ボストーク湖

ボストーク湖
ロシア語：озеро Восток
ボストーク湖のレーダー衛星画像
ボストーク湖
座標	南緯 77°30′ 東経 106°00′ / 南緯 77.500° 東経 106.000° / -77.500; 106.000
湖の種類	古代の湖、氷河下の 地溝湖
流域 国	南極大陸
最大長さ	250 km (160 マイル) [1]
最大幅	50 km (30 マイル) [1]
表面積	12,500 km 2 (4,830 平方マイル)
平均深度	432メートル（1,417フィート）
最大深度	510メートル（1,700フィート）[1]から900メートル（3,000フィート）[2]
水量	5,400 km 3 (1,300 cu mi) [2] ± 1,600 km 3 (400 cu mi)
滞在時間	13,300年
表面標高	約 −500 メートル (−1,600 フィート)
島々	1
集落	ボストーク基地

ボストーク湖（ロシア語：озеро Восток、ローマ字：  ozero Vostok）は、南極大陸で知られている675の氷底湖^[3] の中で最大のものである。ボストーク湖は南極寒極、ロシアのボストーク基地の真下、中央東南極氷床の表面下に位置し、平均海抜3,488メートル（11,444フィート）にある。この淡水湖の表面は氷の表面から約4,000メートル（13,100フィート）下にあり、海抜約500メートル（1,600フィート）下に位置する。

長さ250km（160マイル）、最大幅50km（30マイル）^[1] 、面積は12,500km ^{2 （4,830平方マイル）で、}表面積では16番目に大きい湖です。平均深度は432m（1,417フィート）で、推定容積は5,400km ³（1,300立方マイル）^[2]で、容積では6番目に大きい湖です。

湖は尾根によって 2 つの深い盆地に分かれています。尾根上の液体の水深は約 200 メートル (700 フィート) ですが、北側の盆地では約 400 メートル (1,300 フィート)、南側の盆地では 800 メートル (2,600 フィート) の深さです。

湖の名前はボストーク基地にちなんで付けられ、ボストーク基地はロシア語で「東」を意味するスループ軍艦ボストーク号にちなんで名付けられました。[ ^4]ボストーク地域の氷底湖の存在は、 1959年と1964年のソ連南極探検中に氷床の厚さを測定するために行われた地震探査に基づいて、ロシアの地理学者アンドレイ・カピツァによって最初に示唆されました。 ^{[5] [6]}ロシアと英国の科学者による継続的な研究^{[6] [7]により、1993年にJPリドリーが}ERS-1レーザー高度計を使用して湖の存在を最終的に確認しました。^[5]

湖水自体は1500万年から2500万年の間孤立していた可能性があるが、その上にある氷は40万年にわたる^連続した古気候記録を提供している。 ^{[10] 2012}年2月5日、ロシアの科学者チームは史上最長となる3,768メートル（12,400フィート）の氷床コアを完成させ、氷の盾を湖の表面まで突き破った。^[11]

新しく凍った湖の氷の最初のコアは、2013年1月10日に深さ3,406メートル（11,175フィート）で採取されました。^[12]しかし、氷に穴が開いた直後に、その下にある湖の水が掘削孔から噴き出し、掘削孔が凍らないようにするために使用されていたフロンや灯油と混ざりました。 ^{[13] [14]} 2015年1月、新しい掘削孔が掘られ、清らかな水とされるサンプルが採取されました。^{[要出典]ロシアチームは、最終的に湖に探査機を下ろし、底から水のサンプルと堆積物を採取する予定です。湖の液体層、}つまり化石水の貯蔵庫には、珍しい生命体が見つかる可能性があると仮説されています。ボストーク湖には数百万年もの間氷の下に閉じ込められていた環境が存在する可能性があるため、その環境は木星の衛星エウロパ[ ^{13] [15]}や土星の衛星エンケラドゥス^[16]に存在すると仮定される氷に覆われた海の環境に似ている可能性がある。

ロシアの科学者ピョートル・クロポトキンは、 19世紀末に南極の氷床の下に淡水があるという考えを初めて提唱した。 ^[17]彼は、数千メートルの氷の累積質量によって生じる巨大な圧力によって、氷床の最下部の融点が下がり、氷が液体の水になる可能性があると理論づけた。クロポトキンの理論は、 1967年にこの主題に関する博士論文を書いたロシアの氷河学者 イゴール・ゾティコフによってさらに発展させられた。^[5]

ロシアの地理学者アンドレイ・カピツァは、 1959年と1964年のソ連南極探検中にボストーク基地周辺で行われた地震探査データを用いて氷床の厚さを測定した。^[5]カピツァは、この地域に氷河下湖が存在することを初めて示唆し、^[6]その後の研究で彼の仮説が確認された。^[18]

1970年代初頭、イギリスの科学者が南極で空中氷貫通レーダー調査を実施したところ、氷の下に液体の淡水湖があることを示唆する異常なレーダー信号が観測された。 ^[19] 1991年、ロンドン大学ムラード宇宙科学研究所のリモートセンシング専門家ジェフ・リドリーは、 ERS-1衛星の高周波アレイを南極氷床の中心に向けるよう指示した。ERS-1のデータは1973年のイギリスの調査結果を裏付けるものだったが、^[20]この新しいデータは1993年までJournal of Glaciologyに掲載されなかった。宇宙レーダーにより、この氷河下の淡水湖は世界最大級の湖であり、南極にある約140の氷河下湖の1つであることが明らかになった。ロシアとイギリスの科学者は、航空機による氷貫通レーダー画像観測や宇宙レーダー高度測定などのさまざまなデータを統合して湖の輪郭を描き、湖の発見は1996年6月20日に科学誌ネイチャー^{に掲載されました。 [21]厚さ3キロメートル（1.9マイル）を超える氷冠の下には、湖に大量の液体の水があることが確認されています。湖には、平均10キロメートル（6マイル）の長さの}液体の水の空洞が少なくとも22あります。^[22]

湖の名前の由来となった基地は、南極大陸の発見者の一人であるロシアの探検家ファビアン・フォン・ベリングスハウゼン提督が航海した900トンのスループ軍艦ボストーク号（ Восток ）を記念したものである。^[4]ボストークはロシア語で「東」を意味するため、基地と湖の名前は東南極大陸に位置しているという事実も反映している。

2005年、湖の中央部に島が発見された。^[23]その後、2006年1月、氷冠の下に2つの近くの小さな湖が発見されたことが発表され、90 Degrees Eastとソビエツカヤと名付けられました。^[24]これらの南極の氷底湖は、氷底河川のネットワークによってつながっているのではないかと疑われています。極地観測モデリングセンターの氷河学者は、南極の氷底湖の多くは少なくとも一時的には相互につながっていると提唱しています。^[25]個々の湖の水圧が異なるため、大規模な氷底河川が突然形成され、大量の水が固い氷に流れ込む可能性があります。^[25]

アフリカは約1億6000万年前に南極大陸から分離し、その後白亜紀初期（約1億2500万年前）にインド亜大陸が分離した。約6600万年前、南極大陸（当時はオーストラリアとつながっていた）はまだ熱帯から亜熱帯の気候で、有袋類や広大な温帯雨林が生息していた。^{[26] [27]}

ボストーク湖盆地は、氷河下の山脈であるガンブルツェフ山脈とドームC地域の間にある数百キロメートル幅の大陸衝突帯の全体的な環境内にある小さな（幅50キロメートル（31マイル））地質構造です。^[28]湖水は厚さ70メートル（230フィート）の堆積層に抱かれており、氷冠が形成される前の南極の気候と生命のユニークな記録が含まれている可能性があります。^{[20] [29]}

湖の水は、約1500万年前に厚い氷床の下に閉じ込められたと推定されています。^[8]当初は、湖は形成以来同じ水で構成されており、滞留時間は100万年程度であると考えられていました。^[25]コロンビア大学ラモント・ドハティ地球観測所のロビン・ベルとマイケル・スタディンガーによるその後の研究では、湖の水は継続的に凍結し、南極の氷床の動きによって運び去られ、高圧状態にある氷床の他の部分から溶けた水に置き換えられていることが示唆されました。この結果、湖の全容積が13,300年ごとに入れ替わると推定されました。これは、湖の有効平均滞留時間です。^[30]

地球上で観測された自然現象による最低気温は、  1983年7月21日にボストーク基地で記録された−89 ℃（−128  ℉ ）である。 ^[8]平均水温は−3℃（27℉）程度と計算されており、上部の氷の重さによる高圧のため、通常の氷点下でも液体のままである。 ^{[31]地球内部からの} 地熱が湖底を温める可能性があり、^{[32] [33] [34]}氷床自体が表面の低温から湖を遮断している。

ボストーク湖は極度の貧栄養環境であり、窒素と酸素が過飽和状態にあると予想されており、 ^{[35] [36]} 1kg（2.2ポンド）の水あたり2.5リットル（0.088立方フィート）の窒素と酸素が測定されており、^[37]これは地球表面の通常の淡水湖で一般的に見られる濃度の50倍に相当します。ボストーク湖の上にある大陸氷冠の重さと約345バール（5,000psi  ）の圧力が、高ガス濃度の一因となっていると推定されています。^[38]

酸素やその他のガスは水に溶けるだけでなく、クラスレートと呼ばれる構造に閉じ込められる。クラスレート構造では、ガスは氷のケージに閉じ込められ、固まった雪のように見える。これらの構造はボストーク湖の高圧深部で形成され、表面に持ち込まれると不安定になる。^{[25] [37]}

2005年4月、ドイツ、ロシア、日本の研究者らは、この湖に潮の満ち引き​​があることを発見した。^[39]太陽と月の位置によって、湖面は約12mm（0.47インチ）上昇する。^[40]湖は完全な暗闇の中にあり、圧力は355バール（5,150psi）で、酸素が豊富であると予想されるため、湖に生息する生物はこの環境に特有の方法で進化した可能性があると推測されている。^{[20] [37]湖の東岸には1}マイクロテスラ の磁気異常があり、105×75km（65×47マイル）に及んでいる。研究者らは、この異常はその場所の地殻の薄化によって引き起こされたのではないかと仮説を立てている。^[41]

ボストーク湖の深部氷床コア掘削では、生きたハイドロジェノフィルス・テルモルテオルス微生物が発見されている。この微生物は現存する地表生息種である。^{[36] [42]}これは、氷河下の湖を取り囲む岩盤の地熱システムを利用した深部生物圏の存在を示唆している。湖には高圧、一定の寒さ、栄養分の低さ、潜在的に高い酸素濃度、日光の欠如にもかかわらず、微生物の生命が存在する可能性があるという楽観的な見方がある。^{[36] [43]} 木星の衛星エウロパと土星の衛星エンケラドゥスにも、厚い氷の地殻の下に湖や海がある可能性がある。ボストーク湖での生命の確認は、氷の衛星に生命が存在する可能性を強める可能性がある。^{[36] [44]}

ボストーク基地で研究していた研究者たちは、1998 年に世界最長の氷床コアの 1 つを作成した。ロシア、フランス、米国の合同チームが、長さ 3,623 メートル (11,886 フィート) のコアを掘削して分析した。湖の頂上近くで掘削されたコアの氷のサンプルは、42 万年前のものと評価されている。この湖は、1,500 万年前に氷床が形成されて以来、地表から閉ざされていたと推定されている。コアの掘削は、氷床と湖の液体の水との境界と思われる高さのおよそ 100 メートル (300 フィート) ^[45]で意図的に中止された。これは、掘削孔が崩壊して凍結するのを防ぐために使用された60 トンのフロンと灯油の柱による湖の汚染を防ぐためであった。 ^[20]

このコア、特に氷床の底に湖水が凍ってできたと考えられる氷からは極限環境微生物が発見され、湖水が生命を支えていることが示唆された。科学者たちは、この湖にはおそらく50万年前に発達した特徴を持つ孤立した微生物遺伝子プールを持つ古代の細菌にとってユニークな生息地があるのではないかと示唆した。 ^[46]

2011 年 1 月、ロシア南極探検隊の隊長ヴァレリー・ルーキンは、チームが水に到達するために掘削できる氷はあと 50 メートル (200 フィート) しかないと発表した。^[8]その後、研究者たちは、残りの部分を掘削するために、新しいサーマル ドリル ヘッドと「クリーン」なシリコン オイルフルイドに切り替えた。 ^[47]水中まで掘削する代わりに、サーマル ドリルのセンサーが自由水を検知したら、水面のすぐ上で掘削を停止すると述べた。その時点で、ドリルは停止し、掘削孔から引き抜かれることになっていた。ドリルを引き抜くと、ドリルの下の圧力が下がり、水が穴に引き込まれて凍結し、穴の底に氷の栓ができる。^[48]掘削は、南極の冬季が始まる前に研究チームが氷から脱出できるように、2011 年 2 月 5 日に深さ 3,720 メートル (12,200 フィート) で停止した。掘削チームは2011年2月6日に航空機で出発した。^[49]

計画では、翌年の夏にチームは再び掘削し、氷のサンプルを採取して分析することになっていた。^{[8] [50]}ロシア人は2012年1月に湖の掘削を再開し、2012年2月6日に湖面に到達した。^{[11] [51]}研究者たちは、急流の湖水を掘削孔内で凍らせ、数ヶ月後にこの新しく形成された氷の氷床コアサンプルを採取し、分析のためにフランスのグルノーブルにある氷河学および環境地球物理学研究所に送った。^[要出典]

科学者らが集積氷の中に微生物がいるという証拠を初めて報告したのは1999年だった。^{[52] [ 53]}それ以来、スコット・O・ロジャーズ率いる別のチームが、1990年代の米国の掘削プロジェクト中に収集された集積氷（氷河下水層からではない）から、さまざまな細菌や真菌を特定してきた。^{[54] [55]}彼によると、これは氷の下の湖が不毛ではなく、独特の生態系を含んでいることを示しているという。その後、スコット・ロジャーズは2013年7月に、彼のチームが核酸（DNAとRNA）の配列決定を行い、その結果から集積氷、ひいては湖に表れる代謝経路を推測できたと発表しました。チームは3,507のユニークな遺伝子配列を発見し、そのうち約94%は細菌由来で、6%は真核生物由来であった。^{[56] [57]} 1,623の配列については、分類学上の分類（属および/または種）または同定が可能であった。一般的に、分類群は、湖、汽水、海洋環境、土壌、氷河、氷、湖の堆積物、深海堆積物、深海熱水噴出孔、動物および植物から以前に記載された生物と類似していた。好気性、嫌気性、好冷性、好熱性、好塩性、好アルカリ性、好酸性、乾燥耐性、独立栄養性、および従属栄養性の生物からの配列が存在し、多細胞真核生物からの配列もいくつか含まれていた。^[56]

2020年、コルビー・グラとスコット・ロジャースは、ボストーク湖の付加氷と湖に流れ込む基底氷の研究を拡大した。^[58]彼らは、基底氷には湖の付加氷で見つかったものと比較してほぼ完全に異なる生物群集が含まれていることを発見し、2つの完全に異なる生態系を意味していることを示した。追加の細菌と真核生物が報告された。湖の氷の生物の最も高い多様性は、イオンとアミノ酸の高濃度と有意に関連していた（p < 0.05）。彼らの以前の研究では、魚の腸に生息する細菌の存在が示唆されていたが、魚の配列は見つからなかった。しかし、2020年の研究では、南極沿岸によく見られるイシダラダラ（Notothenia coriiceps）のrRNA配列と97％以上類似したrRNA配列を発見した。これは、ボストーク湖に生息する可能性のある魚種の最初の報告である。この魚は不凍タンパク質を生成することが知られている。

英国ニューカッスルのノーザンブリア大学の微生物学者デイビッド・ピアース氏は、DNAは掘削プロセスによる汚染に過ぎず、ボストーク湖そのものを代表するものではないと述べた。古い氷床コアは、生命ではなく氷に埋もれた過去の気候の証拠を探すために1990年代に掘削されたため、掘削機器は滅菌されていなかった。^[14]また、ロシアのガッチナにあるペテルスブルグ原子物理学研究所のボストーク湖専門家セルゲイ・ブラット氏は、サンプル内の細胞やDNA断片が、実際に湖に存在する可能性のある生物のものである可能性は低いと見ている。同氏は、サンプルが外界からの組織や微生物でひどく汚染されている可能性が非常に高いと述べている。^[59]

スコット・ロジャース氏は、管理措置が厳格であり、各氷サンプルで見つかった生物の組み合わせが冷たい湖と氷に生息する生物（南極のロックコッドの配列を含む）と一致しており、サンプル採取中または研究手順によって持ち込まれた汚染とは一致していないため、汚染の可能性を否定しました。また、すべての研究手順はエリー湖の氷サンプルと並行して実行され、結果として得られた2つのデータセットはまったく異なっていました。エリー湖のサンプルには人間の居住の兆候が多数見られましたが、ボストーク湖の氷サンプルには人間の居住の兆候は見られませんでした。エリー湖のサンプルは、細菌門と真核生物門のプロファイルもほぼ完全に異なっていました。

ロシアとフランスの科学者たちは、ボーリングホールで凍ったボストーク湖の水の分子DNA研究を行っており、多数のDNAライブラリ[要出典]を構築している。DNAライブラリとは、科学者^が細菌の種を特定できるようにするDNA断片のコレクションである。これまでに湖から採取されたサンプルには、水1000に対して約1の灯油が含まれており、ドリルビットと灯油掘削液に以前から存在していた細菌で汚染されている。^[要出典]これまでに、科学者たちは255種の汚染物質を特定できたが、2012年に最初に湖の表面まで掘削したときに、どの国際データベースにも一致するものがない未知の細菌も発見しており、科学者たちはそれがボストーク湖固有の生物であることを期待している。^{[60] [61]}しかし、同研究所の研究室長であるウラジマール・コロレフ氏は、この細菌は原理的には掘削時に使用する不凍液である灯油をエネルギー源として利用する汚染物質である可能性があると述べた。^[62]

科学界の批評家は、掘削液に汚染されていないきれいな湖水のサンプルを検査するまでは、有益な情報を得ることはできないと述べている。^{[引用が必要]}汚染問題にかかわらず、2013 年 5 月、ロシアのボストーク南極基地の掘削施設は、「ロシアの南極研究の成果が国際科学界に認められ、2012 年 2 月 5 日にロシアの科学者がボストーク氷河湖の氷底を掘削する独自の作業が行われた結果」として、歴史的建造物に指定された。^{[引用が必要]}

2015年1月、ロシアの報道によると、ロシアの科学者らが50キログラムの特殊なプローブを使ってボストーク湖に新たな「クリーン」な掘削孔を掘り、不凍液に汚染されていない約1リットルの水を採取したという。^{[63] [64]}使用された掘削技術は、一般的に液体の水、特にクリーンなサンプルを採取するには不適切であることが判明し^[65]、結果は報告されなかった。^[66]掘削孔の底部では水位が30～40メートル上昇すると予測されていたが、実際には湖から500メートル以上の高さまで水位が上昇した。同年10月、ロシア連邦政府の資金不足のため、その南半球の夏の間、作業は中断された。^{[67] [68]}

2019年、ロシア政府はロシアの億万長者レオニード・ミヘルソンの資金援助を受けて、ボストーク湖研究ステーションに新しい越冬施設を設置するよう命じた。この施設は夏季に35人、冬季に15人を収容でき、200キロワットの容量を持つディーゼル発電機4台を備える。133のモジュールで構成される新しい施設は、 2021年12月にプログレスステーションに納入され、今後4年間でボストーク湖研究ステーションに輸送され、設置される予定である。^{[69] [70]}

この掘削プロジェクトは、温水掘削の方が環境への影響は限定的であると主張する環境保護団体や科学者から反対されている。^[71]主な懸念は、ロシア人が掘削孔の再凍結を防ぐために使用した不凍液で湖が汚染される可能性があることである。米国国立研究評議会の科学者は、ボストーク湖には微生物が存在すると想定すべきであり、これほど長い隔離状態の後では、湖のあらゆる生命体は汚染から厳重に保護する必要があるとの立場を取っている。^[72]

ロシア人が採用した当初の掘削技術では、ボーリング孔を潤滑し、崩壊や凍結を防ぐためにフロンと灯油を使用していた。ボストーク湖の氷上では、これまでに60米トン（54  t ）のこれらの化学物質が使用された。 ^[20]他の国々、特に米国と英国は、温水掘削などのよりクリーンな技術が利用可能になるまで、ロシア人が湖まで掘削しないよう説得できなかった。^[73]ロシア人は作業を改善したと主張しているが、すでに灯油で汚染されている同じボーリング孔を使い続けている。^[1]ロシア南極探検隊の責任者であるヴァレリー・ルーキンによると、ピーターズバーグ原子物理学研究所の研究者らが、侵入時に湖が汚染されていないことを保証する新しい装置を開発したという。^[8]ルーキンは、掘削が湖に影響を与えないことを南極条約加盟国に繰り返し保証しており、掘削が成功すれば水が掘削孔を駆け上がって凍結し、他の流体を封じ込めると主張している。^[74]

一部の環境保護団体は、こうした主張に納得していない。南極・南極海連合は、この掘削方法は、ボストーク湖や南極の他の氷底湖（一部の科学者はボストーク湖とつながっていると確信している）を危険にさらす、非常に誤った措置であると主張している。^[5]連合は、「ボストーク湖への侵入が環境的に防御可能かどうかを再検討する前に、他の国々と協力してより小さく孤立した湖に侵入する方がはるかに望ましい。私たちが賢明であれば、湖はやがてその秘密を明らかにすることを許されるだろう」と主張している。^[5]

ルーキンは、温水掘削は微生物相にとってはるかに危険であると主張している。なぜなら、温水掘削は生物を沸騰させ、湖の水層構造全体を乱すからである。^[75]さらに、温水掘削には、ロシアの探検隊が遠隔地のキャンプで生成できる以上の電力が必要であっただろう。^[71]しかし、ロシアチームが採取した水サンプルは掘削液でひどく汚染されていたため、2017年5月に彼らは、現時点では湖水の実際の化学的および生物学的組成に関する信頼できるデータを得ることは不可能であると報告した。^[76]

• 地下水 – 地表の下にある水
• コラ半島超深度掘削孔 – ロシアの掘削孔。地球上で最も深い人工の穴
• レドヨム – 地質学用語
• 湖の容積一覧 - 容積で見た世界最大の湖の概要

ウィキメディア・コモンズには、ボストーク湖に関連するメディアがあります。

• Columbia.edu: ボストーク湖について
• Columbia.edu：「ボストーク湖：好奇心か、学際研究の焦点か？」Wayback Machineで 2020 年 4 月 27 日にアーカイブ（1998 年）
• ASOC.org: ボストーク湖のロシアへの嘆願書 2016年3月4日アーカイブウェイバックマシン
• OperationReality.org: ボストーク湖に関するビデオドキュメンタリー