調他們的鉆探方案沒有問題，盡管俄羅斯科考隊采用煤油座位鉆探液，以防止鉆頭結冰。但在鉆探的最后部分，他們采用惰性化學液體塞住洞的底部，并用加熱的方式來鉆探最后部分，以代替機械鉆頭，以防止對湖水造成污染：“當我們在鉆到3623米，接觸到冰湖后，湖水在壓力下回流入洞中約30-45米，凍住形成冰塞，從而將這世界上最純凈的湖水與外界再度隔離開來。”

在最近的南極條約協商會議期間，俄羅斯計劃提交一份環境評估報告，分析鉆探對沃斯托克湖的影響，并計劃在2012～2013的南極夏季，把水下機器人送入沃斯托克湖，采集湖水樣本和湖底沉積物樣本。

相比俄羅斯，英國人探秘冰下湖的計劃則顯得不那么著急。艾斯沃斯湖項目的負責人馬丁·賽格特教授(Martin Siegert)解釋說：“我們為探索這個隱匿世界的計劃準備了將近 15年。直到現在，我們才具備穿透南極冰層和收集樣本的知識及技術，且不污染冰層之下的世外之境。這是一項前沿科學項目，擁有最先進的工程學知識和技術，因為我們的團隊由來自英國環境研究委員會的工程師，以及八所英國大學的科學家組成，致力與發現隱藏在這三千米之堅冰之下沉積物里的秘密。”

按照計劃，英國項目研究團隊將在這個研究季節里，利用來自融化的冰川、經過過濾和紫外線輻射處理的熱水來對艾斯沃斯湖進行鉆孔。他們認為這種技術對環境更加安全。“另一個原因是它的速度很快，” 賽格特教授說，“俄羅斯花費了數年時間，采用機械鉆頭鑿穿厚厚的冰晶體，觸及沃斯托克湖。而我們的團隊將只需三天，就能融化冰層抵達艾斯沃斯湖。”

俄羅斯卻對英國聲稱使用的“熱水鉆”清潔技術不以為然，其南極任務負責人瓦列里·盧金（Valery Lukin）有個搞笑的說法：“想象一下古老的艾斯沃斯湖：從未被人類觸及過，經過數千萬年的進化，也許已經有新生命就在那兒繁衍開了。但是英國人去了，一鍋開水倒進去，這難道是要我們研究微生物湯？”

外星湖有生命

在著名的德雷克方程中，德雷克列出了在預測“到底探測外星智能生命有多么困難”這個問題上的所有影響因素。只要將所有這些因素相乘就可以得出一個數字N，而N這正是我們的銀河系中可以探測到的文明總數。其中有個重要參數是“具有相應條件的行星上能夠誕生生命的幾率”。目前的研究結果是從接近0到20%不等。有人認為這個參數接近于零，地球上多細胞生命的出現是一系列事件與環境結合的產物，這樣的組合非常特殊且偶然，僅僅出現了一次。而有些人則認為，這個數字應該是100%—只要生命有可能存在，那么這顆行星上終將進化出生命。

科學家相信極端微生物的存在，這個星球留給人類獨特的生物資源和極其珍貴的科研素材，就是解開這個參數之迷的關鍵鑰匙。而南極，作為地球上唯一一片無主大陸，其冰蓋之下存在著與世隔絕超過數千萬年的淡水湖泊：完全的黑暗，超高氧濃度，高壓，高寒，低養分，恰好成就了孕育極端微生物的絕佳環境。

俄羅斯鉆透的沃斯托克湖，不僅是地球上已知的最大超純凈水系，含水量堪比安大略湖，約有5400立方千米，其水質比經過雙層凈化的蒸餾水還要干凈許多。沃斯托克還被稱為“外星湖”，因其深埋于冰雪之下長達2500萬年之久，環境與木星的第六顆已知衛星歐羅巴的地下湖的情況極其相似，地熱使得冰層下的湖水處于流動狀態。

因為這些原因，俄羅斯所進行的探索項目受到了俄太空署和美國航空航天局的密切關注。等到明年夏天，俄羅斯科學家將會返回沃斯托克站，繼續對冰川湖的湖水取樣，甚至派潛水機器人至冰湖底部收集沉積物。與此同時，英調查隊的計劃則在有條不紊的進行：先頭部隊已經將近70噸的科研儀器運送到了南極西部冰原，為下個研究季節做好了充分準備。今年底，一個由多名科學家和工程師組成的科研組，將會利用熱水鉆探技術在冰面上鉆出一個近3公里深的鉆孔，然后投放鈦探測器，用來挖掘湖床上的沉積物的巖芯提取器測量和收集水樣。

冰下湖里面有什么樣的生物？背負著這樣的命題，人類因此從未停止過探索極端環境里的生物，正如卡梅隆不久前造訪馬里亞納海溝深淵，而生命也未停止過挑戰和顛覆人類對其的認識，使人類常懷敬畏之心，在19世紀，人們還認為生命是不可能在極端環境例如深海存活。探索南極生命，讓我們不得不對生命理論重新進行檢視與定義，也許上述的參數也會隨之改變。生命—以及出現生命所必需的環境—也許并不像我們之前認為的那樣稀有。

〔對話英國南極調查隊項目負責人馬丁·賽格特教授〕

生命存在的模樣

記者：南極地下真的有液態水存在？

馬丁：這是真的。原因很簡單，一方面，地球表面的地熱流給冰蓋底床加溫，另一方面，數千米厚的冰蓋成為了性能優良的絕緣體，使底部免受地面極端低溫的影響。底部冰溫上升到壓融點并使剩余的熱量用于融化冰層，于是出現了液態水。你可以想象成地熱流上面蓋了一層厚厚的毯子。

記者：為什么大家都對冰下湖感興趣？

馬丁：關于它，我們想知道的事兒太多了。15年前，有科學家推測南極冰蓋下面的液態水中可能有生命存在，那里是非常極端的環境。我們想知道生命怎樣在那里存活，想知道它們是什么樣的生物，甚至就是想知道是否有生命能在那里存在。

記者：所以，這個鉆探計劃的目的是？

馬丁：取得湖水和沉積物樣本，坦白說，要做到這一點就非常困難。我們要鉆透3公里的冰蓋，但得用一種非常清潔的方式，需要既不會污染湖水，也不會影響所獲取的標本。在把樣本完全隔離之后，才能帶回地面實驗室研究。

記者：如果艾斯沃斯湖里已經有生命存在，怎樣才能確保它不受到外界污染？

馬丁：如果我們不能確保有這樣的能力，寧愿停止鉆探計劃。我們現在使用的是熱水鉆。跟傳統的機械鉆探技術相比，熱水鉆的時間更快，也更清潔，基本上是目前鉆透冰蓋、抵達冰下湖的最快捷有效的方式。

記者：熱水鉆是怎樣工作的？

馬丁：熱水鉆類似一個復合鍋爐和灑水的系統。我們采集雪水，過濾之后加熱至97攝氏度，由長達3.4公里的軟管連接，通過鉆頭噴出。這樣可以一路通往冰層底部，融化出一個直徑為36厘米，平滑規整的孔。過這個孔，探頭能夠深入冰下湖的不同深度，收集湖水和沉積物樣本，在鉆孔重新結冰之前，采集樣本的時間大約有24小時。整個過程就是和時間賽跑。

記者：采集到樣本之后，會怎樣處理？

馬丁：帶回地面實驗室分析。有人說這像一個太空任務，因為艾斯沃斯湖跟木衛二的環境極其相似。有人推測木衛二上可能存在生命，我們在南極的實驗或許成為了檢驗這一假設的重要依據之一。或許會花上20年，或者50年，但我們所做的一切或許對未來的研究，能提供些許的幫助。