隱藏在南極冰層下三公里深的一個陡峭峽灣中的埃爾斯沃思湖的失落世界，自從馬丁·西格特十幾年前開始參與冰下研究以來，就一直縈繞在他的夢中。 最終，他探索其神秘水域的時機已經到來。
下週，英國布里斯托大學的冰川學家西格特將收拾行囊，前往地球的另一端。一旦他抵達位於南極半島附近島嶼上的英國南極考察站 (BAS) 羅瑟拉研究站，他及其科學團隊將飛行約1000公里進入南極洲西部。12月5日，真正的工作開始：直接向下鑽穿冰層，到達下面的原始湖泊。 在其陰暗的水域中，他們希望找到數百萬年來未見天日的生命形式（參見“冰下囚禁”）。在湖床沉積物中，該團隊將尋找關於人們知之甚少的西南極冰蓋歷史的記錄，這可能會揭示強大的冰川隨著時間的推移是如何擴張和消退的。
西格特興奮嗎？ “這是我自千年之交以來所從事科學研究的頂峰，”他說。“現在猜猜我是否興奮。”
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在南極洲已經發現並繪製了近 380 個冰下湖泊，並透過穿冰雷達、重力測量和地震調查進行了遠端勘探 (A. Wright and M. Siegert Antarctic Science http://doi.org/jsn; 2012)。這些古老的湖泊，無論大小，都歸功於地熱，從下方融化南極冰。重力和冰壓力迫使融水流動，並聚集在冰下大陸的凹陷處和山谷中。
如果一切按計劃進行，埃爾斯沃思湖將是第二個被突破的湖泊。今年 2 月，俄羅斯團隊穿透了沃斯托克湖，這是南極洲最大、最深的湖泊，完成了一個 20 多年前啟動的專案（參見《自然》482, 287; 2012）。第三項工作即將開始：下週，美國鑽探隊將出發前往南極洲的麥克默多站。 1 月，研究人員將轉移到他們的目標地點——位於羅斯冰架邊緣附近的冰下惠蘭斯湖，一個小型淺水體。
對於許多人來說，尋找可能在這些湖泊內部或下方演化的奇異微生物生命是這項研究中最令人興奮的方面。科學家已經在其他地方發現了一系列從岩石和礦物質中獲取能量的細菌，許多人認為生活在南極隱藏湖泊中的特殊微生物也可能這樣做。
“生命存在於極端的生態系統中，從深層岩石圈到高層大氣，”英國南極考察站的環境微生物學家大衛·皮爾斯說，他將加入英國探險隊。“如果我們到達那裡，發現沒有任何生物，我會非常驚訝。”
沃斯托克湖團隊發現，嗜熱細菌可能生活在湖泊周圍的基岩中。這些線索來自沉積物中的 DNA，這些沉積物被困在增生冰中，增生冰是凍結在巨大冰川底部的湖水（S. A. Bulat et al. Adv. Space Res. 48, 697–701; 2011）。
但俄羅斯聖彼得堡核物理研究所的微生物學家謝爾蓋·布拉特上個月在斯德哥爾摩舉行的第 12 屆歐洲天體生物學研討會上報告說，湖泊的表層似乎沒有生命。在對凍結在俄羅斯鑽頭上的湖水的初步分析中，沒有發現本地微生物，儘管該團隊本季度將返回該地點採集更多樣本。
埃爾斯沃思湖可能是微生物獵人更好的選擇，因為它提供的藏身之處更少。它長約 12 公里，寬 3 公里，深約 150 米，與廣闊的沃斯托克湖相比只是一個小水坑。沃斯托克湖長約 250 公里，寬 50 公里，是世界上最大的淡水水體之一。埃爾斯沃思湖整齊地坐落在大陸分水嶺附近的冰下山谷中，在那裡，上覆冰層的移動速度最慢。該地點的冰層溫度約為 -30 °C，也比南極洲東部沃斯托克高原的冰層“溫暖”兩倍，而且薄了近一公里。西格特說，所有這些都將使埃爾斯沃思湖比其著名的同類湖泊更容易進入並進行廣泛取樣。
即使埃爾斯沃思湖和惠蘭斯湖最終被證明是貧瘠的，探索也可能會提供關於地球和太陽系其他地方生命制約因素的線索。西格特說，如果發現湖泊中沒有生命，那將是一個“驚人的結果”，因為它們提供細菌所需的一切——包括液態水和營養物質——而且它們的溫度僅比零度低幾度。
英國團隊希望在一次為期三天的會議中到達埃爾斯沃思湖，他們將使用一種鑽頭，透過 90°C 的高壓熱水射流來融化冰。一旦鑽孔完成，該團隊將有大約 24 小時的時間來部署取水探針和沉積物取樣器，然後孔會重新凍結。
這些裝置經過精心準備，以確保它們不會用來自地表的微生物汙染湖泊，去年得到了《南極條約》締約方的批准。西格特估計，鑽探將消耗約 60,000 升水，這些水是透過融化該地點的雪產生的。水將透過五級過濾系統，然後用紫外線處理以進行消毒。“我們用來融化進入湖泊的水比自然融化進入湖泊的冰更乾淨，”西格特說。長 5 米的圓柱形鈦探針將透過繫繩沿著孔向下移動，在湖泊的不同深度採集樣本，該探針在英國南安普頓的一個潔淨室中組裝，並且只有當它位於清潔鑽孔中時，才會從其消毒袋中取出。
西格特說，主要的挑戰是在非常短的時間視窗內完成所有采樣操作。然而，如果情況不妙，該團隊有足夠的燃料可以透過泵入更多熱水來重新開啟孔。如果探針丟失或卡住，研究人員可能會鑽第二個孔並部署第二套取樣儀器。事實上，他們可能會這樣做，以獲得額外的取樣輪次，從而可能增加對科學結果的信心，西格特說。
如果埃爾斯沃思湖確實存在生命，那麼到今年年底就可以確定。但是，蒙大拿州立大學波茲曼分校的冰川學家約翰·普里斯庫說，南極洲隱藏湖泊的探索才剛剛開始，他正在監督惠蘭斯湖的突擊行動。他說，需要來自三個以上地點的資料，然後科學家才能希望瞭解隱藏的湖泊和河流如何透過例如潤滑冰蓋的移動來與上覆的冰蓋相互作用。研究更多的湖泊還可以揭示它們的礦物質排放是否會影響南大洋的化學和生物生產力。
“自不久前人們認為南極洲只是一個良性的冰塊以來，我們已經走了很長一段路，”普里斯庫說。“看到圍繞我們科學的興奮，我很高興。但我恐怕我們對南極冰下環境的瞭解仍然不如我們對火星上某些地方的瞭解。”