この夏、Alex Anesioは北極の氷床の何千もの穴に囲まれた3週間を過ごすことになります。 彼と彼のチームは、巨大で不安定なクレバスに引き裂かれた風景に囲まれた、最も近い集落から何マイルもキャンプします。 唯一の方法はヘリコプターによるものです。 科学者のサウンドスケープは、氷を横切るアイゼンのクランチ、氷河の流れのラッシュ、時折うなり声を上げる大規模な氷床のreduced音に縮小されます。
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「それは別の惑星にいるようなものです」と、英国ブリストル大学の生物地球化学者で、北極圏で約15年間働いたAnesio氏は言います。 「あなたの周りに見えるのは氷だけです。」
彼と彼のチームは、地球の気候を操作する力を持つ水たまりを監視するために、グリーンランドの氷床のこの孤立したパッチに数週間を費やします。
サイロコナイトの穴の直径は、鉛筆の幅からゴミ箱の蓋のサイズまでさまざまです。 （ジョセフクック） 地球の気候をいじくり回す能力は、北極の水たまりに孤立していません。 これらの小さなプール内の微生物は、南極の氷床の下に何マイルも埋められた湖底の堆積物の中にあり、気候だけでなく地球規模の炭素循環を大きく変える可能性があります。 そして、研究者はごく最近、これらの非常に小さな世界をナビゲートし始めました。
アネシオが研究する水たまりはクリオコナイトの穴と呼ばれます。「cryo」は氷を意味し、「conite」は「塵」を意味します。 風に吹き飛ばされた瓦debrisの山が氷河や氷床の白い反射面に落ち着くと発達します。 雪や氷よりも暗いこの破片は、周囲よりも太陽から多くの熱を吸収し、その下の氷を約1フィートの深さまで円筒形の穴に溶かします。
科学者たちはかつてこれらの穴には生命が欠けていると考えていました。 しかし、研究者は現在、細菌、藻類、ウイルスなどの微生物の複雑な生態系が実際に含まれていることを発見しています。
一般に鉛筆の幅からゴミ箱の蓋の幅に及ぶこれらの数百万の穴は、世界中のスイスチーズのようなパターンのアイスマークをあざけります。 Anesioのチームは、世界的に、これらの穴の表面積が約9, 000平方マイルになると推定しています。 それはニューハンプシャー州より少し小さいです。
これらの暗くて汚い生態系が氷上に広がると、そうでなければ反射性の冷却面となるものが太陽からのますます多くの熱を吸収する可能性があります。 これにより、グリーンランドの氷床の融解が促進される可能性があると、チームは3月にジャーナルGeochemical Perspective Lettersで報告しました。
しかし、Anesioのチームは、これらの穴にいる生物が、光合成によって大気から二酸化炭素を積極的に吸い出すことにより、惑星に冷却効果があることも発見しました。 実際、微生物がこの温室効果ガスを大気から十分に取り出すと、穴は炭素吸収源のように振る舞います。
これらの穴が惑星を冷やすか暖めるのを助けるかどうかは、まだわかりません。 しかし、気候が暖かくなると穴が増えるので、バランスは大気に対する冷却効果ではなく、正味の温暖化に傾いているようです。
アネシオと彼のチームは、この夏、これらの穴の化学的および物理的特性を詳細に監視し、氷河の挙動と地球の変化する気候にどのように影響するかをよりよく理解します。
十分なほこりが氷床に蓄積すると、クリオコナイトの穴が合流し、グリーンランドのこのような湖に変わります。 （ジョセフクック） 微生物が氷河や氷床に住むことができるという考えは-それだけでなく、世界的に重要な規模で繁栄する-は、まだ比較的新しい科学です。 1990年代後半まで、研究者は一般的に、両極の氷が多かれ少なかれ無菌環境であると考えていました。
「氷河や氷床を見ると、そこに生命が存在するかどうかの手がかりになるようなものは何も見えません」と、ブリストル大学のAnesioの同僚であるJemma Wadhamは言います。 生物学者は、微生物の生命の最初の証拠が現れた1990年代後半まで氷河環境を実際に研究していませんでした。
以前の関心の欠如は、技術的な制限によるものではありませんでした、とワダムは説明します。 生命を見つけるために必要だったのは、氷河の前から溶けた水を集めて、活動的な微生物の兆候を探すことだけでした。 「誰もそれをしなかった」とワダムは言う。 「これは少しおかしく聞こえますが、それが物事が時々進化する方法だと思います。」
90年代以来、氷河や氷床の表面またはその下に生息する微生物を調査する研究が急増しています。 近年、研究者はこれらの微生物が休眠状態からは程遠いことを発見した。 実際、Anesioのチームは2009年の研究で、一部のクリオコナイトホール内の微生物は、地中海の南側の暖かい土壌で見つかった微生物と同じくらい生物学的に活性があると報告しました。
「（環境の）低温と低栄養状態を考えると、それは本当に驚くべきことでした」と、その研究に関与しなかったシェフィールド大学のクリオコナイトホールの研究者であるジョセフクックは言います。
Anesioのチームは2009年の論文で、この活動が1年間で推定63, 000トンの二酸化炭素を累積的に吸収する可能性があると報告しています。 それは、特定の年に約13, 500台の車から排出される排出量に匹敵する、と彼は言います。
「（アネシオの研究）これらのシステムを出入りする炭素の量を定量化する最初の試みでした。これは大きなステップであり、非常に重要でした」とクックは言います。
Alex Anesioと彼のチームは、フィールドでの研究中に氷の上でテントで寝ています。 テントの下の氷の一部は溶けますが、テントは断熱材として動作し、ベースの大部分を凍結したままにします、とAnesioは言います。 （クリス・ベラス） アネシオの調査結果は、必ずしも淡水に期待するものではありませんでした。 ほとんどの池や湖は一般に、有機物の分解により、光合成により吸収されるよりも多くの二酸化炭素を大気中に放出します。
これは、ほとんどの池や湖が森林にあり、それらの森林から地下水を介して動植物の流れが安定して流れているためです。 その結果、池や湖には多くの分解可能な物質が含まれることが多く、光合成よりも分解が頻繁に起こることが多いと、アネシオは説明します。
一方、クリオコナイトの穴は森林から隔離されており、時には数百マイルも離れており、空中の破片の小片から有機物質の大部分を受け取ります。 分解する材料はそれほど多くないため、光合成生物が支配する傾向があります、とAnesioは言います。
ただし、そのシナリオを反転させるのにそれほど時間はかかりません。 穴の中の堆積物が厚くなりすぎると、太陽光が底に届きません。 これにより、光合成が制限され、分解速度が引き継がれ始めます。
「これらのダイナミクスはすべて、氷の動きと氷の浮き彫りに大きく依存しています」とAnesio氏は言います。 これは、日々および季節ごとに変更できます。 「時々溶けて、顆粒を薄い層に再分配するか、氷河の特定の部分に蓄積することがあります。」
Anesioのチームは、これらの穴の隣で寝て、この夏の活動を毎日監視することにより、これらの穴が時間とともにどのように変化するかという問題に対処しようとします。
この環境で聞こえるのは、アイゼンやラッシュウォーターの音だけです。 （クリス・ベラス） アネシオのフィールドサイトから世界の反対側に移動すると、地球の気候で重要な役割を果たす可能性のある氷河のもう1つの特徴が見つかります。これは、最大2.5マイルの南極氷の下に埋もれた巨大な湖です。
北アメリカの五大湖に匹敵するサイズのこれらの隠された湖は、いくつかの理由でアネシオやワダムなどの研究者の注目を集めています。 一つには、これらの湖には何百万年もの間閉じ込められた水が含まれており、人間の影響にさらされたことのない極度の生命が宿っています。
湖は、メタンハイドレートと呼ばれる形で凍結した強力な温室効果ガスのメタンを大量に貯蔵している可能性もあります。 南極の氷床が崩壊すると、これらのハイドレートが露出し、大陸の一部で海が洗われるにつれて海水が浸水します。 不安定化した水和物はメタンガスの泡に変わり、大気を暖めるだろう、とワダムと同僚は2012年にNatureで発表された研究で報告した。
航空機搭載レーダーと衛星画像を使用して、研究者は過去50年にわたって、これらのいわゆる氷河下湖の400以上を南極の氷床の下に配置しました。 しかし、意欲的で国際的な研究者チームが、これらの湖の1つの表面に約0.5マイルの氷を初めて掘削することに成功したのは2013年までではありませんでした。
彼らは2015年に近くの場所で再び掘削に成功し、初めて氷床の接地ゾーンに到達しました。 接地ゾーンは、氷床が陸地との接触を失い、海に浮かぶエリアです。
着陸帯から収集された堆積物と水サンプルの研究者は、チームに西南極氷床の安定性と、崩壊した場合のグローバルな海面上昇の可能性に関する新しい洞察を提供します。 チームはまた、これらの堆積物の微生物活動を測定して、世界の炭素循環におけるこれらの埋没微生物の役割をよりよく理解します。
カリフォルニア大学サンタクルーズの研究者であるSlawek Tulaczykは、これらの画期的な業績の主な科学者の1人であり、2013年に5年以上計画を立てた後、2013年に機器がドリルサイトに到着するのを待つ緊張を説明しています。およそ50人の国際協力者。
研究者たちは、計約30万ポンドの機器を、800マイルの氷床を横切って12個の輸送コンテナ内を移動し、南極大陸南西部の氷河湖のWhillansに到達するよう手配しました。 ウィランズは、他の氷河下の湖よりも浅く、数マイルの氷の下に埋もれている他の湖と比較して、比較的アクセスしやすいため、研究者に成功のチャンスを提供しました。
トラックの運転手は、機器（一部は非常にデリケートなもの）を掘削現場まで運ぶのに2週間かかりました。 科学者たちができることは、McMurdo Research Stationに戻って待って、トラックの運転手が報告書を呼び出したのを聞くことだけでした。
「私たちはいくつかの恐ろしい話を聞いた」とTulaczykは言い、ドライバーは壊れたアイテムを報告するために電話をかけ、追加の溶接用品を要求したと説明した。 幸いなことに、損傷のほとんどは輸送用コンテナに隔離されており、内容物にはありませんでした。
「私たちが飛行機に乗ったとき、コンテナの中にあったものは私たちが使用するのに十分に生き残っていましたが、コンテナ自体はかなり打ち砕かれて、たくさん通過したように見えました」とTulaczykは言います。
Tulaczykと同僚は、Whillans湖にアクセスするための温水ドリルと呼ばれるものを装備しました。 24時間かけて、研究者たちは直径1フィートの穴に穴を開け、お湯を下に強制的に送り、それを循環させることで、穴が深くなるにつれて穴が凍らないようにしました。
湖の表面に到達すると、研究者は穴にプローブを送り、データとサンプルを収集しました。 しかし、彼らは慎重にそしてきれいにそうしなければならなかった。 機器のいずれかが汚染された場合、彼らは発見を混乱させ、本来の生息地を損なう現代の微生物を収集するリスクを冒しました。
彼らの興奮と安心のために、チームは水中に微生物が住んでいる証拠を発見した、とTulaczykは言います。 チームが長年の計画を練り上げて、数百万ドルを費やして生命のない虚空にたどり着くのを心配していた瞬間がありました。
彼らの発見は、大量の微生物由来のメタンハイドレートが南極の氷床の下に位置する可能性があるという考えを支持するのに役立ちます。 微生物は、氷の下にある古代の森林やその他の有機物を分解することにより、このメタンを生成している可能性があります。Wadham、Anesio、Tulaczyk、および2012年のNatureレポートで提案された同僚。
クリオコナイトの穴を研究する研究者は、微生物サンプルの汚染を防ぐために、時々清潔なスーツを着なければなりません。 （アレックスアネシオ） 南極の氷床に匹敵するがはるかに薄い類似物であるグリーンランド氷床の下に集められた堆積物からの測定に基づく推定値を使用して、チームは南極氷の下に390万インペリアルトンのメタンが隠れることがあると計算しました。
温室効果ガスとしてのメタンの効力を考えると、氷床の大部分が溶けてしまうと、これは地球の大気にとって問題になる可能性があります。 そして、マサチューセッツ大学、アマースト大学、ペンシルバニア州立大学の研究者による推定によると、これは世紀の終わりまでに起こる可能性があります。
ロンドンのインペリアルカレッジの氷河学者であるMartin Siegertは、1996年に初めて氷河下湖について説明したチームの一員でした。彼は、南極の氷の下にあるメタンの量の推定は理論的にもっともらしいと言います。
しかし、研究者は、仮説を固めるために、氷床の下の湿った堆積物の微生物活動を測定する必要があるだろう、とシーガートは言います。 「それは非常に単純で、あなたがしなければならない科学の種類であり、困難はそこに降りることであり、お湯の掘削です。」
北極圏の研究者であるアレクセイ・ポルトノフは、世紀末までに氷床が崩壊するという推定が正しいとしても、メタンハイドレートの影響が大気中に検出可能になるまでにはるかに時間がかかる可能性が高いと述べています。ノルウェーのトロムソ大学。 ポルトノフは、北極の最後の氷河期の終わりに露出したメタンハイドレートの残骸と、現在北極永久凍土から現在解凍しているメタンハイドレートを研究しています。 彼は、メタンハイドレートが南極の氷床の下にあり、それらが不安定になり、海水を介して表面までメタンを泡立て始めたとしても、これらのメタン埋蔵物が地球規模の気候に検出可能な影響を与えるには数百年かかると言います。
「近年、氷のキャップはどんどん崩壊しています」とポートノフは言います。 「それでも、これらのガスハイドレートからメタンの量を取得して何らかの形で気候を変えるには、かなり時間がかかります。」
一方、永久凍土から融解し、浅い海底の尾根に沿って融解するメタンハイドレートは、すでにこの温室効果ガスをかなりの速度で大気中に放出しています、とポルトノフは言います。 氷床は、解凍されている多くの冷凍メタン貯蔵庫の1つにすぎません。
氷河下メタンハイドレート作業の次のステップは、より深い湖への別の掘削遠征に着手するためのより多くの資金を確保することです。 2012年にエルズワース湖に掘削する数百万ドルの努力など、これまでの努力は失敗しました。 そのため、既存の機器でより深い湖にアクセスする前に、研究者とエンジニアは協力して、より深いプロジェクトのための新しい技術を開発する必要があります。
「そこに着いてサンプルを入手するだけです」とワダムは言います。 「これは今後20年間の課題の1つです。」
クリオコナイトの広大な部分、または氷の粉塵は、グリーンランドの氷床と世界中のその他の氷河を覆い、表面を暗くし、太陽からの熱を吸収させます。 （ジョセフクック） 氷河と氷床は埋もれたメタンハイドレートの大きな貯蔵庫を物理的に塞いだり、何百万もの小さな穴から大気から二酸化炭素を引き抜いたりする可能性がありますが、それらの影響は物理的なフットプリントよりもはるかに大きくなります。
例えば、クリオコナイトの穴が氷河の底を排出するほど深く溶けた場合、その内容物は最終的に海に到達し、栄養物を海洋生態系に流し込むことができます。 これにより、大規模な藻類のブルームが発生し、それらの穴にある微生物が引き下げる可能性のあるものよりもかなり大きな割合で二酸化炭素を大気から引き抜く可能性がある、とAnesioは言います。
「海洋の炭素固定は世界の炭素循環に多大な影響を与えるので、それは地球規模の影響をはるかに強くするでしょう」と彼は言います。
氷河微生物が地球の気候にどのように影響するかについての全体像は数年先にありますが、アネシオと彼の仲間の極地研究者たちは前進しています。 技術的な問題や過酷な環境に対処することは、多くの場合、それらのブレークスルーが適切に開始されることを意味します。 しかし、科学者をこれらの凍った風景に引き寄せるのは、知的かつ物理的な課題です。
「そこにいるのはとても美しいです。驚くべきことです」とAnesioは言います。 「物の大きさと規模は非常に大きく、川と水、そして氷の形です。 そこに行くことを本当に楽しみにしています。」
シェフィールド大学のクックは同意します。 彼は、目が非常に印象的な画像である限り、クリオコナイトの穴のフィールドを見つけます。
「クリオコナイトの穴を覗くのは奇妙に美しいです」とクックは言います。 「それは非常に穏やかであり、非常に単純なものを表面で見るのは信じられないほどです。 それは一種の催眠術です。」
ウィランズ湖のボアホールでは、世界中の約50人の協力者を調整する必要がありました。 （JTトーマス）
