冰下湖的生态环境

1957年，苏联科学家在南极建立了一个科考站，取名为“沃斯托克”。1960年，参加苏联南极探险队的地理学家安德烈·卡皮查在乘飞机飞越沃斯托克地区上空时，发现冰原上有一个巨大的平坦地区，他认为冰川下有一个湖。遗憾的是，他的这个看法在当时没有引起人们的重视。1973年，英国科学家称，他们通过空中探测发现，在南极沃斯托克科考站以北的冰层下可能存在一个巨大的液态淡水湖，其顶部覆盖着厚厚的冰层，湖水寒冷，水压超大，并处于完全的黑暗中，是地球上罕见的极端环境。1991年，英国科学家利用ERS-1号卫星对南极冰盖中心进行探测，证实了1973年的发现。1996年，俄罗斯科学家和英国科学家利用卫星发回的图像勾勒出东方湖的轮廓，最终确定了东方湖的存在。这是地球历史上最近的重大地理发现之一。1998年，俄、美、法三国科学家在东方湖上钻取冰芯，但在钻到3623米、距离湖面不远的地方，因担心对湖水造成污染，停止了钻探。一些专家指出，探查冰下湖的过程有可能污染其原始质朴的生态系统，造成无法挽回的损失。直到几年后，科学家设计了一个远程遥控机器人，可以像大海捞针一样在广袤的海域搜寻生命物质，而且环保安全，钻探工作才重新开始。2010年11月，科学家向南极条约环境保护委员会提交了关于这个项目的最终环境评价，被准予继续对这个古老湖泊进行钻探取样。2012年2月5日，在对东方湖进行了多年的钻探后，俄罗斯科考队已经钻到了冰下3769米处，距离冰下湖面仅约50米。然而，在这3000多米深处，冰的结构已经发生变化，坚硬得如玻璃一般，这给钻孔作业带来重重困难，钻孔进展如蜗牛般缓慢，一天只能下钻约1.6米。日前，俄罗斯科学家宣布，他们钻透了3769.3米的南极冰层，到达了冰川下的沃斯托克湖表层。虽然1991年达成的一项有关南极环境保护的议定书规定，禁止一切在南极地区的矿产资源商业开采活动，但仍然有人对南极的环境保护前景忧心忡忡。绿色和平组织主管海洋保护工作的负责人卡伦·萨克说：“我们不清楚的是，这些国家将来可能进行的开采活动会造成什么影响，我们对深海海底状况知之甚少，但深海捕捞活动中经常能发现新的海洋物种。我们呼吁各国不要破坏两极地区的原貌。”更让人惊讶的是它的古老——沃斯托克湖大约在1500万年前形成，千万年来它变化极小，科学家们认为它可能是地球上水量变动最小的湖泊。科学家们对沃斯托克湖兴趣浓厚——那里有没有生命存在？它们以什么方式存在？是保留了原始生命的形态，还是发展出了与众不同的生命形式？厚厚的冰盖让日光无法射进湖中，湖中若有生命的话，会以何种方式在那个漆黑的世界中生活？同时沃斯托克湖氧气含量如此之高，地球上没有任何地方拥有这样浓度的氧气。这里的生物是否演化出特殊构造，例如特殊的酵素，从而确保它们不被高浓度氧气影响？沃斯托克湖的环境与木卫二非常相似。假若能在沃斯托克湖中发现生物的存在，或许能够为“木卫二冰层下的海洋是否存在生命”的争论提供有力证据。俄罗斯全球气候变化科研项目负责人利宾科夫指出，沃斯托克湖的研究成果对研究全球气候变化问题起到了“令人震惊”的作用，这一发现将对许多国家是否签署京都议定书产生重要影响。

多年来，科学界对于钻探东方湖有着不小的争论。持反对意见的人指出，东方湖的独特之处在于其与外部世界隔绝千百万年，一直没有受到外部环境的影响，在水体中有可能存在一些前所未知的生命形式。而人类的活动如果渗透到这个独立的生态系统中，有可能对它造成污染，比如在钻探过程中引入的煤油、氟利昂等材料污染，在探测中引入的外面世界微生物污染，等等。一位科学家如是说：“要钻探东方湖，至少要做10年的准备。作为一名科学家，你肯定不愿意自己的墓碑上写着：‘此人污染了地球上最后的疆界之一。’”

东方湖是一个贫养的(缺少养分的)极端环境。湖水为氧气的过饱和溶液，浓度约为一般淡水湖泊的50倍。造成这个现象的原因极有可能是沃斯托克湖上方的沉重冰冠造成的压力。氧气及其他气体不只溶解在水中，还形成晶笼(clathrate)。晶笼是指溶于水中的气体分子，在水结冰时，被二十几个水分子所围成之正十二面体关起来的晶体结构。晶笼结构的外表看起来就像是冰块一般。这种晶笼只在高压环境，例如沃斯托克湖或深海形成，在一般压力下是不稳定的。因为这样，当水从东方湖被释放出来时，可能会像摇过的汽水一样喷出。