Beberapa batu di selatan Lovell, Wyoming, berhampiran sempadan Montana, kereta api Burlington Utara memulakan pendakian secara beransur-ansur dari padang rumput dan gading kapaswood. Lintasan itu naik ke jurang berwarna madu yang dipotong melalui batu kapur Madison, formasi yang sudah kuno oleh dinosaur zaman yang menjelajah pantai Wyoming, kemudian melewati ruang bawah tanah, 30 kaki di bawah, yang dikenali sebagai Gua Lower Kane. Pintu masuk gua hampir tidak dapat dilihat, retakan yang hampir dikebumikan oleh runtuhan landasan kereta api tambak.
Kandungan Terkait
- Asal Usul
- EcoCenter: Tanah
Tergesa-gesa ke bawah cerun pergelangan kaki ini di belakang pasukan saintis, saya merenung mulutnya melalui lubang 30-inci. Bent berganda dan meraba-raba cara saya ke hadapan dalam kegelapan, saya tergelincir ke aliran yang bergerak pantas dan berlegar di empat tempat sebelum mencari ruang yang cukup untuk berdiri tegak di bank lumpur. Mata saya tidak lama lagi diselaraskan dengan cahaya terang saya lampu kepala, tetapi kulit saya tetap melekit; tidak seperti kebanyakan gua di latitud ini yang tetap sejuk sepanjang tahun, suhu di Lower Kane melayang pada 75 darjah yang tidak selesa. Bengkak busuk yang tersangkut dalam tenggorokan saya.
Lower Kane tidak mempunyai lajur berkilauan atau "gorden" batu kapur di tempat-tempat pelancongan di bawah tanah seperti Carlsbad Caverns New Mexico atau MammothCave Kentucky. Hampir lebih besar daripada stesen kereta bawah tanah New York City yang tipikal, Lower Kane tidak mempunyai stalaktit yang paling rendah. Namun, gua yang tidak disahkan ini terbukti sebagai lombong emas saintifik, menarik kepada kedalaman lembabnya kumpulan penyelidik yang bertenaga, yang diketuai oleh Annette Summers Engel dari University of Texas. Memakai topeng keselamatan untuk mengawal gas-gas beracun yang berbuih dari tiga kolam renang musim bunga, pasukan sedang mengejar bab terakhir dalam usaha 30 tahun untuk memahami bentuk gua yang jarang dan eksotik yang diwakili Kane; hanya kira-kira sedozen gua sulfida aktif yang dipanggil di seluruh dunia. Ketika pertama kali dicadangkan pada awal 1970-an, teori asal-usul mereka begitu kontroversial sehingga komuniti saintifik mengambil hampir dua dekad untuk memeluknya. Akhirnya, geokimia yang luar biasa dari gua ini membalikkan pemikiran konvensional tentang bagaimana ia dibentuk.
Lebih penting lagi, penemuan "kehidupan gelap" -beberapa koloni mikrob yang berkembang pesat di dunia netherworlds ini, telah membuang kepercayaan yang panjang bahawa gua-gua kebanyakannya tandas dan tempat yang steril. Para saintis berburu dalam kedalaman tersembunyi ini untuk mikrob yang boleh menyebabkan rawatan kanser baru. Dan penyelidikan gua juga mempengaruhi pemikiran saintis tentang asal-usul kehidupan di bumi dan kewujudannya yang mungkin di dunia lain. "Sebuah gua adalah persekitaran yang berbeza, ia hampir seperti pergi ke planet lain, " kata ahli geomikrobiologi New Mexico Tech Penny Boston. "Dalam erti kata lain, ia adalah planet lain-bahagian dari planet kita sendiri yang belum kita pelajari. Sama seperti lautan yang dalam dapat diakses oleh sains hanya dalam beberapa dekad yang lalu, kini kami mencari usaha perintis seperti yang berlaku di dalam gua. "(Sebuah kajian eksplorasi gua televisyen, " Misteri Kehidupan Gua, "disiarkan di PBS's NOVA 1 Oktober)
Pada akhir 60-an, seorang pelajar siswazah StanfordUniversity yang mencari topik yang mencabar untuk tesis PhDnya menjadi saintis pertama yang memerah melalui retak di tambatan keretapi Wyoming. Kegawatan Stephen Egemeier dengan segera dibangkitkan oleh suhu rendah Kane yang rendah dan bau yang tidak menyenangkan. Bahkan orang yang tidak dikenali adalah timbunan besar yang berlumpur dari mineral putih yang jarang ditemukan di gua-gua. Ini adalah gypsum, atau kalsium sulfat, bahan utama dalam Sheetrock atau drywall, bahan yang biasa dari pembinaan rumah. Apabila Egemeier mendapati bahawa mata air Lower Kane tidak hanya panas tapi gas hidrogen sulfida yang menggelegak (terkenal kerana bau rotteneggnya), dia berteori bahawa hidrogen sulfida secara aktif bekerja di ukiran Kane Rendah. Apa pun pun sumber bawah tanah yang berpotensi beracun gas akhirnya datang dari-sama ada takungan vulkanik Yellowstone ke barat atau medan minyak BighornBasin ke selatan-ia membusuk keluar dari springwater dan ke dalam gua. Tentu tidak stabil, ia bertindak balas dengan oksigen di dalam air untuk membentuk asid sulfurik. Asid telah memakan di dinding gua dan menghasilkan gipsum sebagai produk sampingan.
Penyelidikan perintis Egemeier tidak pernah diterbitkan secara meluas dan menarik sedikit perhatian pada tahun 70-an. Tetapi ketika ia lengang, sekumpulan saintis lain bergulat dengan beberapa teka-teki gua yang sama-sama membingungkan. Kali ini, pemburuan detektif saintifik terungkap jauh dari canyons yang berceranggah Wyoming di kedalaman yang sangat dipijak dari destinasi pelancongan utama, Carlsbad Caverns.
Kisah carlsbad awal pada dasarnya adalah kisah seorang individu, Jim White. Sebagai seorang remaja pada tahun 1890-an, White berkeliaran di tempat perkhemahannya di GuadalupeMountains di tenggara New Mexico ketika dia melihat awan gelap aneh yang berputar dari lantai gurun. "Saya fikir ia adalah gunung berapi, " katanya kemudian, "tetapi saya tidak pernah melihat sebuah gunung berapi." Melacak awan itu asalnya di mulut gua gergasi, White berdiri dipantulkan oleh tontonan berjuta-juta kelelawar yang menuang keluar pada perburuan memburu mereka setiap malam. Jadi memulakan obsesi seumur hidupnya dengan Carlsbad Caverns, yang pada umumnya dia dieksplorasi bersendirian, dengan hanya kelip-kelip lampu lampu minyak untuk membimbingnya. Kisah White dari labirin bawah tanah yang luas menjadikannya sesuatu ketawa di kawasan setempat sehingga dia memujuk seorang jurugambar untuk mengiringi dia ke dalam gua itu pada tahun 1915. Pada bulan-bulan berikutnya, White akan menurunkan pelawat dalam baldi besi di atas gandum yang goyah ke dalam kegelapan 170 kaki di bawah. Hari ini, tentu saja, obsesi soliternya telah menjadi taman nasional yang menarik setengah juta pelawat setahun.
Tetapi mungkin aspek yang paling mengejutkan dari kisah Carlsbad ialah walaupun pada penghujung tahun 1970-an, ketika pelawat musim panas setiap hari berjumlah ribuan, mineralogi gua dan banyak ciri-ciri yang membingungkan tidak dipelajari. Speleologi, atau kajian gua, tidak semestinya sains yang dihormati, dan menurut ahli gua Carol Hill, ahli geologi arus perdana cenderung untuk dibuang sebagai "cavers kotor" yang tertarik dengan subjek itu.
Kemudian, pada suatu hari pada bulan Oktober 1971, Hill dan tiga pelajar siswazah geologi muda memanjat tangga curam ke dalam salah satu ruang terpencil Carlsbad. Ketika mereka memanjat bilik Misteri, yang dinamakan bunyi bising yang dibuat oleh angin di sana, mereka bingung dengan tampuk tanah liat di kaki mereka dan keruntuhan, kerak seperti kornea di dinding. Bau masih merupakan blok besar dari mineral putih yang lembut di tempat lain di dalam gua. Blok tersebut tidak sepatutnya ada di sana.
Untuk satu perkara, mineral ini, gipsum, cepat larut dalam air. Dan penjelasan konvensional mengenai bagaimana gua-gua dibentuk melibatkan tindakan air yang banyak merebak melalui batu kapur selama berjuta-juta tahun. Kimia adalah mudah: apabila hujan turun melalui atmosfera dan menetas ke dalam tanah, ia mengambil karbon dioksida dan membentuk penyelesaian asid lemah, asid karbonik. Air bawah tanah yang mudah menghakis ini memakan batu kapur dan, lebih dari setengah, mengeluarkan gua.
Menurut teori yang diterima secara universal, semua gua batu kapur harus terdiri daripada koridor panjang dan sempit. Namun, sesiapa yang mengembara melalui tarikan utama Carlsbad, Big Room, tahu, ia adalah sebuah dewan seperti gereja besar, yang membentangkan lebih kurang enam padang bola sepak. Sekiranya sungai bawah tanah utama mengukir gua besar ini, ia sepatutnya mengikis atau menyingkirkan segalanya dalam laluannya, termasuk gipsum. Namun tumpukan putih gergasi barang sehingga 15 kaki tebal tebal di lantai Big Room, salah satu ruang gua terbesar di dunia.
Dengan hairan, Hill terpaksa membuat kesimpulan bahawa beberapa kaedah pembentukan gua yang agak drastik pasti berfungsi di GuadalupeMountains. Tidak lama kemudian dia muncul dengan teori serupa dengan Egemeier: bahawa hidrogen sulfida yang dikeluarkan oleh medan minyak dan gas berhampiran telah meningkat melalui pergunungan dan bertindak balas dengan oksigen di dalam air bawah tanah untuk menghasilkan asid sulfurik, yang kemudiannya memakan gua-gua selama berjuta-juta tahun .
Teori hidrogen sulfidanya menimbulkan keraguan yang kuat di kalangan ahli geologi, yang mencari bukti, yang Carlsbad, sebagai "mati" atau tidak lagi membentuk gua, tidak dapat memberi. Untuk mengesahkan teori Hill, saintis perlu menyiasat tapak di mana asid sulfurik masih makan di gua-seperti di Lower Kane. Tetapi selama bertahun-tahun, gua kecil di bawah landasan kereta api telah lebih kurang dilupakan.
Pada tahun 1987, kajian teliti Hill dari Guadalupes akhirnya muncul, bersamaan dengan penerbitan karya Stephen Egemeier selepas kematiannya pada tahun 1985. Kajian-kajian ini, bersama-sama dengan penemuan-penemuan baru beberapa gua sulfida aktif yang lain di seluruh dunia, terbukti tidak dapat diragukan lagi bahawa gua-gua di beberapa kawasan terbentuk oleh asid sulfurik. Tetapi sekarang, satu soalan yang lebih menggembirakan timbul: Bagaimana kehidupan dapat berkembang di dalam gua-gua gelap yang penuh dengan gas toksik?
Salah satu momen yang paling tidak menyenangkan saya melawat Lower Kane adalah apabila saya menujukan rasuk lampu suluh saya di salah satu daripada tiga kolam gua itu. Hanya di bawah permukaan air membentangkan corak gila yang bertaburan, matte filmy pada warna-warna yang mengejutkan warna biru-hitam, vermilion dan oren Day-Glo oren, seolah-olah artis pop 1960-an telah melemparkan cat ke setiap arah. Di sesetengah tempat, corak oren jahitan yang berbintik-lompat mengingatkan saya pada imej NASA permukaan Mars yang tandus. Dalam yang lain, ia kelihatan seolah-olah seseorang telah membuang sos spageti dalam air. Dan terapung di dalam air terus ke atas setiap musim semi, filamen putih spideri, seperti sarang labah-labah yang halus, melakukan tarian bawah air yang hantu dalam arus yang menggelegak dari bawah.
Warna psychedelic semuanya dimiliki oleh tikar bakteria, filem-filem sebatian karbon yang dihasilkan oleh mikrob yang tidak kelihatan. Produk-produk sampingan yang jelas dari aktiviti bakteria ini dapat dilihat di sekeliling mata air panas di Yellowstone dan di tempat lain, walaupun di permukaan mereka dapat dikalahkan oleh persaingan dari alga dan organisme lain. Tetapi apa yang mereka lakukan di sini di Lower Kane, berkembang begitu banyak di tempat dengan gas beracun dan tiada cahaya matahari?
Untuk kebanyakan abad ke-20, saintis percaya tiada bakteria boleh wujud lebih daripada beberapa meter di bawah lapisan atas tanah atau lumpur laut; Di bawah itu, para saintis berfikir, kehidupan hanya merosot. Kemudian, pada tahun 1977, datang penemuan menakjubkan cacing tiub yang aneh dan haiwan eksotik lain, semuanya berkerumun di sekeliling gunung berapi yang begitu mendalam di Pasifik bahawa cahaya matahari tidak sampai kepada mereka. Ekosistem alam semulajadi ini ternyata bergantung sepenuhnya kepada aktiviti bakteria yang mencintai sulfur, berkembang pada arus panas dan gas yang dilepaskan oleh lubang bawah laut. Revelations yang mengejutkan tentang mikroba di tempat-tempat lain yang tidak diingini tidak lama lagi diikuti: bakteria ditemui dalam teras yang dibor lebih dari satu batu di bawah Virginia, di dalam batuan dari Antartika yang tidak ramah, dan lebih daripada enam batu jauh di Pasifik di bahagian bawah Trench Marianas. Sesetengah saintis kini meramalkan bahawa bakteria bawah permukaan tersembunyi mungkin sama dengan jisim semua bahan hidup di atas.
"Kehidupan gelap ini, " yang terpencil untuk berbilion tahun, membuka prospek saintifik untuk para saintis. Pakar mikrobiologi berharap bakteria bawah tanah boleh membawa kepada antibiotik baru atau agen antikanker. Pakar-pakar NASA sedang menyiasat mereka dengan harapan untuk mengenal pasti tanda tangan yang mungkin mereka kenali dalam sampel batu dari Marikh atau dalam probe yang mungkin satu hari menembus lautan beku Europa, salah satu bulan Musytari.
Tetapi cabaran bagi semua pemburu pepijat bawah tanah ini adalah akses, di mana di mana Lower Kane masuk. "Gua menawarkan tingkap berjalan sempurna ke dunia aktiviti mikrob yang tersembunyi, " kata Diana Northup, penyelidik gua di Universiti dari New Mexico. "Sesetengah penyelidik membuat spekulasi bahawa kehidupan berevolusi pertama di bawah tanah dan dipindahkan ke permukaan apabila keadaan bertambah baik. Jika ini benar, maka kajian mikrob bawah permukaan boleh memberi petunjuk kepada sifat beberapa bentuk kehidupan terawal di dunia. "
Walaupun LowerKaneCave telah memberi saya rendaman dan memar atau dua, ketidakselesaan saya adalah apa-apa berbanding dengan batu berputar dan memerah diperlukan untuk menembusi banyak gua sulfida lain. Kebolehcapaiannya adalah salah satu sebab Lower Kane menarik Annette Summers Engel pertama pada tahun 1999 dan setiap tahun sejak, membolehkan dia dan ahli geologi, pakar geokimia dan DNA untuk mengangkut peralatan saintifik dalam dan keluar dengan mudah. Ujian awal mereka dengan cepat mengesahkan bahawa Stephen Egemeier telah betul: asid sulfurik, akibat hidrogen sulfida yang bertindak balas dengan oksigen, sebenarnya masih memakan dinding gua. Persoalan yang paling menarik adalah sama ada tikar Baki Rendah Kane telah menambah serangan asid. Oleh kerana sesetengah bakteria menghasilkan asid sulfurik sebagai produk sisa, ia pasti kelihatan mungkin. Pelan Summers Engel adalah untuk mengatasi persoalan dari beberapa sudut yang berbeza. Ujian DNA, misalnya, mungkin mengenal pasti mikrob tertentu. Ujian lain mungkin mengatakan sama ada mikrob memberi makan, katakan, sulfur atau besi, dan sama ada ia ditekankan atau berkembang.
Hasil pendahuluan digulingkan oleh para penyelidik. "Ketika kami pertama kali datang ke Lower Kane, " kata Summers Engel, "kami secara semulajadi mengandaikan bahawa setiap tikar terutama terdiri daripada mikroba pengoksidaan sulfur. Itu kelihatan seperti akal sehat. Apa yang kami dapati, sebaliknya, adalah kerumitan yang mengagumkan. "Setiap tikar, sebenarnya, ternyata sama seperti blok bandar Manhattan. Terdapat banyak mikroba yang memakan belerang, semuanya memakan gas yang menggelegak di mata air. Tetapi ada juga campuran bakteria yang lain. Sebagai contoh, sesetengah, yang tidak sedar belerang, memakan sisa buangan yang dihasilkan oleh jirannya. Tidak juga pepijat yang dibuang bersama secara rawak. Bakteria yang memakan belerang, misalnya, berkumpul di bahagian atas tikar; sebagai pengguna serangga oksigen, mereka memerlukan udara di permukaan musim bunga untuk bertahan. Pengeluar metana yang tidak memerlukan oksigen tertumpu, boleh dikatakan, di bahagian bawah tikar.
Untuk mengetahui bagaimana tikar keseluruhannya mempengaruhi gua, para saintis mencipta ujian kesederhanaan yang elegan, yang melibatkan dua tiub plastik, masing-masing mengandungi cip batu kapur yang sama. Mulut salah satu ditutup dengan mesh plastik mentah, yang membolehkan kedua-dua mikrob dan air dari musim semi untuk berputar di dalam. Yang lain ditutup dengan membran yang mengakui air tetapi disimpan mikroba. Setelah menyelam kedua-dua tiub pada musim bunga selama beberapa bulan, pasukan itu mempelajari cip di bawah mikroskop. Cip yang terdedah kepada kedua-dua air berasid dan mikroba adalah lebih teruk dan parut daripada yang terdedah kepada air sahaja. Inilah bukti bahawa mikrob yang menghasilkan asid mempercepat penciptaan gua. "Tidak ada pertanyaan bahawa mikroba menambah kimia asid yang membubarkan batu kapur, " kata ahli geokimia dari University of Texas, Libby Stern, "dan bahawa tanpa tikar Lower Kane mungkin akan terbentuk pada kadar yang lebih perlahan."
Tetapi satu lagi penemuan yang lebih menggembirakan: spesies mikroba yang sama sekali baru, yang dikenal pasti oleh ahli biologi BrighamYoungUniversity, Megan Porter. Organisme baru muncul berkait rapat dengan mikrob yang terdapat di bawah laut bawah laut di Pasifik, titik asal untuk kemunculan kehidupan. "Ini adalah penemuan menarik, " kata Porter, "kerana ia menunjukkan bahawa jenis metabolisme yang terdapat di LowerKaneCave sangat kuno." Ia juga sesuai dengan bukti yang semakin meningkat bahawa kehidupan mungkin telah bermula di kedalaman. Dalam kawasan perlindungan bawah tanah seperti gua, lubang bawah laut dan di dalam tanah, mikrob primitif akan terlindung dari letupan gunung berapi, pengeboman meteor dan sinaran ultraviolet sengit yang menjadikan planet ini sangat tidak menyenangkan pada tahun-tahun awalnya. Di dalam perlindungan purba ini, yang manusia hanya dapat memahami cara menembusi, kehidupan berubah jauh dari cahaya matahari, sering dalam keadaan panas dan keasaman yang melampau. Kucing psychedelic mengingatkan kita betapa perintis kuno yang sangat beragam dan kuat.
Tetapi cakrawala penyelidikan gua jauh di luar planet kita sendiri. Ramai ahli astronomi dan ahli geologi membuat spekulasi bahawa bulan bulan Jupiter Europa dan Mars setiap pelabuhan air dan keadaan subpermukaan menyerupai kita sendiri. Jika mikrob dapat bertahan dalam keadaan yang teruk di sini, mengapa tidak ada juga? "Kerja kami dalam gua telah memperluaskan had kehidupan yang diketahui di planet kita sendiri, " kata Penny Boston. "Tetapi ia juga merupakan latihan gaun yang bagus untuk mengkaji tapak biologi di planet lain, dan mendorong imaginasi kami untuk menghubungkan 'bumi batin' bumi dengan ruang angkasa."
