Viitisentoista vuotta sitten Etelämanner hämmästytti tutkijat jäänalaisilla vesistöillään. Mantereen kivipinnalla, piilossa paksun jääpeitteen alla oli kyllä arveltu olevan yksittäisiä sulaveden muodostamia järviä, mutta yhdysvaltalainen tutkimus osoitti, että ne olivatkin osa isoa ja eläväistä järvien järjestelmää.
Kaukokartoitussatelliitin kuviin perustuva tutkimus löysi lukuisia järviä, jotka välillä täyttyvät, välillä tyhjentyvät Eteläiseen jäämereen.
Yhdysvaltain avaruushallinnon Nasan ICESat-satelliitin matka on jo päättynyt tulisena syöksynä maapallon ilmakehään. Muutama vuosi sitten avaruuteen laukaistiin ICESat-2 jatkamaan edeltäjänsä työtä jääpeitteiden paksuuden mittaajana entistä tarkemmin silmin.
Järvien tyhjentyminen ja täyttyminen – rantojen vetäytyminen tai laajeneminen – aiheuttaa jääpeitteen pinnalla muutoksia, muun muassa poikkeuksellista sileyttä, jonka satelliitti pystyy panemaan merkille.
Mittauksissa on nyt löydetty kaksi uutta järveä ja saatu paljon muuta uutta tietoa. Aivan kuin olisi pannut silmälasit päähän, kuvailee Coloradon CSM-yliopiston geofysiikan apulaisprofessori Matthew Siegfried CESat-2:n havaintojen tarkkuutta verrattuna edeltäjäänsä.
Jään ja kallioperän välisellä järvijärjestelmällä on monia glasiologisia, mikrobiologisia ja oseanografisia vaikutuksia, sanoo Geophysical Research Letters -lehdessä julkaistua tutkimusta johtanut Siegfried Nasan verkkosivulla.
- Oseanografia eli meritiede tutkii valtamerten maantieteellisiä, geologisia, kemiallisia, fysikaalisia ja biologisia ominaisuuksia
- Glasiologia eli jäätikkötiede tutkii erilaisten jäätiköiden, merten jääpeitteiden ja jäähyllyjen muodostumista, ominaisuuksia, liikkeitä ja roolia luonnon kokokuvassa
Tutkimuksessa yhdistettiin kahden ICESatin dataa myös Euroopan avaruusjärjestön Esan jäämittaussatelliitin CryoSat2:n antamiin tietoihin.
ICESat-2 on kunkin alueen yllä vain kerran kolmessa kuukaudessa, mutta yhdistelmästä tutkijat saivat yhtenäisen kuvan siitä, mitä järvissä tapahtui vuosina 2003–2020.
Jäänalaisten vesien liikkeet ovat yksi suurimmista fyysisistä epävarmuustekijöistä sen ennustamisessa, mitä jääpeitteelle tulevaisuudessa tapahtuu, tutkimus toteaa. Liikkuessaan vesi toimii liukasteena myös jäätikölle.
ICESat-2:n laserkorkeusmittausten antamat yksityiskohtaiset tiheys- ja paikkatiedot kertovat aiempaa kattavammin sekä järvien aktiivisuudesta että jäänalaisista hydrologisista prosesseista, Siegfried sanoo.
Jäänalaisia järviä syntyy, koska painavan jääpeitteen aiheuttama paine sulattaa jäätä. Myös maapallon sisäinen geoterminen energia vaikuttaa sulamiseen.
Kaksi uutta tulokasta järvien joukkoon sijaitsevat Länsi-Antarktiksella ennestään tunnettujen isojen ja aktiivisten Conwayn ja Mercerin jääjärvien vieressä. Niinpä nimiksi annettiin Pikku Conway ja Pikku Mercer.
Ensimmäiseltä ICESatilta ne saattoivat jäädä havaitsematta siksi, että välimatka isompiin kaimoihin on lyhyt, tutkijat arvelevat.
Conwayn ja Mercerin hallitsema järjestelmä näytttää olevan tyhjentymässä jo kolmatta kertaa sitten ICESat-havaintojen alkamisen.
Järvien veden arvioidaan soljuvan pikku hiljaa mereen, mutta valumareittejä on vielä paljon vaikempi havaita jään alta kuin järviä.
Vajaa vuosikymmen sitten Etelämantereen länsilaidalta Whillansinjärven 800-metrisen jääpeitteen alta otettiin vesi- ja pohjanäytteitä. Tutkijat ilahtuivat: Mikrobeja!
Kun teenruskeaa vettä ja pohjasta kairattuja sedimenttejä on tutkittu, niistä on paljastunut yllättävän iso yhteisö, joka on elänyt satatuhatta vuotta pimeydessä.
Lajimääärä on lähes neljätuhatta. Tavallisessa järvessä määrä voi olla tutkijoiden mukaan jokseenkin sama, joskin kirjo on erilainen.
– Oletimme löytävämme laimentuneen elinympäristön, jossa ei tapahtuisi juuri mitään, myöntää Michiganin teknillisen yliopiston mikrobiologi Trista Vick-Majors AGU-tiedejärjestön Eos-lehdessä.
Whillans on osa järvistöä, jonka vesi virtaa Eteläiseen jäämereen Rossinmeren jäähyllyn juureen ja ruokkii ravinteillaan meren planktonia. Se puolestaan on perusta ravintoketjulle, jonka huipulla ovat pingviinit, hylkeet ja valaat.
Whillansista mereen päätyvien ravinteiden perusteella jääjärvien mikrobeilla näyttää olevan tärkeä rooli ketjun alkupäässä, kertoi viimevuotinen yhdysvaltalaistutkimus. Vastikään löydetyt kaksi järveä sijaitsevat samalla seudulla.
Ravinteita syntyy, vaikka fotosynteesi ei jääjärvissä onnistu. Ilman auringonvaloa tarvitaan toisenlaista yhteyttämistä, kemosynteesiä, jossa mikrobit saavat energiansa hapettamalla epäorgaanisia yhdisteitä.
Yhdelle mikrobille kelpaa rikki, toiselle rauta, kolmannelle metaani, joka tosin tavataan lukea orgaaniseksi yhdisteeksi. Kun yksi mikrobi kuolee, toinen syö sen. Kaikki mahdolliset energianlähteet käytetään tarkasti hyväksi.
– Whillans on kuin pieni biologinen reaktori, Global Biogeochemical Cycles -lehdessä julkaistua tutkimusta johtanut Vick-Majors kuvailee.
Viime kuussa julkaistiin Nature-tiedelehtiperheen Communcation Earth & Environment -lehdessä kansainvälinen tutkimus, joka esitti yhden uuden selityksen sille, mistä jääjärvien mikrobeille riittää ravinteita.
Tutkimuksen mukaan selitys on kallioperän eroosio, se sama, jonka takia Whillansista nostetut vesinäytteet olivat ruskeita kuin tee. Vaikka jääjärven vettä ei liikuta tuuli eikä Aurinko, geoterminen energia riittää tuottamaan kylliksi liikettä, jotta sedimentissä tapahtuu pikku hiljaa eroosiota.
Mikrobit pääsivät näyttämään elinkykynsä tutkijoiden luomassa eroosiojäljitelmässä. Sitä varten murskattiin Whillansin sedimenttiä, kasteltiin se ja pantiin noin nolla-asteiseen hapettomaan ympäristöön. Sellaiset ovat Whillansin mikrobien kotiolosuhteetkin.
Kokeet osoittivat, että sedimenttien eroosio kykenee tarjoamaan muun muassa liki neljänneksen metaanista, jota metanotrofi-arkeonit tarvitsevat energianlähteeksi.
Aiemmissa tutkimuksissa on arveltu, että mikrobien ravinto on kaikuja kaukaa menneisyydestä, muinaisesta eloperäisestä materiaalista. Alueella velloi meri useaan otteeseen, ennen kuin jää otti lopullisesti vallan.
Tuoreiden tulosten perusteella sedimentistä rapautuu järviin uutta syötävää. Tutkimusartikkelin pääkirjoittaja, brittiläisen Bristolin yliopiston tutkijatohtori Beatrix Gill Olivas, on varovaisen valmis laajentamaan Whillansista saatuja tuloksia koko järvijärjestelmään.
Hän myöntää, etteivät laboratoriokokeet vastaa jäänalaisen eroosion todellista laajuutta. Ne ovat kuitenkin vinkki siitä, mitä sedimenttien rikkoontuminen voi tarkoittaa ekosysteemille.
– Yläjuoksulla tapahtuva eroosio saattaa olla tärkeiden yhdisteiden lähde, joka pitää yllä kukoistavia mikrobiyhteisöjä, Gill Olivas sanoo.
Antarktiksen järviä tunnetaan jo yli 400. Kaikki eivät ole yhteyksissä toisiin. Joukossa on myös sellaisia, jotka ovat olleet aivan omissa oloissaan miljoonia vuosia.
Jos niissä on eliöitä, ne voivat olla lajeina yhtä vanhoja ja saattaisivat siis kertoa, miten elämä maapallolla on sopeutunut äärimmäisen kylmiin olosuhteisiin. Niitä planeettamme menneisyydessä on ollut muuallakin kuin napojen ympäristössä.
Antarktiksen jääjärvien mikrobitutkimus on hyvin kiinnostavaa myös astronomeille eli sen jäljittämiselle, voisiko Jupiterin ja Saturnuksen kuiden ja Marsin jääpeitteen alla olla mikrobeja.
Vaikka vaihtuvavetisten järvien mikrobien jäljille on nyt päästy, eristyneiden järvien mahdollinen elämä on yhä arvoitus. Science Advances -lehdessä alkuvuonna julkaistussa brittiläis-ranskalaisessa tutkimuksessa puntaroidaan, mistä mikrobeja parhaiten kannattaisi pyydystää.
Todennäköisimpänä paikkana mikrobeillle pidetään pohjasedimenttejä, mutta sieltä niitä on hyvin vaikea tavoittaa. Geotermisen lämmön aiheuttaman liikkeen vuoksi tutkijat ovat samoilla linjoilla kuin Whillansin sedimentin tutkijat.
– Virtaus on itse asiassa varsin dynaamista; se riittää levittämään hienojakoista sedimenttiä veteen. Koko järvi voi olla elinkelpoinen, vaikka pohjassa olisi eniten elämää, arvioi tutkimusta johtanut ranskalaisen UCBL-yliopiston ja Britannian Antraktiksen tutkimuslaitoksen geofyysikko Louis Couston.
Lue myös:
Tutkimus: Etelämantereella rehotti aikoinaan sademetsä
Jäämeren menneisyys yllätti tutkijat: Jäämeri on ollut kahdesti iso kulhollinen makeaa vettä