Krajem dvadesetog vijeka, nakon što su nam Vojadžeri dali na uvid nekoliko najvažnijih Jupiterovih i Saturnovih satelita, po prvi put se javila ideja da bi neki od njih mogli imati i tečnu vodu ispod svoje površinske kore. Početkom sadašnjeg vijeka, stigle su i potvrde ovih teza, pa je želja za istraživanjem ovih ledenih svjetova sve veća poslednjih godina. Zapreminski gledano, Enkelad, Triton, Diona i Pluton imaju manju količinu vode od Zemlje, dok se za Evropu, Kalisto, Titan i Ganimed očekuje da imaju više vode nego što imamo na Zemlji. Koliko više, pa, samo Evropa bi trebala da ima 2 puta veću količinu vode, a Ganimed čak 26 puta više. Da su ove ledene lopte pune vode interesantne za istraživanje najbolje govore i misije koje se pripremaju. ESA sa misijom Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) čiji su ciljevi Jupiter i njegovi sateliti Ganimed, Kalisto i Evropa, a onda i NASA sa misijom Europa Clipper koja za cilj ima slanje orbitera oko Evrope. Naravno, sva ova očekivanja ne znače ništa u smislu mogućeg razvoja života, ali dosad poznate činjenice daju kvalitetan razlog da se istraži i provjeri. Ima samo jedan mali „problemčić“ – ledeni pokrivač koji nam ove ogromne okeane čini nedostupnim. I to ne bilo kakav pokrivač od leda, već poprilično neprobojan.

Koncepti mašina koje bi trebale da posjete Evropu jednog dana: orbiteri, lenderi, podmornice...

Debljina leda na površini Jupiterovog satelita Evrope je za sada procijenjena između 15 i 25 km. Saturnov satelit Enkelad je takođe prekriven ledom čija se prosječna debljina procjenjuje između 18 do 22 km, dok bi na južnom polu trebao da bude tanji, oko 5 km. Jupiterov Ganimed je još nezgodniji, debljina njegovog leda, pomiješanog sa stjenovitim materijalom se procjenjuje između 100 i 150 km. Vodu ispod ledene kore vrlo moguće ima i Titan, veoma debeo ledeni sloj možemo naći i kod Kalista i kod još nekoliko manjih satelita solarnog sistema. 

Presjek Enkeladove ledene kore i okena ispod - led na polovima bi trebao da bude “samo“ 5 km 

Pa, kako uopšte probiti toliki led i da li smo bilo šta slično radili do sada? Jesmo na Zemlji i trajalo je poprilično dugo. Ako poredimo ledene kore satelita spoljnog Sunčevog sistema sa ledenim pokrivačem na Zemlji, otprilike poredimo koru lubenice i koru breskve. Ali, ni breskvu nije bilo lako probušiti. 

Prošlo je deset godina od kada su ruski naučnici sa Rudarskog Univerziteta u Sankt Petersburgu u saradnji sa AARI (Arktički i antarktički istraživački insistut) ušli u subglacijalni antarktički rezervoar – jezero Vostok, za šta je bilo potrebno probiti najdublju rupu kroz led ikada – 3769.3 metra. 

Kako je sve to išlo i koliko je ovo bio dug i mukotrpan posao vidjećemo prolaskom kroz hronologiju ove bušotine. Sovjetska antarktička istraživačka stanica Vostok je osnovana 1957. godine. Smještena 1300 km istočno od južnog pola, drži rekord u najmanjoj temperaturi ikada izmjerenoj na Zemlji -89.2°C  i to 21. jula 1983. godine. Na petom kontinentu po veličini (ispred Evrope i Australije) a udaljena 1260 km od najbliže obale, svakako ne predstavlja baš gostoljubivo i prijatno mjesto za čovjeka. No, ako nas interesuju istraživanja novih i još ekstremnijih svjetova od našeg ledenog kontinenta, moraćemo da savladamo i pređemo ogroman put da bi to postalo realnost a ne samo maštarija u SCI-FI filmovima i romanima. Stanica Vostok bi trebala da bude rekonstruisana i planovi su da se objekti zamijene novim i taj posao je završen do 2019. godine u Sankt Petersburgu, ali je transport brodovima nekoliko puta odlagan i trebao bi da bude završen do 2023. što je usled poslednjih svjetskih dešavanja takođe upitno.

Stanica Vostok i nema neki prevelik broj lijepih fotografija jer je “malko” nepristupačna za fotografe i influensere

Ipak, nas ovdje interesuje ono što se nalazilo ispod stanice Vostok. Postojanje subglacijalnih jezera prvi je teoretski pretpostavio ruski naučnik Petar Propotkin krajem 19. vijeka. Njegov zaključak je bio da bi pritisak ledenog pokrivača mogao dovoljno da podigne temperaturu i da izazove topljenje leda na granici leda i čvrste zemljine kore. Ruska seizmička sondiranja 1959. i 1964. godine su sugerisala da bi ispod stanice stvarno moglo da bude jezero. Britanci su 1973. sondiranjem iz vazduha takođe potvrdili ovu pretpostavku. Konačno, 1991. godine satelit ERS-1 je definitivno zabetonirao ovu tezu kao tačnu i dao dimenzije jezera – 250x50 km. Dubina vode u jezeru dostiže oko 1200 metara i Vostok predstavlja najveće od preko 140 otkrivenih subglacijalnih jezera.

Satelitski snimak kanadskog Radarsat-a iz 1997. godine

Jezero je dobilo ime po stanici Vostok, a sama stanica po ruskom ratnom brodu koji je admiral Fabian von Belingshausen koristio za istraživanje Antarktika i bio jedan od prvih Evropljana koji je vidio ovaj kontinent. Na ruskom jeziku riječ vostok znači logično - istok.

Bušenje leda na Vostoku je počelo 1970. godine i sa manjim ili većim prekidima, do jezera koje je kasnije otkriveno bilo je potrebno 42 godine. U početku je bušenje vršeno termičkim sistemom okačenim za sajlu. Nakon dvije godine bušenja dolaze do 952 metra dubine i tada se zaključuje da će za bušenje na većim dubinama morati da se osmisli metod koji će spriječiti punjenje bušotine vodom. Od 1980. godine se koriste nove termalne i elektromehaničke bušilice koje rade u fluidu. Brzo se dolazi do dvije bušotine od preko 2000 metara. Ipak, obje su prekinute zbog zaglavljivanja alata u rupama. 

Nadzemni (ili nadglacijalni) dio Vostok postrojenja za bušenje

Novo bušenje počine 1990. korišćenjem termo bušilice TELGA-14M za suvo bušenje do 120 metara, a zatim se sa mašinom TBZS-152M dolazi do 2500 m dubine.  I ova bušilica se zaglavljuje usled zatvaranja rupe, a razlog je bio nedovoljan pritisak tečnosti. Kako pokušaji odglavljivanja nisu uspjeli, sajla je izvučena iz vrha bušilice. Ovim se pri dnu rupe stvarilo oko 35 metara novog jezgra, koje stvara uslove za ofset, odnosno pomjerenu rupu. Nakon toga se termo bušilica oznake TBZS-132 koristi za bočno bušenje (rupa #5G-1). U odnosu na prethodnu, razlikovala se po prečniku glave, cijevima koje se koriste za jezgro i po drugačijem rezervoaru za vodu. Rupa #5G-1 dostiže dubinu od 2755 metara. Tokom sezone 1993-1994 prečnik bušotine je u gornjem dijelu sa 180mm povećan na 220mm. Zatim je rupa obložena, odnosno u nju su ugrađene cijevi od fiber vlakana i zapečaćena je na dubini od 120m zbog zaštite. Naredne godine bušenje se nastavlja mašinom KEMS-135 i u januaru 1996. godine se dolazi do dubine od 3350 m. Tokom sezone 1996-1997 bušenje je vršeno samo tokom kratkog arktičkog ljeta, jer vozilo sa potrebnom opremom nije došlo do Vostoka prethodne sezone. Sa rupom #5G-1 se nastavlja do januara 1998. i dostiže se 3623 m usled poboljšanja dizajna koji je omogućio efikasnije uništavanje leda i uklanjanje strugotine. 

Zatim slijedi najduža pauza – tokom narednih osam godina nije bilo bušenja, da bi sezone 2005-2006 rupa bila ponovo otvorena. Opet sa novim poboljšanjem “burgije“ koja je imala bolju geometriju za prodor “toplog leda“ bušotina se produbljuje za novih 35 metara i opet zaglavljivanje! Ekipa koja je u Vostoku ostala preko zime je napunila 80 litara antifriza u donjoj rupi što im je omogućilo da posebnom hvataljkom uhvate bušilicu a zatim da rupu očiste od pomoćne tečnosti i nastave sa bušenjem. Za narednih 10 metara dubine je bilo potrebno 55 bušenja, što bi značilo da je prosječno po jednom „zaletu“ mašina napredovala samo po 18 cm, u poređenju sa početnim kada je išla po 2-3 metra u dubinu. Međutim, novi problemi uslijedili su 2007. godine, kada je cijev jezgra pala na dno rupe. Svi pokušaji da se izvuče su bili uzaludni. Da bi se zaobišla zaglavljena cijev, 2008. godine se kreće sa novom devijacijom u bušotini oznake #5G-1 i to sa 3580 metara. Ovo je prošlo uspješno i brzo se stiglo do 3600m. Narednog ljeta 2009-2010 (ljeto je na Antarktiku od februara do oktobra) se stiže do 3650m, dakle skoro je nadoknađen gubitak dubine usled zaglavljivanja cijevi. Sezone  nakon toga stiže se do 3720 metara i jezero Vostok je sve bliže. 

Šema sa prikazom bušotina 5G, 5G-1, 5G-2, 5G-3

Dnevni prosjek bušenja je te sezone 2010-2011 bio oko 1.8m dnevno, pa je procjena bila da bi se iduće sezone moglo doći do jezera. Imajući to u vidu, let sa sedam članova ekipe za bušenje stiže u novembru 2011. godine i kreće aklimatizacija ekipe, podešavanje opreme, popravke i nadograđivanja. Bilo je nužno pažljivo odrediti specifičnu težinu tečnosti za bušenje kako bi se njen nivo podesio da bude u ravnoteži sa nadolazećim pritiskom koji se očekuje posle probijanja kompletnog sloja leda. Gejzir u bušotini je bio sve samo ne poželjan. Bušenje počinje 12. januara 2012. i rok za završetak je bio zacrtan 5. februara. Uz neke uobičajene tehničke probleme napredovalo se i mjerenjem temperature leda je procjena bila da se kraj očekuje na oko 3766 m dubine. 

Konačno, posle 42 godine bušenja sa manjim ili većim prekidima - proboj se desio upravo zakazanog poslednjeg dana bušenja - 5. februara 2012. godine. Dubina na kojoj se došlo do vode je bila 3769.3 metra. Dan ranije, javnost je imala lažnu uzbunu jer je bušilica na dubini od 3766 ušla u manji vodeni džep i taj događaj su brojni mediji prenijeli kao ulazak u jezero Vostok. 

Ekipa koja je izvela proboj u jezero Vostok 5.februara 2012. godine

Posle prodora glave prečnika 135 mm u jezero zadatak je bio da se bušilica što brže izvuče. Prodorom tečne vode i njenim dolaskom u kontakt sa okolnim ledom, mašina bi ostala zaglavljena na samom ulazu u jezero. Ova operacija je započeta samo 4 sekunde nakon prodora i bušilica je uspješno izvučena. Na sreću nije bilo gejzira, ali je voda ipak prodrla gore uz bušotinu i oko 1500 litara miješane tečnosti je izašlo u posude koje su bile pripremljene na površini. Nakon što je sve zatvoreno i spakovano, zimska ekipa stanice Vostok 29. februara mjernom bušilicom dolazi do dubine od 3176m što ukazuje da se voda podigla cijelih 592 metra. 

KRAJ I DIJELA

U NASTAVKU: Rešavanje problema podizanja nivoa jezera kroz bušotinu, naučna ispitivanja ledenog jezgra nastalog od jezerske vode, ispitivanje tečne vode u jezeru i planovi za bližu budućnost, planovi za bušenje antarktičkog leda od strane drugih zemalja, da li je lakše bušiti kroz led ili kroz kopno, značaj ovakvih istraživanja za slične projekte širom solarnog sistema u daljoj budućnosti...

Linkovi: 

https://www.southpolestation.com/trivia/10s/lakevostok.html

https://sd.copernicus.org/articles/11/41/2011/sd-11-41-2011.pdf