Hệ sinh thái bị cô lập
Tại một trại hẻo lánh chỉ cách cực Nam của Trái đất 600 km, các nhà khoa học sẽ sử dụng nước nóng để làm tan chảy băng trong vài tuần tới, tạo thành một lỗ khoan rộng 60 cm xuyên thẳng xuống đáy của lớp băng tại Nam Cực. Mục tiêu của họ là tiếp cận hồ Mercer nằm ẩn sâu bên dưới lớp băng, bị ngăn cách với phần còn lại của thế giới trong hàng nghìn năm.
Được biết đến với tên gọi SALSA, dự án thám hiểm nói trên đang được Quỹ Khoa học Quốc gia Mỹ tài trợ với số tiền gần 4 triệu USD. Mục đích của dự án là khám phá những dòng sông, hồ, đất ngập nước tại vùng cực của Trái đất liên tục bị băng che phủ và không tiếp xúc với ánh nắng Mặt trời. Hệ sinh thái này bị cô lập hơn nhiều so với các rãnh đại dương sâu nhất thế giới.
Hồ Mercer nằm ở phía tây Nam Cực, có diện tích 160 km2 và sâu khoảng 10 – 15 m. Mặc dù nhiệt độ nước hồ dưới 0°C nhưng nó vẫn không bị đóng băng do chịu áp lực quá lớn từ lớp băng phía trên. Các nhà khoa học phát hiện hồ Mercer từ hơn một thập kỷ trước thông qua dữ liệu vệ tinh, nhưng chưa có ai từng trực tiếp quan sát nó.
Nhóm nghiên cứu đến từ hơn 10 trường đại học khác nhau sẽ tiến hành lấy mẫu nước và bùn ở đáy hồ Mercer. Họ dự kiến đưa một tàu lặn nhỏ, điều khiển từ xa xuống hồ thông qua lỗ khoan để quay phim và khám phá nó.
Các nhà nghiên cứu lấy mẫu trầm tích từ đáy hồ Whillans năm 2013. Ảnh: Thomas
Khu vực Nam Cực có khoảng 400 hồ nước bên dưới lớp băng, và hồ Mercer sẽ là địa điểm thứ hai con người lấy mẫu trực tiếp. Trước đây, một số nhà khoa học thuộc nhóm nghiên cứu SALSA từng khoan xuống một hồ nhỏ hơn ở dưới mặt băng gọi là hồ Whillans vào năm 2013.
Họ phát hiện hồ nước này chứa rất nhiều vi khuẩn – nhiều hơn những gì họ mong đợi ở một nơi không có ánh sáng Mặt trời. Lần này, các nhà nghiên cứu mong đợi camera trên tàu lặn có thể quan sát được những sinh vật sống trong vùng nước tối tăm của hồ Mercer.
"Chúng tôi không biết sẽ tìm thấy thứ gì ở đó. Điều này khiến chúng tôi rất vui và hào hứng", John Priscu, người đứng đầu dự án tại Đại học Montana ở Bozeman (Mỹ), cho biết.
Nhóm nghiên cứu hy vọng rằng, hệ sinh thái hồ Mercer sẽ làm sáng tỏ dạng sống có thể phát triển trong những môi trường tương tự, ví dụ trên các mặt trăng bao phủ băng của sao Mộc và sao Thổ cũng như dưới bề mặt sao Hỏa.
Các dạng sống dưới vùng nước sâu
Dự án khoan tại hồ Whillans trước đó đã cung cấp cho nhóm nghiên cứu SALSA những dữ liệu quan trọng để xây dựng chương trình khám phá hồ Mercer [cách hồ Whillans 40 km về phía đông nam]. Nước hồ Whillans có tới 130.000 tế bào vi khuẩn trên mỗi ml, mật độ nhiều hơn gấp 10 – 100 lần so với dự kiến.
Nhiều vi sinh vật tạo ra năng lượng của chúng bằng cách oxy hóa amoni hoặc methane có nguồn gốc từ các lớp trầm tích dưới đáy hồ. Đây là một hiểu biết quý giá, bởi vì nó gợi ý rằng hệ sinh thái hồ Whillans – không sử dụng ánh sáng Mặt trời và quá trình quang hợp như một nguồn năng lượng – vẫn phụ thuộc gián tiếp vào thế giới bên ngoài.
Các nhà khoa học nghi ngờ rằng, amoni và methane thoát ra từ đáy bùn của hồ Whillans hình thành từ xác chết thối rữa của các sinh vật biển tích tụ trong thời kỳ ấm áp hàng triệu năm trước, khi khu vực này được bao phủ bởi đại dương chứ không phải băng.
Reed Scherer, nhà cổ sinh vật học tại Đại học Bắc Illinois (Mỹ), tìm thấy vỏ tảo cát [một loại tảo đơn bào] và các mảnh xương của bọt biển nằm rải rác khắp đáy hồ Whillans. "Có một di sản tài nguyên biển mà các vi khuẩn vẫn đang khai thác", Scherer nói.
Vào thời điểm nghiên cứu, nồng độ oxy của hồ Whillans rất thấp nhưng vẫn ở ngưỡng động vật thủy sinh sống được. Các vi khuẩn phong phú trong hồ có khả năng hỗ trợ sự sống cho một số động vật nhỏ như giun, luân trùng hoặc gấu nước.
Tuy nhiên, các nhà khoa học đã rất ngạc nhiên khi phương pháp xét nghiệm DNA cho thấy không có bằng chứng về sự tồn tại của những động vật như vậy trong hồ. Một máy quay video được thả xuống lỗ khoan trong vài phút cũng không phát hiện bất kỳ dạng sống nào tương tự.
Khi các nhà khoa học khoan vào hồ Mercer, họ sẽ sử dụng những công cụ mới để trả lời một số câu hỏi phát sinh từ dự án nghiên cứu hồ Whillans. Scherer cho biết, hồ Mercer có kích thước gấp đôi hồ Whillans và sâu hơn năm lần, nhưng có lẽ nó nối liền với đại dương ở cùng thời điểm với hồ Whillans cách đây khoảng 5.000 – 10.000 năm.
Nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ tìm hiểu được nguồn thức ăn của các sinh vật sống tại hồ Mercer. Chúng có thể sống dựa vào amoni, methane giống như ở hồ Whillans hoặc các hợp chất hữu cơ khác lắng đọng từ hàng nghìn năm trước.
Brad Rosenheim, nhà cổ sinh vật học tại Đại học Nam Florida (Mỹ), sẽ phân tích hàm lượng đồng vị phóng xạ carbon-14 trong mẫu bùn của hồ Mercer. Điều này có thể tiết lộ lượng trầm tích đã tích tụ dưới đáy hồ cũng như dạng sự sống đang cư trú tại đó.
Ngoài ra, các nhà khoa học sẽ nghiên cứu những vỏ tảo cát siêu nhỏ mà họ mong đợi tìm thấy ở đáy hồ Mercer. Bằng cách kết hợp các loài tảo cát trong lõi khoan với những ghi chép về thời điểm chúng bị tuyệt chủng tại nhiều khu vực khác, nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ xác định được thời điểm mở rộng và thu hẹp của các khối băng ở phía tây Nam Cực.
"Bằng chứng này có thể chỉ ra thời điểm các dải băng tan chảy đáng kể trong quá khứ và khí hậu lúc đó như thế nào. Nó sẽ giúp chúng tôi dự báo khi nào hiện tượng nóng lên toàn cầu sẽ kích hoạt sự tan chảy của khối băng ở phía tây Nam Cực, từ đó làm tăng mực nước biển toàn cầu thêm vài mét", Harwood, thành viên của nhóm nghiên cứu, nói.
Nhóm nghiên cứu cũng xem xét liệu các sinh vật phức tạp hơn, chẳng hạn như động vật, có thể sống trong môi trường dưới mặt băng của hồ Mercer hay không. "Chúng ta cần bắt đầu tìm hiểu những kiến thức mới, bởi vì đây là một hệ sinh thái rộng lớn và chưa từng được khám phá", Peter Doran, nhà khoa học tại Đại học Louisiana ở Baton Rouge (Mỹ), cho biết.