从未见过天日的冰下湖泊是最难以接近的科学前沿之一，其中蕴含的故事甚至比我们太阳系的行星还要多。有一件事似乎是肯定的:哪里有水，哪里就有生命——即使水是在一个寒冷的湖底，在漆黑中，在南极西部冰盖半英里以下。
据《AGU Advances》报道，科学家们分析了从默瑟湖(Mercer lake)冰下湖底的沉积物和水中提取的海洋和微生物的化学指纹，首次描述了活跃的微生物从哪里获得碳(每日的能源)，并将其移动到这个极其荒凉的系统。他们利用沉积物、微生物和碳循环的数据来推断该地区的地质历史，结果让他们感到惊讶。
虽然他们之前认为默瑟湖上的冰已经稳定了几十万年，但这项新的研究证实，大约6000年前，默瑟湖与海洋相连，南极西部冰盖比现在要小。这一时期的气候相对于上一个冰河时代的结束，甚至相对于今天的人为气候变化，都是稳定的。
“这是我们第一次有明确的地质证据表明，南极西部冰盖的接地线，就像它的海岸线一样，冰与海洋相遇，比现在至少向内陆延伸250公里-可能更多，”该研究的主要作者，科罗拉多矿业学院的助理教授Ryan Venturelli说。Venturelli和她的前博士导师，南佛罗里达大学海洋科学学院的海洋地质学家Brad Rosenheim一起完成了这项工作。
换句话说，就在几千年前，南极西部冰盖后退了大约155英里——比从纽约到波士顿的距离少了几十英里——然后重新长到现在的样子。
Venturelli说:“这些是来自水和沉积物样本的真实数字，现在可以用来验证冰盖模型。”
文图雷利和罗森海姆从距离南极几百英里的默瑟湖取回了样本，作为一个25人团队的一部分，他们参加了由美国国家科学基金会资助的历史性探险，名为“冰下南极湖科学通道”(SALSA)。他们从2018年12月到2019年1月在现场。研究小组使用了一个清洁通道，定制的热水钻头，从一个冰下湖中取出了迄今为止最长的岩心——大约7英尺长。他们钻穿了超过半英里的冰来获取它，在充满水的洞重新冻结的时候争分夺秒地工作。
这是历史上科学家第二次从冰下湖泊中提取沉积物核心。(第一个是2013年从惠兰斯湖(Lake Whillans)找回的。)
“这项工作是我们向前迈出的一大步，”罗森海姆说。“我们原以为冰川退缩到了现在的位置，但它远远超出了现在的位置，这表明冰川比我们意识到的要动态得多。现在我们需要将这一新的认识纳入模型，这样我们就可以更好地预测未来随着地球变暖可能发生的事情。”
研究小组使用了地球化学工具，包括同位素分析和放射性碳定年法，来弄清楚碳是如何在整个系统中循环的。他们将其与已知的微生物代谢估计相结合，从数学上确定了南极西部冰盖的接地线何时消退。
Venturelli说:“在这项研究之前，我们还没有确定最后一次冰川消融的最大程度。”
6000年前的碳尝起来还不错
Venturelli说:“事实证明，生活在这种环境中的细菌是顽强的小家伙，它们将就着在那里生活。”“这个项目确实证实了，哪里有水，哪里就有生命。”
湖中的微生物以6000年前的碳为食，当时该地区还与海洋相连。
提醒一下，那里没有像地球上大多数湖泊那样，通过光合作用为生命提供能量的阳光。“这不是我们所知道的湖泊，”研究报告的合著者、佛罗里达大学的微生物专家布伦特·克里斯特纳说。“在默瑟湖，除了6000年前遗留下来的碳，微生物还可以利用与冰盖本身相关的物理过程中的化学能，”克里斯特纳说。
随着冰的移动，下面的岩石被粉碎成小颗粒，这些小颗粒在水中被动员起来，微生物——主要是细菌和古生菌——在一个被称为化学合成的过程中获取这些矿物质的能量。古细菌是一种微生物，不同于在其他极端环境中发现的细菌，比如陆地上的温泉和深海中的热液喷口。
默瑟湖底沉积物中的碳库比循环中任何其他碳库至少大100倍，微生物可以有效地利用它，Venturelli说。它们还使用从上游水体引入系统的碳。冰下湖泊可能是短暂的，更像是一个编织的冰下河流系统，而不是一个封闭的湖泊系统。
Christner说:“这些湖泊不是独立的生态系统，而是通过水和沉积物的运输连接起来的社区网络。”
描绘更大的图景
南极冰盖的命运对全球海平面上升有着非同寻常的影响。一些人估计，如果整个南极西部冰盖融化，全球海岸线将增加9英尺以上。
Venturelli说:“在气候科学中有很多无望的厄运和阴郁。”“我在这项工作中发现了希望，因为这项工作强调了冰盖比我们以前所认识的更具活力，我们需要探索这种可逆性的想法——是什么强迫机制导致冰盖重新推进到今天的位置?”这样我们就可以更好地预测未来的情况。”
科学家们估计，南极洲可能有超过650个冰下湖泊，因此，在这项核心研究和2013年的第一次研究之间，他们刚刚开始用两个主要数据点来揭开这些谜团的表面。但有一件事是肯定的，文图雷利说:观察冰川的底部，特别是这些冰下湖泊系统中的水和沉积物，是值得付出额外努力的。
“我们不可能通过从船的外部戳海洋沉积物来了解这些事情，”她说。“有时需要用新的方法来看待一个老问题，才能真正发掘出令人兴奋的发现。”
这项工作是由国家科学基金会资助的。
