这片景观可能位于纽约州北部、缅因州西部，或任何其他风景优美的地方：几个大湖，许多小湖，宽阔的河流和缓慢流淌的溪流，充满水洼的洼地和潮湿的地面，所有这些都置身于一片岩石之地。但与熟悉的景观的相似之处仅此而已。这里没有云朵飘过，没有雨水落下，没有星星闪耀；没有阳光，没有月光，甚至没有空气。相反，在这片富含水的景观上，几乎完全覆盖并将其密封的是500万平方英里的冰川，大约两英里厚，已有一百万年的历史。
这奇异的景象出现在地球上最寒冷的地方——南极洲。如果能掀开巨大的冰盖，剩下的就是那水石交错的地形。但这当然是不可能的，所以没有人知道埋藏的景观到底是什么样子，也不知道下面可能有多少生物。直到几十年前，没有人知道这个埋藏着湖泊和河流的世界甚至存在。现在科学家们正认真关注它。记者们称其为“地球上最后一片未被探索之地”和“地球上最后的边疆之一”。一位资深的俄罗斯冰川学家甚至将南极洲最大的冰下湖之一——沃斯托克湖（现在已知是世界第六大湖，体积约为1300立方英里）的发现，称为“20世纪下半叶最重要的地理发现之一”。
关于南极洲冰下水网，有一点是确定的：它们并非大陆冰盖宏大戏剧中的微不足道的配角。事实上，了解这些湖泊和河流可以揭示（尽管是从一个非常黑暗的地方）一系列重要问题，从冰盖的稳定性——湖泊在多大程度上增强了冰向海洋的流动？——到南极洲冰川作用的历史——一些湖泊是否在冰形成之前就已经存在？——再到大陆对海平面上升的影响。根据国家研究委员会最近的报告，冰下湖泊的发现“在短时间内开辟了一个全新的科学领域”。
利用这个突破口，并不比组织一支由雪橇犬和企鹅炖菜组成的探险队容易多少。由于湖泊位于偏远、极寒且深埋的地点，直接研究它们的计划往往在后勤上面临挑战，耗时且昂贵。“要将这些项目组织起来需要很长时间，”德克萨斯农工大学海洋学家、冰下南极湖泊环境小组（SALE）秘书马赫隆·肯尼卡特二世（Mahlon Kennicutt II）说。此外，还需要经过漫长的环境审查期，这主要是因为冰下湖泊有可能孕育生命——而且那里的生命很可能是稀有而奇特的形态。落在冰川表面的细菌和其他微生物，会随着上方更多降雪的积累，经历一百万年的向下输送，最终落入湖泊。在那里，在接近冰点、完全黑暗、高压、低营养的环境中，一些微生物可能以新颖的方式适应以求生存。研究这些顽强的微生物可以为科学家提供关于生命如何可能存在于火星或木星冰盖卫星欧罗巴上的线索。
到目前为止，还没有人用钻头触及过冰下湖的水域，但一个俄罗斯团队一直在沃斯托克湖上方钻取冰芯以获取古代气候记录，他们正在接近目标。俄罗斯人非常希望成为第一个到达并取样冰下湖的。俄罗斯南极探险队负责人兼海洋学家瓦列里·卢金（Valery Lukin）说：“这对我们国家很重要。”他将到达湖泊比作登月：“美国首先登月。他们赢了。对我们国家来说，第一个进入冰下湖泊非常重要。”俄罗斯为此投入了大量国家资源，可能在2009年就能实现。“这是他们极地项目的核心，”肯尼卡特指出。
一些科学家担心，俄罗斯人争当第一的动力可能会危及这片原始生态系统。钻井设备和为了保持钻孔畅通而倾倒的流体可能会将微生物污染物带入钻井站下（也称为沃斯托克站）湖泊的水中，使科学家无法知道那里原本存在什么。蒙大拿州立大学土地资源与环境科学教授约翰·C·普里斯库（John C. Priscu）曾在南极洲永久冻结的地表湖中发现了在低至零下10华氏度的温度下 thriving 的微生物，他希望研究沃斯托克湖中的微生物，以了解它们是否具有活性或独特性，或者两者兼有。“它们的生活方式是什么？”他问道。“它们会形成群落吗？它们会互相捕食吗？它们会产生毒素吗？”
为了回答这些以及其他问题，他必须在南极湖泊被污染之前到达那里。
普里斯库说，仅仅几十年前，大多数科学家仍然像罗伯特·法尔肯·斯科特一样看待南极洲，当他意识到自己将是第二个到达南极点的人时，他说：“天哪！这是个可怕的地方。”普里斯库说，当时普遍的观点是南极洲是一块坚实的冰块，一个没有生命的 continente。认为南极洲的任何一个冰盖（有一个东部冰盖和一个西部冰盖）下面有水的想法似乎是荒谬的。“冰盖下面有水？直觉上，这对我来说没有意义，”肯尼卡特承认。“这是一种非常不寻常的现象。”第一个报告冰下湖泊证据的人没有认出他所看到的东西。1958年，一位名叫罗宾逊的俄罗斯飞机导航员在新建的沃斯托克研究站降落时，注意到冰川表面有一个巨大的、平坦的椭圆形洼地，“岸线平缓”。我们现在明白，这个平滑的洼地是由于冰盖底部在通过水而不是2.5英里下方的基岩时，自由无摩擦地漂浮而形成的。
随后在20世纪70年代初，一支由英国、美国和丹麦科学家组成的团队对东南极冰盖进行了航空无线电回波探测，以确定其厚度，作为衡量南极冰总量的一部分。在此过程中，他们在基岩上方记录到了一些平坦、镜面般的反射，他们将其解释为“水袋”，即至少三英尺深的小湖。（无线电波无法穿透水。）科学家们强调需要对冰盖底部的情况进行更多研究，因为1973年《原子科学家公报》上发表了一项提案，建议将冰盖用作放射性废物的倾倒场。（又是“天哪，真是个可怕的地方”的想法。）由于这新发现的水可能与海洋相连，该团队认为，不能再假设冰盖与“可居住的世界”隔绝。
许多测深飞行都经过沃斯托克基地附近——当飞越毫无特征的景观时，飞行员喜欢利用苏联的旗杆和无线电桅杆来定向——那里记录的“水反射”表明存在一个特别大的冰下湖。但对此并没有引起太多关注；当时的科学家对冰的厚度比对水更感兴趣。“人们聊了聊，”普里斯库说。“没有人认真对待。”
他们的讨论在1994年变得更加认真，当时欧洲ERS-1卫星的图像被添加到早期的无线电回波探测和更早的地震读数中。此前被认为是地震图上的冻结沉积物，被宣布为水，从而正式证实沃斯托克站下方有一个巨大的湖泊，面积比安大略湖小，但体积是其三倍多。爱丁堡大学地球科学学院院长马丁·西格特（Martin Siegert）当时还是一名研究生，他回顾了所有来源的调查结果，计算出除了沃斯托克湖之外，大陆上还散布着76个湖泊。同样在20世纪90年代中期，另一组科学家提出了现在被广泛接受的冰川下湖泊形成机制：地球内部辐射的热量被厚厚的绝缘冰盖困住，而上方所有冰的重量产生的压力降低了底部冰的熔点。
苏联人选择沃斯托克站址，是因为那里的冰层比世界上任何地方都厚——达12,280英尺——而他们需要厚冰。他们计划钻取冰芯以研究过去的气候。冰层记录了数千年积累的环境变化，因此冰芯越长越好。苏联研究人员还计划让基地全年运作，即使在冬季深冷的黑暗中。俄罗斯物理学家伊戈尔·A·佐蒂科夫（Igor A. Zotikov）在他关于钻探的记述中经常引用墨菲定律。钻头卡住了，泵坏了，钻孔闭合了。他们花了30年才将钻孔钻到冰层底部。但多年来，佐蒂科夫和他的同事们，先是作为苏联人，后来作为俄罗斯人，有时在非俄罗斯人的帮助下，提取了几份有用的冰芯，其中包括一份具有里程碑意义的冰芯，其中包含了42万年的气候数据，跨越了四个完整的冰河时代周期。
1998年，在钻探那根长冰芯的底部，本以为会碰到基岩，但钻探工人却取出了晶体与通常在冰川冰中发现的晶体截然不同的冰。这些晶体很大，有些甚至长达三英尺。显然，钻探工人碰到了沃斯托克湖顶部的融水，这些融水缓慢地重新冻结并吸附到上覆冰川冰盖的底部。在取出275英尺后，俄罗斯人停止了钻探，留下了另外150英尺的冰作为通往湖泊的屏障，以防钻头和燃料污染物向下泄漏。“我们可以把沃斯托克钻头看作一个65吨的富集培养物，”路易斯安那州立大学的微生物学家布伦特·克里斯纳（Brent Christner）说。“如果上面没有鼻涕虫，我都会感到惊讶。”
俄罗斯人与他们的法国和美国合作者分享了增生冰样本，后者得出了截然不同的发现。在移除样本外部（可能受污染）的部分后，所有研究人员都清洁并融化了（可能未受污染的）中心冰，并寻找微生物生命的迹象。在各自的实验室中，夏威夷大学檀香山分校的美国人大卫·M·卡尔（David M. Karl）和普里斯库（Priscu）发现了强烈的迹象；两人都检测到每毫升冰中含有数百甚至数千个细菌细胞。其中一些细菌具有完整的膜，所以“它们在相当近期是活着的”，普里斯库说。他们得出结论，沃斯托克湖可能支持一个有活力的微生物种群。
相比之下，俄罗斯彼得堡核物理研究所的分子生物学家谢尔盖·布拉特（Sergey Bulat）和他的法国同事、格勒诺布尔大学冰川学家让-罗伯特·珀蒂（Jean-Robert Petit）（也是关于42万年沃斯托克气候记录的经典论文的主要作者），每毫升只检测到少数细胞；在一些样本中，他们根本没有发现任何细胞。冰基本上是“无菌的”。一个差异可能在于样本：“这不像猛犸象骨头，你可以将其锯成两半，”普里斯库以前的学生克里斯纳说。“增生冰的每一厘米都代表了湖泊的不同区域。”更可能的是，结果矛盾的原因在于实验室技术差异。解决之道必须等到生物学家拿到沃斯托克湖水本身的样本。珀蒂和布拉特确实认为有一种生命形式是可能的湖泊居民：嗜热菌，或喜热微生物。在沃斯托克冰芯样本中，他们发现了一个与在温泉（如黄石公园的温泉）中繁衍的细菌相关的DNA序列。他们推测，沃斯托克湖底部的热点可能来自其床层的深层构造断裂。
俄罗斯人推迟了对增生冰层的钻探七年，在此期间，他们按照《南极条约》（一项由在南极洲有活动的国家签署的环境保护协议）的要求，进行了漫长的环境评估准备工作，详细说明了他们的钻探计划并征求意见。（当然，该条约无法强制执行；南极洲没有军队。）他们还为钻探湖泊的最清洁方法举行了竞赛。获胜者是热钻，它使用加热的水来融化冰，当团队接近水面时，将取代机械钻。然后，钻井液的量将减少，导致密度更大的底层水向上涌入钻孔并冻结在那里，形成一个堵塞物。“如果他们一切都做对了，它应该会奏效，”普里斯库说。
沃斯托克湖是已知最著名的冰下湖，也可能是迄今为止发现的最大湖泊，但还有很多其他湖泊，卫星和雷达勘测不断发现更多。最近，西格特更新了清单，列出了155个湖泊。“可能还有数百个，”他说。“大陆大部分地区尚未勘测。”在一个区域，许多湖泊聚集在一起，以至于南极研究人员称之为湖区。根据普里斯库的说法，所有这些湖泊的总水量占世界所有地表湖泊的10%。换句话说：所有冰下湖泊的总水量足以覆盖整个南极洲三英尺深。
自沃斯托克湖被发现及其微生物学首次探索以来，国际会议定期举行，以便科学家们交流信息并制定计划。最近的会议由SALE组织，于今年春天在蒙大拿州大天空城举行。共有十个国家参加，其中包括日本首次参加。
俄罗斯的瓦列里·卢金（Valery Lukin）留着灰色的列宁式山羊胡，向大家介绍了沃斯托克站恢复钻探的最新进展。“去年我们度过了一个非常有趣的季节，”他报告说。“我们获得了27米（90英尺）的新冰。”但今年一月，他们遭遇了挫折。“我们的钻头卡在了钻孔底部，”他说。“电缆断了。这对俄罗斯南极探险队来说是一个非常严重的问题。”然而，在大天空城会议举行时，“钻探大师们”已经用钩子找回了钻头，并再次取冰。明年，他们应该会取出更多的冰，然后在2009年，“利用俄罗斯技术，”卢金说，“我们将实现冰层穿透到水体。”他反复用指尖轻敲胸口，补充说：“我们希望，我们希望。”
SALE的科学家们似乎普遍认为，即使湖泊存在被污染的风险——例如，新设备尚未进行现场测试——现在也无法阻止俄罗斯的计划了。“他们会去的，”珀蒂在咖啡休息时说道。“他们想做什么就做什么。这不是国际决定，而是国家决定。即使弄脏了手，他们也想成为第一个。”
当俄罗斯人争相进入时，美国机构却退居一旁。在卢金看来，这是因为美国人意识到他们不可能第一个到达冰下湖，而且，他说，“他们不喜欢在任何活动中屈居第二。”实际上，美国人退居一旁是出于谨慎。“阻碍事情的症结在于：多干净才算干净？”伊利诺伊大学芝加哥分校的地球科学家彼得·T·多兰（Peter T. Doran）解释道。多兰受邀前往大天空城，介绍一份新的美国国家科学院/国家研究委员会（NRC）报告（pdf），该报告为冰下环境研究中的良好环境管理制定了标准。与穿过无菌空间的太空探测器不同，冰钻在到达目标之前必须穿过数千英尺充满微生物的冰川冰；因此，设备和钻井液上的微生物堆积是“不可避免的”。接受不完美，NRC的建议之一是，钻井期间添加到湖泊中的细胞数量不得超过其上方冰川冰中微生物的“最低浓度”。
NRC的另一个建议是项目应多国合作。“我们不希望每个人都挖自己的洞，”多兰说。科学家们希望探索几个不同的湖泊，因为它们处于不同的环境，大小各异，可能年龄和起源也不同；所有这些都表明每个湖泊可能都有其独特的一套生命形式。沃斯托克湖之后可能钻探的下一个洞将是埃尔斯沃思湖，这是一个位于西南极冰盖中部的小湖，由英国牵头的团队中有七个国家参与。“埃尔斯沃思比沃斯托克更容易进入，”西格特说。“它小巧易懂。越简单越好。我们将在一个季节内搞定。”该团队预计直到2012年才能到达该湖。他们中没有人认为这意味着他们输掉了一场比赛。
在大天空城会议上提出的一些最出乎意料的发现描述了南极冰层下水体的动态效应。哥伦比亚大学拉蒙特-多赫蒂地球观测站的地球物理学家罗宾·贝尔（Robin Bell）报告了卫星图像，显示冰川前端的四个冰下湖区域启动了一个冰流，这是一种冰盖内快速移动的特征，将冰带入海洋。冰川流动的每年一两米的普通速度在经过这些湖泊时增加了大约十倍。冰下湖泊似乎正在影响冰盖，而不仅仅是反过来。肯尼卡特说：“水正成为使整个系统运转的润滑剂。”“它是南极洲许多基本过程中的重要参与者。”
比利时冰川学家弗兰克·帕蒂恩（Frank Pattyn）开玩笑地说希望有一个可移动的冰盖，让湖泊研究变得更容易，他在演讲中提到了其他证据，表明冰川下的湖水移动得很远、很频繁，而且一次移动量很大。当邓肯·J·温汉姆（Duncan J. Wingham）和他的伦敦大学学院同事审查存档的卫星记录时，他们注意到在16个月的时间里，东南极冰盖中心一个未命名冰下湖上方的地表正在下沉。研究人员将这种下沉（pdf）解释为湖泊排水，其速度惊人，相当于泰晤士河流量的四分之三。第一个湖泊的水溢出到几个较小的湖泊中，这些湖泊本身也排出了水。
“这些湖泊能够排水，这相当耐人寻味，”帕蒂恩说。这种突然的流动可能是常见的事件，并且存在反馈机制，使得“以几十年为时间尺度”进行排水。整个冰下流域可能定期被冲刷。“起初我们认为这些湖泊是坩埚，是古老生命的博物馆，”贝尔说。“它们在3500万年前形成，之后没有改变。”现在已知它们并非孤立存在，并且可以迅速改变。尽管如此，可能存在于这些湖泊中的任何生命形式都可能在水网中度过了数百万年，这足以让它们发展出，正如普里斯库所说，“一些有趣的菌株。”换句话说，那里可能存在着地球上任何其他地方都从未存在过的生命形式。
六月初的一天，大天空城开始下雪。几位来自SALE会议的勇敢、温暖的生物跳进户外热水池，一边喝啤酒，一边看着雪花飘落。这（牵强附会地）类比了他们在职业生涯中觉得引人入胜且意义重大的事物：冰下的融水池。
