南极冰下生活

阳光照耀在南极冰盖上，异常刺眼。46岁的冰川学家斯拉维克·图拉齐克（Slawek Tulaczyk）在倾斜的夏日光线下眯起眼睛，看着600英尺外正在上演的一幕。

一架大力神军用货机被困在那里，无法起飞。它的滑雪板冻在了雪地上。这架飞机刚刚运送了图拉齐克以及12名工作人员和1万磅的设备。他们此行的目的是探索地球上最后未被探索的地方之一。在雪地看似平坦的表面下，2600英尺深的冰层之下，躺着一个神秘的湖泊，人类的眼睛从未见过。来自加州大学圣克鲁斯分校的图拉齐克已经等待了六年，才有机会调查这片隐藏的水域，它被称为威兰斯冰下湖。

现在，当他看着大力神飞机第二次尝试起飞时，他感到担忧。图拉齐克的航班是首次运送考察科学家、工程师、技术人员和设备到现场的航班，一架滞留的飞机可能会阻止其余人员和最后一部分设备及时抵达。

大力神飞机的四个螺旋桨轰鸣着，卷起了一场暴风雪。飞机纹丝不动。

四名男子在大力神飞机的滑雪板周围铲雪，试图将其解冻。这只冷血的蝴蝶只能在冰盖上停留这么长时间。如果发动机关闭超过几分钟，它们可能在寒冷中无法重新启动。

威兰斯湖可能已经有数十万年没有见过阳光了，但图拉齐克和当天降落的其他人都打算看看冰下有什么。他们打算钻入湖中并采集水和泥浆样本。他们打算将摄像机放入湖中。他们还打算找出那里是否有什么生物。

2013年1月17日，当图拉齐克看着大力神飞机时，这个湖泊仍然只是一个由嘈杂的地球物理测量数据拼凑而成的模糊轮廓，这些测量包括雷达、卫星发射的激光以及冰层浅孔中爆炸物产生的地震回波。

但对于世界各地的科学家来说，探索这个不起眼的湖泊已经成为勘探领域的一个重要里程碑。地球上近10%的陆地面积被冰川冰覆盖，人类从未涉足。探索冰下湖泊有助于回答许多重要问题：例如，随着南极冰盖的消退，全球变暖是否会加速。对威兰斯湖进行采样还可以为太阳系其他冰冷星球上可能存在的生命提供线索。

进入湖泊是一项艰巨的任务。一支拖拉机车队已经将120万磅的钻探设备从南极海岸拖运了600英里，那里是麦克默多站的基地。麦克默多对钻机的测试以及随后的天气延误，使得这次考察的时间表异常紧张。即使钻探即将开始，南极的夏季和可作业条件也已接近尾声，留给团队的时间不超过14天。“南极洲这部分的野外工作常常像堑壕战，”图拉齐克几天前说，“你需要挖掘和工作数月。我们正在尝试的是闪电战。”

图拉齐克一边思索着，一边看着大力神飞机第三次启动引擎。飞机机身颤抖着。它的滑雪板松动了。这架12.5万磅重的飞机笨重地向前移动，在跑道上双向犁过——这一操作通过焚烧数千磅燃料减轻了飞机的载荷。

当大力神飞机第四次穿越滑雪跑道时，安装在其两侧的八枚固体燃料火箭点火，将飞机推向空中。

图拉齐克松了一口气。团队的目标近在咫尺，就在下方半英里处。但是，正如飞机起飞所显示的，在这些条件下，即使是看似简单的任务，比如在冰上融化一个洞，也常常被证明是困难的。

探索之路

关于威兰斯湖的故事可以追溯到50多年前。在20世纪的大部分时间里，南极冰盖被认为是永恒不变的。一些科学家甚至建议将核废料永久储存在其中。

但在20世纪后半叶，一种名为冰层穿透雷达的新技术，让科学家能够透过大片冰层，发现了整个被埋藏的山脉，高达9000英尺。在1960年代末和整个1970年代，装有向下雷达的大力神飞机飞越数千英里的测量线，绘制了冰下地形图。这一发现改变了科学家对南极洲的看法。

冰川学家还注意到，在某些地方，冰下通常崎岖的地形却异常平坦，雷达反射异常明亮——这表明是水而不是岩石。

人们没想到会在冰下发现湖泊，但如今，南极洲已知存在200多个。这些湖泊由地球内部渗透出的地热加热，以每年数个硬币厚度的速度融化冰盖底部，并从冰中释放出水。

在20世纪90年代中期，在东南极洲冰面下12000英尺处发现了一个包含1300立方英里水（与密歇根湖水量相当）的湖泊，俄罗斯人曾在此钻探冰盖多年以研究其历史。当俄罗斯人的钻头接近下方的湖泊（现称沃斯托克湖）600英尺时，他们取出的冰突然从透明变为浑浊，点缀着泥点。这些浑浊的冰代表着沃斯托克湖的泥水重新冻结在冰盖底部。

蒙大拿州立大学博兹曼分校的湖泊生物学家约翰·普里斯库（John Priscu）弄到了一磅半这种脏冰。普里斯库已经在南极沿岸的小湖中发现了繁盛的细菌和藻类。这些湖泊中只有上层10到30英尺的水是冰冻的，因此阳光可以穿透，让生命通过光合作用获取能量。但是像沃斯托克湖这样深埋的湖泊将完全黑暗，因此那里的任何生命都必须使用其他能源。

当时，关于沃斯托克湖可能存在何种生命的问题，对于那些在太阳系其他地方寻找生命的人来说变得越来越重要。太空探测器在木星的卫星欧罗巴内部发现了一个水洋，被锁在五到十英里厚的冰壳之下。科学家们推测生命是否可能居住在这个黑暗的海洋中——普里斯库说，这是一个令人惊叹的可能性，当你考虑到欧罗巴和围绕木星和土星运行的其他卫星的冰盖海洋实际上包含了地球上所有海洋水量的五到六倍时。沃斯托克湖是地球上研究这些无阳光、地外海洋中可能存在的生命的完美模拟。

果然，普里斯库在浑浊的沃斯托克冰中发现了死亡或休眠的细胞——每立方英寸多达60万个。怀疑论者推测这些细胞并非来自冰本身，而是来自俄罗斯人在沃斯托克湖上方钻孔中储存的10万磅煤油钻井液，以防止钻孔冻结。普里斯库从未直接采样沃斯托克湖以证实他的发现，因为钻探其余部分的工作被推迟了。人们担心，当最终钻透时，钻孔中的煤油会泄漏到原始湖泊中。

然而，到了2007年，另一个计划正在形成。卫星测量刚刚揭示了西南极洲半英里冰层下存在威兰斯湖。该湖长7.5英里，宽5英里，深25英尺。

图拉齐克于2007年11月成为第一位访问威兰斯湖的研究人员。他是一名冰川学家而非生物学家，他想调查一个对气候变化至关重要的问题：冰下河流和湖泊是否润滑了冰在陆地上的移动——它们是否可能以某种方式加速冰川流入海洋，从而引发海平面快速上升？

图拉齐克的团队在威兰斯湖上方的冰面安装了仪器，以监测冰盖的移动。（阅读道格拉斯·福克斯关于这项研究考察的文章，刊载于《发现》杂志2008年9月号的“气候变化的零点”。）

那次考察是重要的第一步，但要了解威兰斯湖的物理和生物特性，最终需要钻入其中。图拉齐克、普里斯库和数十位其他科学家制定了计划。他们将使用热水喷射而不是周围有煤油的金属钻头来钻透冰层。

热水钻探仍然面临挑战：充满水的钻孔会迅速重新冻结，而且钻孔在周围冰盖的巨大重量下仍然可能塌陷。国家科学基金会资助了这个雄心勃勃的项目，从2012年11月开始，30多名科学家、钻井工人技师前往沿海的麦克默多站，为前往威兰斯湖做准备。这个小组包括来自十几个机构的独立生物学家、地质学家和冰川学家团队。2013年1月，几次航班将把他们和一些科学仪器（过于脆弱，无法在车队中拖运）从麦克默多运往威兰斯湖。

载着图拉齐克的首趟航班于1月17日终于降落在威兰斯湖；由于天气原因，比原计划晚了13天。这样的延误，加上钻井速度的不确定性，增加了无法到达湖泊或采样工作受阻的可能性。但在接下来的五天里，又有三趟航班成功运送了大部分剩余的科学家和设备。剩下唯一的任务就是钻透冰层，并让这个狭窄、短暂的通道保持开放数天。

进入深渊

威兰斯钻探营地距离南极点380英里，在夏天经常笼罩西南极洲的薄雾膜下，它是一簇几乎看不见的微弱光点。近看，这个营地的规模堪比工业区。

每个点都代表一个卡车大小的集装箱，焊接在一个巨大的雪橇上。钻机由十几个这样的雪橇组成，首尾相连，就像一个分节的金属生物。这只巨兽头部的第一、第二和第三节容纳了发电机和变压器，它们将航空燃料转换为45万瓦的电力。在第四节，水（来自融化的雪）通过紫外线辐射和过滤进行消毒。然后水通过凯夫拉尔纤维增强软管流向第五和第六节，在那里被加热和加压。然后在第七节，水进入一段半英里多长的软管，它盘绕在一个校车宽的线轴上。当1月23日钻探开始时，软管逐渐从冰盖上的一个孔中释放出来。热水从喷嘴喷涌而出。

这台机器是由内布拉斯加大学林肯分校的七名冰钻工建造的：一群受过大学教育的杂牌军，他们逃离了美国宇航局或生物医学工程工作的可靠单调，寻求冒险。他们穿着破旧的Carhartt工作服和沾满油污的手套，操作着钻机，徒步巡视其远处的附件，通过手持无线电通信，同时转动阀门调节水流。

“你只想尽可能保持一切温暖和运转，”前气象学家、钻井工达尔·吉布森（Dar Gibson）在一个晚上说，当时钻机因维修而停止。停机是一场与时间的赛跑：减速会导致软管中形成冰块，这在机械上相当于冠状动脉堵塞。

1月25日下午6:30，经过两天的钻探，威兰斯湖的最后一段钻探开始了。钻探软管悬挂在冰中一个20英寸宽的孔中，向下2480英尺。首席钻探员丹尼斯·杜林（Dennis Duling），一位61岁的、留着灰白胡子的前农民，坐在控制室里，他那长满老茧的手放在鼠标上，在电脑上查看传感器读数。这些读数包含了他在半英里之下世界的间接知识——一个他必须凭感觉而非视觉来导航的世界。

由于钻孔条件恶劣，杜林和他的团队没有在钻机上安装摄像头。他们必须通过来自三个传感器的替代测量值来推断数千英尺以下正在发生的事情。一个传感器计算卷出钻头软管的卷筒转数（该数据用于估算孔的深度）；另一个传感器测量悬挂软管的重量，揭示软管是否因撞到障碍物而松弛；第三个传感器监测压力并检测孔中水位是上升还是下降——这可能是已到达湖泊的证据。

杜林盯着传感器数据，命令钻井速度放慢到爬行，担心他们正在接近湖泊，并试图避免搅动泥浆。“我们不想炸进去，”他说。1月25日晚上，没有人知道他们会在确切的哪个深度突破。这将成为一个令人困扰的问题。

突破表面

钻机似乎在1月26日凌晨12点10分进入湖泊；软管被拉起，以便放下摄像头进入孔中确认突破。不幸的是，摄像头从未到达底部：在2300英尺处，钻孔分成了两个分支，阻碍了摄像头进一步深入。

摄像机从孔中取出，钻探软管降到分支点。注入热水，目的是将分支融化成一个单一的宽阔通道，以便以后可以放下摄像机。

1月26日晚上7点，摄像头第二次被放下。人们挤进控制室观看直播。摄像头在2300英尺处遇到了相同的分支；热水钻头未能解决问题。然而，这次幸运的是，摄像头成功地被推过交叉口。控制室里的人们欢呼起来。

摄像机轻松下降了50英尺。孔洞扩大，收缩，然后再次变宽。接着，摄像机停了下来。一两秒钟后，人们才明白他们看到了什么。

摄像机躺在一片白色的地面上。那是冰。洞穴已经走到了死胡同。“天哪，”有人失望地说。

钻井工们很快就找到了问题。钻探软管上的传感器没有正确校准，高估了送入孔中的软管长度。钻探在离湖泊至少100英尺的地方停止了。

“当你来到这里，你的鼻子会流血，”杜林说。“没关系。我们能应付。”他显得疲惫，无奈。“我们再钻一次。”

24小时后，1月27日，钻井工人之间流传着一些黑色幽默。“你们想看《末路狂花》吗？”其中一人在电台中发出沙沙声，一个拿着沉重扳手、留着浓密胡须的家伙用一部女性电影的典故来转移焦虑的情绪。

“只有我们能手拉手哭的时候，”吉布森对着他的手持对讲机回答。吉布森坐在控制室里，人们聚集在那里，观看摄像头在又一轮钻探后第三次下到洞里。

摄像头经过1600英尺。孔洞圆形墙壁的波纹在监视器上滚动，如同宇宙虫洞的轮廓。接着，图像在迷雾中消散。所有运动感都停止了。

黑暗的房间里响起了对话。水是浑浊的，还是相机出了故障？“我们还在下降吗？”吉布森对着对讲机问道。

“我们正在下降，”回答的声音沙哑。“刚到640米[2100英尺]。”

几分钟过去了。显示器上的模糊逐渐变暗，呈棕色。“电缆刚刚松弛了，”无线电中传来沙沙声。“我们刚刚触底了。”摄像头停留在2626英尺之下。

盘旋的淤泥沉淀下来。湖泊的景象逐渐清晰。

摄像机侧卧着，镜头扫过泥泞的地面，地上散落着一些泥团。水中飘浮着缕缕泥丝。这幅由粗糙像素组成的图像，与36年前“海盗”号着陆器发回的第一批火星表面照片遥相呼应——那是人类从未见过的景象。

出乎意料的是，湖水本身只有5英尺深，而不是25英尺。雷达探测高估了湖泊的深度，误将形成湖床的20英尺黏稠泥浆当作了水，图拉齐克在一场紧急会议中说道。“这个湖已经足够古老，大部分已经被沉积物填满了。”尽管有这个意外，团队最终将有机会在冰盖下寻找生命。

1月28日早上6点20分，半打穿着无菌白色防护服的人聚集在钻井平台，等待威兰斯湖的第一份水样。

一根绷紧的缆绳从钻孔中缓慢地移出。路易斯安那州立大学的微生物学家布伦特·克里斯纳（Brent Christner）用锤子敲掉缆绳上的冰霜。一个不透明的瓶子映入眼帘。普里斯库把它带进实验室。当威兰斯冰下湖的第一批水被倾倒进一个透明的管子时，人们挤了进去。

液体呈蜂蜜色。一根电极被浸入——液晶显示屏上闪现出一个数字。水导电性很强，这表明它富含矿物盐，可以作为微生物的食物。人群中爆发出欢呼声。

生命的探索

冰下环境常被描述为极端。但威兰斯湖却出人意料地宜居。

湖水温度仅为31华氏度，略高于麦克默多站附近海岸海域的温度，那里海星、100磅重的鳕鱼和其他生物种类繁多。上空冰盖的压力通过降低冰下水的冰点几度来使其保持液态。

威兰斯湖还含有氧气，这是冰盖融化时释放出的气泡注入冰下空间所致。在某些情况下，这些氧气足以支持海底的蠕虫、海星和其他海洋无脊椎动物的生存。

威兰斯湖现在所处的位置曾是浅海海底。北伊利诺伊大学的海洋微古生物学家里德·谢勒（Reed Scherer）在将湖中的泥浆涂抹到载玻片上时发现了这一证据。

谢勒将载玻片置于显微镜下，转动旋钮。一个玻璃状物体突然清晰可见——一个圆形盘状物，边缘呈锯齿状，布满凹坑——这是一种水生微观生物硅藻的壳。“可能是中新世的，”他说。“大概有1000万到1500万年的历史。”载玻片上大约有一百个破碎的硅藻壳。

在过去的2000万年里，随着气候的反复变化，如今的威兰斯湖可能曾被冰盖覆盖和露出数十次。冰盖最近一次覆盖湖泊是在12万到100万年前的某个时候，具体取决于冰盖是否经受住了几次变暖事件中的哪一次。今天存在于湖中的任何生命都可能是在它无冰时期幸存下来的。

但任何幸存者都需要克服一个巨大的挑战。冰层切断了阳光和光合作用——地球表面大多数生态系统的主要能量来源。因此，如果存在冰下生命，就必须通过矿物质的化学分解来获取能量。

第一份威兰斯湖水样的蜂蜜色提供了一个线索：这表明存在微小的矿物颗粒（被冰川磨碎），其中一些比红细胞还小。这种冰川研磨将矿物变成了良好的微生物食物，就像将小麦磨成面粉使其更容易被人消化一样。

1月28日，普里斯库的博士生特里斯特·维克-梅杰斯（Trista Vick-Majors）迈出了期待已久的一步：她将对DNA敏感的染料加入湖水样本中——这是首次尝试在威兰斯湖中检测生命。当她通过显微镜观察时，她看到黑色背景下闪烁着绿色的斑点——细胞对染料产生了反应而发光——每立方英寸的水中多达160万个细胞。这些细胞是首次在冰下湖中明确发现的。

平衡之举

南极冰下生命的肖像需要时间才能浮现。路易斯安那州立大学微生物学家克里斯纳正在使用DNA测序技术对湖中数百种微生物进行普查。这将提供一个关于它们所属分类群的初步了解。

克里斯纳和普里斯库的团队还在培养从湖中收集的500多个微生物菌株。“我们可能会发现一些人们在未来50年都会研究的菌株，”克里斯纳说。

了解冰下微生物生命及其所引发的矿物分解，有助于回答一些关于全球变暖是否会随着南极冰盖消退而加速的重大问题。一些科学家认为，冰下微生物可能产生了数十亿吨甲烷——一种强大的温室气体，随着冰盖退缩，它可能会逸出，导致全球变暖加速。

2月1日，图拉齐克和他的学生们最后一次使用钻孔。他们将一串振动传感器放入其中。底部传感器悬挂在湖面上方60英尺处。这些传感器，最终会被冰层侵蚀和包裹，将随着时间的推移记录威兰斯湖的私密生活，记录水流冲过湖泊时湍流的隆隆声和滚落的岩石。这些信息将帮助图拉齐克了解冰下水是否润滑了冰的流动，以及它是否可能在南极部分地区发生的冰川失控加速中发挥作用。钻孔被胶合板覆盖，上面堆满了雪。

向西一英里处，在午后的阳光下，21个矮胖的剪影背光而立。团队已经将这些雪地平台推土成形。20个雪橇和70万磅的装备很快将停放在它们上面过冬，安全地高于将蔓延半英里的雪堆。

当冬季的黑暗降临，气温降至零下50度时，那些停放的雪橇仍然寄托着希望：如果预算允许，图拉齐克和普里斯库明年将返回，钻更多的洞，继续探索南极隐藏的世界。