Att få vattenprover från en antarktisk sjö under 800 meter is kräver dagar av borrning, exakt utrustning, massor av tålamod och en iver att förstå en av världens mest extrema miljöer.

Mer än hälften av planetens sötvatten finns i Antarktis. Medan det mesta är fruset i inlandsisen, under ispölarna och vattenströmmar flyter in i varandra och in i södra oceanen som omger kontinenten. Förstå rörelsen av detta vatten, och vad som är löst i det som lösta ämnen, avslöjar hur kol och näringsämnen från landet kan stödja livet i kusthavet.

Att samla in data om biogeokemin i dessa system är ett åtagande av antarktiska proportioner. Trista Vick-Majors, biträdande professor i biologiska vetenskaper vid Michigan Technological University, är en del av ett team som samlat in prover från Whillans Subglacial Lake i västra Antarktis och är huvudförfattare på en tidning om sjön, nyligen publicerad i Globala biogeokemiska cykler .

"Livet är tufft - det klarar mycket, ", sa Vick-Majors. "Denna artikel sammanställer vad vi vet om biologin och hur aktiv den är under Antarktis is med information om sammansättningen av organiskt kol i sjön."

Livet på en kolbudget

Livet under isen tål mycket – det finns inget solljus och trycket från isen ovan i kombination med värme som strålar upp från jordens kärna smälter vattnet och bildar sjön, så temperaturen svävar strax under fryspunkten. Organiskt kol, en viktig matkälla för mikroorganismer, finns i relativt höga koncentrationer i Whillans Subglacial Lake, även om det saknar den grönskande röran av en damm i Mellanvästern i slutet av augusti. Istället, när kameror släppte ner i borrhålet i Mercer Subglacial Lake (en granne till Whillans) avslöjar, den subglaciala sjön är mörk, kall, full av mjukt och fluffigt sediment, och fodrad med bubbelfylld is.

Sjöbädden ser mer främmande ut än jorden. Att studera extrema miljöer ger insikt i hur utomjordiskt liv kan se ut eller hur jordelivet kan överleva under liknande förhållanden. Inte för att människor, pingviner eller fiskar kunde hantera det; livet i vattnen under Antarktis is är mestadels mikrobiellt. De visar fortfarande tecken på liv - organiskt kol och andra kemiska biprodukter av att leva, äter, utsöndras och dör – som Vick-Majors och hennes team kan mäta och budgetera.

Med hjälp av massbalansberäkningar, teamets forskning visar att en pool av löst organiskt kol i Whillans Subglacial Lake kan produceras på 4,8 till 11,9 år. När sjön fylls och dräneras, som tar ungefär lika lång tid, alla dessa näringsämnen glider och glider fram till den istäckta kusten i södra oceanen. Baserat på lagets beräkningar, de subglaciala sjöarna i regionen ger 5, 400 % mer organiskt kol än vad mikrobiellt liv i det istäckta havet nedströms behöver för att överleva.

"Det finns ingen fotosyntes under isen i havet nedströms denna sjö - detta begränsar den tillgängliga maten och energikällorna på ett sätt som du inte skulle hitta i en ytsjö eller det öppna havet, ", sa Vick-Majors. "Tanken är att dessa subglaciala sjöar som ligger uppströms kan ge viktiga energikällor och näringsämnen för saker som lever i de istäckta områdena i södra oceanen."

Borra efter data

Medan Whillans Subglacial Lake på egen hand indikerar att uppströms näringsämnen kan vara en viktig faktor, det är bara en enda datakälla i ett istäckt komplex av underjordiska sjöar, bäckar och flodmynningsliknande blandningszoner som genomgår säsongsbetonade och sporadiska flöden.

För att utöka sin syn, Vick-Majors och resten av teamet har samlat in data på andra platser (Mercer Subglacial Lake togs prov av SALSA-teamet i början av 2019), och att göra det är ingen liten bedrift. De får det att hända med en varmvattenborr, en specialdesignad slang, en 10-liters vattenprovtagningsflaska, vissa sedimentkärnningsanordningar, och en vecka med somrigt polarväder som kan sjunka till 20 under. Besättningen bär Tyvek -dräkter och all utrustning rengörs noggrant. De filtrerar också borrvattnet, kör den förbi flera banker av ultraviolett ljus för att slå ner mikrobiell kontaminering, och värm sedan upp det för att använda varmvattnet för att öppna ett cirka 1000 meter långt borrhål ner till sjön.

"En del av det smälta isvattnet, som nu har cirkulerat genom borren, tas bort från hålet så att när sjön punkteras, vattnet från sjön rör sig upp i borrhålet, " Vick-Majors sa, förklarar att besättningen måste hålla det varma vattnet från borren åtskilt från sjövattnet för att hålla sina prover och sjön ren. "Det tar cirka 24 timmar att borra borrhålet och vi håller det öppet i några dagar; att ta ett enda prov eller släppa ner kamerorna kan ta två timmar eller mer, beroende på utrustning. "

Och hålet fortsätter att försöka frysa igen. Plus, Vick-Majors är inte en ensam vetenskapsman; hon är inbäddad i ett tvärvetenskapligt team och alla behöver tillgång till borrhålet för olika experiment. Men för all tight logistik och kalla tår, hon säger att det är värt det.

"Det finns vatten och det finns liv under isen, "Vick-Majors sa." Dessa kan lära oss mycket om vår planet eftersom det här är ett bra ställe att titta på något förenklade ekosystem, utan högre halter av organismer. Så vi kan svara på frågor om livet som kan vara riktigt svåra att svara på på andra ställen."

Baksidan är att fysiskt-biologiska interaktioner fortfarande kan vara komplicerade i dessa miljöer; tidningen är ett steg mot att förstå dem. De nästan överjordiska subglaciala sjöarna i Västantarktis ger insikt i möjligheterna för exoplanetmiljöer samtidigt som de avslöjar djupet, vattenbevarade hemligheter i vår egen värld.