Světový rekord ve vrtání ledu: Nejhlubší studna končí v hloubce 3769,3 metrů pod ledem

Foto: Ústí vrtu v antarktickém ledovci|Hermann Kolanoski

Hluboké vrty jako hlavní metoda pro studium jezera Vostok

Jezero Vostok je unikátní především tím, že mohlo být několik milionů let izolované od zemského povrchu. Čtyřkilometrový ledový krunýř nad ním sloužil jako přirozený izolant. Jedinou hlavní metodou pro studium jezera Vostok a ledového dómu nad ním je hloubkové vrtání. První vrt v oblasti jezera Vostok byl vyvrtán již v roce 1957, napsal server Darpa.

Zde je to, co bývalý zaměstnanecVýzkumný ústav Arktidy a Antarktidy N.I. Barkov, zaznamenal:

„V letech 1957 a 1958 provedli pracovníci glaciologických oddílů 2. a 3. sovětské antarktické expedice (SAE) tři vrty: na observatoři Mirnyj, hloubka 69 m, na 7. kilometru na silnici ke stanici Vostok, hluboká 371 m, a na 50. kilometru této cesty s hloubkou 50 m.

Práce byly prováděny pomocí těžké vrtné soupravy KAM-500 rotačním vrtáním s použitím vrtných trubek. Získané zkušenosti ukázaly, že pro střední Antarktidu a zejména pro stanici Vostok, použití standardního vrtného zařízení, neumožňuje dosáhnout požadovaných výsledků. V tomto ohledu byla zvažována možnost tepelného způsobu vrtání studní v ledu jeho roztavením.

Vznikl nápad vytvořit takový vrtací nástroj, s jehož pomocí by byla voda z taveniny po jejím vytvoření okamžitě odstraněna ze zóny dna a shromažďována v nádrži umístěné ve stejném nástroji. V tomto případě musel mít spodní otvor prstencový tvar, aby mohl být ledový válec, který zůstal uvnitř, vyjmut ze studny spolu se shromážděnou částí roztavené vody. K napájení, spouštění a zvednutí vrtačky ze studny na povrch by měl být použit naviják s nosným elektrickým kabelem.

Pro realizaci navržené myšlenky byla připravena skica vrtacího nástroje s označením všech hlavních součástí, schématem vrtné soupravy a textem popisujícím zařízení a jeho princip činnosti. V létě 1959 byla zaslána žádost o vynález Výboru pro vynálezy a objevy pod Radou ministrů SSSR. V červnu 1960, kdy jsem již půl roku bydlel na stanici Mirnyj, přišel radiogram, ve kterém bylo uvedeno, že Výbor pro vynálezy a objevy vydal jménem N.I. Barkov autorský list č. 127629 na vynález s názvem „Elektrická vrtačka pro vrtání vrtů v ledu“ s prioritou z 10. srpna 1959. Vedoucí expedice Evgeny Sergejevič Korotkevich mi poblahopřál a řekl, že nyní musíme přemýšlet o tom, jak realizovat takové vrty a zavést je do praxe expedičního vědeckého výzkumu.

V létě 1969 začala formace 15. SAE. Byl jsem jmenován vedoucím oddělení vrtání ledovců. V roce 1970 při zimování ve stanici Vostok jsme měli začít vrtat hlubinný vrt pomocí zařízení testovaného 50 km od Mirného. Tloušťka ledové pokrývky pod stanicí Vostok je podle seismických a radarových dat 3700 m. Do takové hloubky jsme samozřejmě zamířit nemohli, ale počítali jsme s vrtáním několik set metrů.

Foto: LEhAN/Creative commons,

Náš tým se skládal ze sedmi lidí: vrtaři Nikita Bobin a Gennadij Stepanov, geofyzik Nikolaj Uvarov, elektrikář Georgij Solovjov (pracovníci LGI), geochemik Albert Miklišanskij (zaměstnanec Ústavu geochemie Akademie věd SSSR), glaciolog Viktor Vasiliev a tým vůdce Narciss Barkov (štáb AARI). Personál dorazil na stanici Vostok od konce prosince do poloviny února. Mezi nimi byli vysláni k odřadu V. Fisenko, I. Zelencov a Ju. Sirota. Měli se podílet na stavbě vrtné soupravy a sdílet zkušenosti z vrtání se střelou TELGA-3.“

Základní studie

Souběžně s vrtnými pracemi sovětští vědci vyvíjeli strategii pro systematickou analýzu ledových jader získaných vrtáním ledové vrstvy nad jezerem.

„Současně v Geografickém ústavu Akademie věd SSSR vzniká z iniciativy vedoucího oddělení glaciologie Vladimíra Michajloviče Kotljakova izotopově-geochemická laboratoř vybavená hmotnostním spektrometrem, který umožňuje provádět studie izotopů kyslíku ledu. První měření našich vzorků Felixem Gordienko přineslo vynikající výsledky. Křivka na grafu obsahu ¹⁸ O (kyslík-18, těžký izotop kyslíku) v ledu měla zřetelný ohyb, který charakterizuje změnu klimatu při přechodu od posledního ochlazení k oteplení v holocénu. To inspirovalo důvěru a otevřelo vyhlídky na další průzkum, což vyvolalo potřebu pokračovat v našem programu hlubinných vrtů.

Jezero Vostok

Souřadnice: 78°28'S, 106°48'E
Typ: subglaciální riftové jezero 
Vzdálenost k pobřeží: 1260 km 
Tloušťka ledu: 3750–4200 m 
Rozloha: 15 800 km2 
Maximální hloubka: 1220 m 
Komunikace s ostatními vodními útvary: žádná 
Doba izolace: 14 milionů let
Teplota vody: -2,65°C 
Otevřeno: 1996 
První průnik: 2012

Později se k výzkumu vzorků ledového jádra přidali specialisté z glaciologické laboratoře Univerzity v Grenoblu Francie, na podzim roku 1972 při své návštěvě Leningradu vedoucí laboratoře Dr.Claude Lorius vybral vzorky ledu z naší sbírky. Kyslíkové izotopové studie vzorků ledu přinesly nové, přesnější informace o změnách, které se odehrály v klimatu za posledních 20 000 let. Tak začala naše dlouholetá plodná spolupráce.

Po nás na stanici Vostok pracovalo mnoho specialistů na vrtání, výzkum vrtů a výzkum ledových jader. Došlo i k vážným nehodám. V takových případech byla nouzová studna opuštěna a místo vrtání bylo přesunuto na jiné místo nebo bylo postaveno nové, ale vrtání pokračovalo! Za 45 let naší společné práce se zaměstnanci Leningradského těžebního institutu bylo vyvinuto a vytvořeno více než tucet různých provedení nástrojů pro tepelné vrtání, určených pro práci jak v suchu, tak ve studních naplněných nemrznoucí kapalinou. U mnoha návrhů pracovníci odpovědní za jejich vývoj napsali a obhájili více než desítku disertačních prací a také několik doktorských prací. Byla to komplexní výzkumná práce velkého týmu.“ (N.I. Barkov, První studna na stanici Vostok. 2012).

*****

Vzorky ledu z této hloubky byly staré asi 430 000 let, takže se předpokládá, že jezero zamrzlo nejméně před 500 000 lety. Ve stejném roce však byly na naléhání Mezinárodního antarktického společenství vrty pozastaveny přibližně 120 metrů od hladiny jezera, aby se zabránilo kontaminaci jezera petrolejem, freonem a dalšími technickými médii, kterých bylo zapotřebí k vrtné technice.

Komunita požádala ruské výzkumníky, aby zastavili vrtné operace do doby, než bude vyvinuta technologie šetrná k životnímu prostředí, která by do tohoto jezera pronikla. Již v roce 2003 byla v Petrohradském důlním institutu vyvinuta nová technologie šetrná k životnímu prostředí a v roce 2006 byly hlubinné vrtné práce obnoveny. Trvalo tři roky, než byla nová technologie schválena Mezinárodním antarktickým společenstvím.

 Dosažení hladiny jezera Vostok

Vrtání na hladinu jezera trvalo více než 5 let. 5. února 2012 vědci v hloubce 3769,3 metru dokončili vrtání a dosáhli povrchu subglaciálního jezera.

Foto: Polarpost

Tato skutečnost může být sama o sobě právem považována za vynikající vědecký, technický a technologický úspěch v průzkumu Antarktidy. Zde je to, co o tom píše nejvýznamnější sovětský a ruský vědec, akademik Ruské akademie věd Vladimir Michajlovič Kotljakov:

„5. února 2012 se vrtný nástroj dostal na hladinu jezera, a co je velmi důležité, nedostala se do něj žádná vrtná kapalina, takže jezero zůstalo čisté. Technologie vrtání hlubokého vrtu v ledu vyvinutá v Petrohradě se ukázala jako mimořádně úspěšná. Umožnil úspěšně dokončit vrtání studny na stanici Vostok a konečně dosáhnout spodního okraje ledovce nad rozsáhlým subglaciálním jezerem. Nyní vyvstávají nové úkoly, na jejichž řešení se budou podílet ústavy Roshydromet a Akademie věd: prozkoumat režim tohoto unikátního přírodního objektu a prokázat přítomnost nebo naopak nepřítomnost organického života.

Foto: LEhAN/Creative commons

Jezero je zjevně přesyceno kyslíkem, nad ním totiž taje ledovec, který ho zásobuje vzduchem obsaženým v ledu, a jezerní led, který pomalu mrzne, neobsahuje plyny, takže se v jezeře hromadí kyslík. Podle výpočtů Vostok dokáže rozpustit až 0,7-1,3 gramu kyslíku na litr vody a nám známé bakterie v takových podmínkách nemohou existovat. Navíc tlak v jezeře může dosáhnout 400 atmosfér, nejsou zde téměř žádné organické látky a světlo do jezera neproniká, tzn. fotosyntéza není možná. Proto zde organismy mohou existovat pouze díky chemosyntéze. Život v jezeře je také možný na dně, v sedimentárních horninách, kde není žádný kyslík, protože se vynakládá na oxidační procesy v minerálním substrátu. Kromě jediného místa… Na dně jezera mohou být horké prameny, které vytvářejí příznivé prostředí pro organický život.

V souvislosti s průnikem do jezera se tak vědcům otevírají nové obzory. Určitě nás čekají důležité objevy, protože kterýkoli ze dvou možných výsledků – organický život v jezeře je nebo naopak chybí – bude objevem globálního významu. Na Zemi totiž stále neexistuje místo, kde by nebyl přítomen organický život. (V.M. Kotljakov. K historii mezinárodního projektu vrtání hlubokého ledovcového vrtu na stanici Vostok. Journal „Ice and Snow“, 2012, č. 4 (120)).

Zdroj: Darpa

• Foto: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/L. Rowland et al./ESO/J. Dunlop et al. Ack.: CASU, CALET
  Vesmírná kuriozita: Byla nalezena nejvzdálenější galaxie s rotujícím diskem
• 
  Průkopnický výzkum navrhuje, že se naše vědomí může spojit s celým vesmírem
• Foto: Don Parsons / Tiskový zdroj EurekAlert
  Mravenci začali pěstovat houby před 66 mil. lety díky asteroidu, který vyhubil dinosaury
• Foto: S laskavým svolením Zihao Yang /Tiskový zdroj EurekAlert
  Nastala nová éra pozorování Slunce
• Foto: 🇸🇮 Janko Ferlič/Pexels
  Místo pesticidů omyvatelné emulzní nátěry z esenciálních olejů
• Foto: ckstockphoto / Pixabay
  Metan z mléčných farem se přemění na bioplyn