POR QUE OS POLARS DA RÚSSIA DESCOBREM UM ANTIGO LAGO SOB O GELO DE ANTARCTIDA E POR QUE SÃO VÔOS PARA JÚPITER AQUI
Em 25 de janeiro, os membros da expedição russa à Antártica perfuraram um poço no lago Vostok, que estava isolado do mundo exterior há milhões de anos. Talvez este lago seja o lar de organismos "estranhos", ao contrário de tudo que se conhece hoje, mas semelhantes aos que podem existir nos oceanos subglaciais das luas de Júpiter - Europa ou Ganimedes.
Formalmente, esta é a segunda tentativa bem-sucedida, a primeira vez que um poço foi perfurado no lago em 2012 - e imediatamente bloqueado. Desta vez, o canal entre o lago e a superfície pode ser mantido aberto por muito tempo, e os cientistas serão capazes de descobrir em detalhes se alguém vive na escuridão eterna sob quatro quilômetros de gelo - na água ou no fundo do lago mais estranho do mundo.
A menos que este programa seja fechado. Devido à forte alta da taxa de câmbio do dólar, o próprio trabalho dos exploradores polares russos na Antártica está em questão, e a decisão de continuar o FTP "Oceano Mundial", do qual muitos projetos científicos no Ártico e na Antártica foram financiados, ainda não foi tomada. É possível que um dos maiores projetos científicos da URSS e da Rússia, iniciado em 1957, seja congelado pouco antes de começar a trazer resultados verdadeiramente sensacionais e críticos. Existe o risco de que a primeira geração de astrobiólogos russos nunca ultrapasse esse limiar.
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A história toda começou há mais de meio século, quando em dezembro de 1957 um trem trenó-trator liderado pelo futuro acadêmico Alexei Treshnikov atingiu o centro do continente gelado, até o ponto onde foi criada a estação Vostok. Recebeu esse nome em homenagem ao saveiro "Vostok" - o veleiro de Thaddeus Bellingshausen, no qual navegou para descobrir a Antártica em 1819.
Você precisa imaginar o que é - o Oriente. A costa mais próxima fica a 1260 quilômetros daqui, e a estação mais próxima, Mirny, fica a 1410 quilômetros. Mesmo no verão, a temperatura não sobe acima de 35 graus abaixo de zero, e o calor recorde é de menos 14 graus. Na verdade, aqui está o pólo de frio da Terra, no Leste foi registrado um registro de temperatura - 89,2 graus abaixo de zero. O ar aqui é extremamente seco, o frio eterno congela toda a umidade do ar. Ao mesmo tempo, a estação está localizada quase no centro do gigante glaciar antártico, a uma altitude de cerca de 4 mil metros. Isso significa que a hipóxia é adicionada à secura do deserto e ao gelo - a falta de oxigênio que as pessoas geralmente enfrentam nas montanhas.
Na década de 1960, o gelo seria perfurado com um reator nuclear em miniatura que teria derretido a geleira por completo.
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Você pode chegar aqui apenas no verão: no inverno, durante a noite polar, os aviões não podem chegar aqui. Cargas sérias - principalmente barris de óleo diesel para uma usina de energia a diesel - são transportadas em trens de trenó.
O que trouxe o povo soviético a este horrível deserto gelado? Dizer que apenas o interesse científico é enganoso. O trabalho das estações de pesquisa na terra de ninguém e na Antártica desmilitarizada é algo como uma "exibição da bandeira" no oceano. Precisamos mostrar: estamos aqui, este é o nosso setor, que nos é atribuído pelo Tratado da Antártica, e ninguém pode ocupá-lo, aproveitando a nossa ausência.
Em 1960, na estação Vostok, iniciou-se a perfuração da geleira - com a ajuda de cascas de perfuração térmica caseiras, foi possível penetrar a uma profundidade de 50 metros. Foi cogitado um projeto de perfuração de gelo usando um reator nuclear em miniatura, que teria que derreter através da geleira. A perfuração começou para valer em 1967, quando profissionais do Instituto de Mineração de Leningrado chegaram ao Leste. O primeiro poço foi perfurado no gelo, com 560 metros de profundidade.
Então ninguém sabia da existência do Lago Vostok - cientistas estavam perfurando para obter um núcleo glacial, ou seja, uma coluna de gelo. A geleira no centro da Antártica está crescendo lentamente. Se você perfurar um poço e obter um núcleo, terá nas mãos gelo com centenas de milhares de anos. Cada bolha de ar nesse gelo é algo como uma mosca em âmbar, um artefato antigo preservado que permite avaliar o estado da atmosfera no passado. Portanto, o núcleo de gelo da estação Vostok é considerado uma das principais fontes de dados sobre a história do clima na Terra.
Em 1998, quando o poço 5G-1 no Leste atingiu uma profundidade de 3.623 metros, os cientistas obtiveram uma série contínua de dados climáticos para 420 mil anos. Descobriu-se que durante esse tempo na Terra houve quatro eras glaciais, acompanhadas por uma queda na concentração de dióxido de carbono na atmosfera, e descobriu que a concentração atual de dióxido de carbono é um recorde nos últimos meio milhão de anos. A teoria do aquecimento global surgiu dessas observações. Os dados do Leste foram posteriormente expandidos e corroborados por dados de outros projetos de núcleo de gelo, incluindo o projeto Antártico Europeu EPICA e projetos semelhantes na Groenlândia.
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No final da década de 1980, os exploradores polares adquiriram um novo alvo - o Lago Vostok. Este gigantesco lago subglacial é comparável em tamanho ao Estado do Qatar (ou um terço do Lago Baikal) e é considerado a última grande descoberta geográfica da história na Terra. Mas essa descoberta não foi feita da noite para o dia. Em 1876, o príncipe Peter Kropotkin - ele não era apenas um anarquista, mas também um geógrafo profissional - escreveu que a temperatura nas camadas mais baixas de geleiras poderosas pode aumentar muito sob pressão: em outras palavras, é quente sob o gelo polar. No início da década de 1960, os cientistas soviéticos calcularam que, no fundo da geleira Antártica, a temperatura do gelo pode exceder o ponto de derretimento, o que significa que os acúmulos de água derretida podem estar presentes no leito continental.
Os primeiros indícios da existência do Lago Vostok sob uma camada de gelo surgiram quando, em 1959 e 1964, cientistas soviéticos, liderados pelo geógrafo da Universidade Estadual de Moscou, Andrei Kapitsa (filho do ganhador do Prêmio Nobel Pyotr Kapitsa e irmão de Sergei Kapitsa) realizaram sondagens sísmicas na geleira. Em seguida, os cientistas puderam medir sua espessura e, além do reflexo do fundo da geleira, viram outro sinal, que captaram fora dos limites da camada de rochas sedimentares sob a geleira. Agora entendemos que essas "rochas sedimentares" eram água de um lago.
Em meados da década de 1970, cientistas britânicos, como resultado da sondagem de radar de uma geleira no centro da Antártica, descobriram áreas com reflexão "plana". Então, pela primeira vez, foi levantada a hipótese de que se tratava de um reflexo da fronteira "gelo-água". O maior desses sites foi encontrado perto da estação Vostok.
Em 1996, Andrei Kapitsa, Igor Zotikov do Instituto de Geografia da Academia Russa de Ciências e seus colegas britânicos resumiram em um artigo publicado na revista Nature, todas as observações de radar e satélite e chegaram à conclusão final - a uma profundidade de cerca de quatro quilômetros sob o gelo há um lago com uma área total de cerca de 10 mil quilômetros quadrados e uma profundidade média de cerca de 125 metros.
Há um poste frio na estação Vostok. Foi aqui que a temperatura mais baixa da Terra foi registrada - 89,2 graus Celsius negativos.
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Naquela época, o poço 5G-1 havia sido perfurado a uma profundidade de 3.100 metros, e em 1998 - a uma profundidade de 3.623 metros. De acordo com os cálculos, restavam cerca de 120 metros até o Lago Vostok. Mas a perfuração foi interrompida a pedido do Comitê Científico Internacional para Pesquisa Antártica (SCAR). Os exploradores polares russos tiveram que apresentar uma "tecnologia ambientalmente amigável" que excluiria a entrada de poluição externa no lago relíquia.
A pausa se arrastou por oito anos. Durante este tempo, cientistas franceses e americanos que participaram de perfuração e estudos paleoclimáticos (e receberam um terço da amostra central) deixaram o projeto, e o projeto de perfuração se tornou um projeto nacional russo.
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Como não estragar o lago? Perfurar tais buracos profundos em uma geleira não é menos difícil do que a rocha. O poço, abandonado a si mesmo, vai "flutuar" rapidamente e desaparecer, é preciso fazer um esforço especial para que a broca não fique congelada no gelo, não fique presa nele. Ao longo dos 40 anos de história no Leste, várias bombas de perfuração foram perdidas, presas em profundidade ou congeladas no gelo.
Para preservar o poço, ele foi preenchido com um fluido de perfuração - uma mistura de querosene de aviação e freon, que evitou que o poço congelasse. As paredes da parte superior do poço foram reforçadas com cordas de plástico. O SCAR temia que o fluido de perfuração pudesse contaminar o Lago Vostok se entrar no Lago Vostok.
Em 1999, cientistas russos apresentaram suas propostas para a organização do Tratado da Antártica. A ideia deles era aproveitar a alta pressão da água do lago, que flutua sobre quase quatro quilômetros de gelo. Se a quantidade de fluido de perfuração no poço não for suficiente para compensar a pressão de baixo, a água do lago simplesmente empurrará a coluna de fluido de perfuração para cima e então congelará, formando um tampão natural entre o lago e o mundo exterior. Para evitar o contato direto da água com o fluido de perfuração, cientistas russos sugeriram o uso de uma "junta" inativa - uma camada de um polímero líquido à base de silício, polidimetilsiloxano.
Mas especialistas internacionais exigiram que a eficácia desse método fosse comprovada na prática. O chefe da Expedição Antártica Russa, Valery Lukin, ficou indignado: “Disseram-nos: onde você testou essa tecnologia, você tem apenas desenvolvimentos teóricos, encontrou algum outro lago na Antártica … Mas você entende - para isso você precisa criar uma nova infraestrutura separada, esta fundos enormes!"
No entanto, os cientistas russos não tiveram que procurar um "lago de teste". Em 2003, o NGRIP europeu (Projeto Núcleo de Gelo da Groenlândia do Norte) atingiu um lago subglacial no norte da Groenlândia a uma profundidade de 3.085 metros. E a penetração no lago aconteceu exatamente de acordo com o cenário descrito anteriormente pelos especialistas russos: após a penetração, a água subiu 45 metros pelo poço, e a mistura tóxica de querosene e freon não entrou no lago.
Em 2004, a perfuração foi retomada - descobriu-se que em sete anos o poço não havia deformado o suficiente para começar tudo de novo. Em 2007, por duas vezes consecutivas, a broca emperrou e se soltou de seu cabo a uma profundidade de 3.660 metros. Portanto, em janeiro de 2009, a perfuração começou a contornar a área de emergência de uma altitude de 20 metros.
Finalmente, em 5 de fevereiro de 2012, a uma profundidade de 3.769,3 metros, a broca atingiu as águas do Lago Vostok. Os cientistas subestimaram um pouco a pressão no lago, e a água do lago subiu pelo poço cerca de 500 metros para cima, empurrando o fluido de perfuração, que espirrou para fora do poço. Depois de levantar a broca, as primeiras amostras de água do lago misturadas com fluido de perfuração caíram nas mãos de cientistas. Foi esse líquido amarelado que os exploradores polares mais tarde trouxeram como um presente para Putin, quando foram convidados a se encontrar com o primeiro-ministro no Kremlin.
Nos dois anos seguintes, os exploradores polares perfuraram a água do lago congelada em um poço para obter amostras de gelo fresco do lago. A perfuração continuou este ano, com a perfuração fazendo um pequeno ângulo com o poço para atingir o lago em um ponto diferente. Finalmente, na noite de 25 de janeiro, os cientistas russos chegaram novamente ao lago Vostok.
Desta vez, tudo foi calculado com mais precisão, e a água do lago subiu apenas 45 metros.
“Queríamos que a pressão fosse praticamente a mesma, para que a água não subisse muito e fosse um“tampão”entre o lago e o poço, que poderia ser perfurado rapidamente”, diz Andrei Dmitriev, da Universidade “Gorny” de São Petersburgo vezes, eles desenvolveram tecnologias de perfuração para o Oriente. No futuro, diz ele, será possível instalar um aquecedor especial no fundo do poço, que vai mantê-lo aberto. Por esses "portões" será possível passar sondas para estudar a espessura do lago e seu fundo.
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O lago Vostok está isolado do mundo exterior há milhões de anos e, se houver vida nele, é muito provável que seja completamente diferente de tudo que conhecemos hoje. No entanto, as condições lá são muito semelhantes à situação em uma das luas de Júpiter - Europa. Um oceano líquido está escondido sob a espessa camada de gelo deste corpo celeste. A água nele é aquecida pelo calor das entranhas de Europa, que não esfriam devido à ação das marés da gravidade de Júpiter.
As chances de encontrar vida na Europa são ainda maiores do que em Marte, já que não há água líquida em Marte há bilhões de anos, mas a Europa a tem agora. Em muitos aspectos, as condições no Lago Vostok são semelhantes às "europeias". A escuridão eterna e a possível presença de fontes de calor geotérmico permitem que apenas organismos quimioautotróficos existam - isto é, aqueles que vivem por reações químicas e são capazes de viver sem o sol. Esses organismos na Terra foram encontrados perto de fontes termais profundas - "fumantes negros".
O gelo, de 420 mil anos, que foi arrancado do poço, ajudou a dar origem à teoria do aquecimento global.
Cientistas desde o início dos anos 2000 vêem o Lago Vostok como um campo de testes conveniente para o desenvolvimento de tecnologias para encontrar vida na Europa.
"O lago subglacial Vostok pode ser considerado o único corpo de água extremamente limpo na Terra que pode servir como um campo de testes único para encontrar vestígios indescritíveis de vida em corpos gelados, como a lua de Júpiter, Europa", escreveram cientistas do grupo de Sergei Bulat, funcionário do Instituto de Física Nuclear de São Petersburgo. em Advances in Space Research.
Os primeiros microrganismos que poderiam pertencer ao ecossistema do lago foram encontrados em 1999. Então, o poço 5G a uma profundidade de 3.538 metros entrou pela primeira vez na camada de gelo da água congelada do lago. A NASA emitiu uma declaração especial destacando as semelhanças entre o leste e o oceano da Europa.
Em 2004, um grupo liderado por Bulat identificou o DNA de bactérias termofílicas que viviam perto de fontes termais em amostras de água do lago de gelo a 50-52 graus acima de zero. Os cientistas escreveram que a água da massa do lago está perto do ponto de congelamento (devido à alta pressão, o ponto de congelamento da água está abaixo de zero: isso é aproximadamente menos dois graus Celsius), então os microrganismos podem se originar da periferia do Leste, onde pode haver saídas geotérmicas nas zonas de fenda. Porém, em todos esses casos, se tratava de uma única bactéria e, além disso, era impossível excluir a possibilidade de contaminação - contaminação das amostras com bactérias "estranhas".
O momento da verdade veio em 2012, quando as primeiras amostras de água doce do lago caíram nas mãos de cientistas. A pesquisa foi realizada pelo grupo de crioastrobiologia PNPI sob a liderança de Bulat.
Estação "Vostok", 1984 / RIA Novosti
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Sergei Bulat, ao falar sobre suas expectativas, ressaltou que podemos falar sobre a vida absolutamente "alienígena". O fato é que a água do lago deve ter uma concentração extremamente alta de oxigênio (até 0,7-1,3 gramas de oxigênio por litro) - a água é formada a partir de uma "geleira atmosférica" que está derretendo e saturada de oxigênio, e a água recém-congelada não o contém. A ciência não conhece esses oxigenófilos agora. Por outro lado, as bactérias podem existir no fundo ou em sedimentos de fundo, na fronteira de dois ambientes.
Os primeiros dados foram apresentados pelo grupo de Bulat no outono de 2012 em uma conferência em Estocolmo, mas acabaram sendo zero - os cientistas não conseguiram encontrar nada além de poluição (os próprios biólogos os chamam de elegante termo "contaminantes"). No entanto, em março de 2013, a análise de outras amostras revelou algo interessante - o DNA da bactéria, que não estava na biblioteca de contaminantes e não estava entre as sequências de genes de bactérias já conhecidas no banco de dados do Genbank.
Bulat fez uma apresentação sobre esses resultados em uma conferência no Instituto de Pesquisa Espacial da Academia Russa de Ciências, e sua mensagem causou sensação: uma bactéria desconhecida foi encontrada no Lago Vostok! O Instituto Ártico e Antártico até mesmo teve que emitir uma declaração especial de que esta bactéria não representa uma ameaça para as pessoas.
Outros cientistas estavam céticos sobre os dados do grupo de Bulat. Primeiro, eles pegaram amostras de gelo lascado de uma broca e misturaram aproximadamente um-a-um com um fluido de perfuração (isto é, querosene e freon). Em segundo lugar, não se pode descartar que se trata de outro contaminante, simplesmente não incluído na biblioteca de contaminantes.
Um ano depois, amostras de gelo "limpo" de um poço recém-perfurado caíram nas mãos do grupo de Bulat. Em 2014, ele apresentou um novo relatório na conferência COSPAR em Moscou, onde disse que um total de 49 espécies de bactérias foram encontradas em amostras de gelo, todas elas contaminantes, exceto duas que não puderam ser classificadas e identificadas usando os bancos de dados de genes disponíveis.
No entanto, esses resultados ainda não foram publicados em uma revista científica, e o próprio grupo de Bulat observa que novas amostras de água do lago são necessárias para obter uma prova cem por cento.
O Lago Vostok está isolado do mundo exterior há milhões de anos. E se há vida nele, então provavelmente é completamente diferente de tudo que conhecemos hoje.
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A re-perfuração e um "tampão" relativamente pequeno deixado no fundo do poço permitirão a exploração sistemática do lago.
“A pressão estará equilibrada, e será possível entrar no lago com sondas e estudar o lago, a água e tudo o mais embaixo. Colete amostras de água não congeladas, mas em uma forma “viva””, diz Vyacheslav Martyanov, vice-chefe da Expedição Antártica Russa.
De acordo com Andrei Dmitriev, especialistas de Gorny já criaram e testaram uma sonda que pode chegar ao fundo do lago e perfurar sedimentos de fundo.
“Acreditamos que os sedimentos de fundo tenham cerca de 10 metros de espessura. Lá, como no fundo de qualquer lago, há lodo, e quem estuda a vida se interessa por lodo”, disse Dmitriev.
No entanto, este ano a sonda não entrará no lago. Em fevereiro, começa a temporada de inverno no Leste, os perfuradores partem até o próximo verão do sul - e na Antártica, como em todo o Hemisfério Sul, chega quando é inverno na Europa e nos Estados Unidos. No entanto, se será "verão" é uma questão. É possível que a perfuração na estação Vostok seja reduzida devido à falta de dinheiro.
“Desde 2014, temos feito ciência às nossas próprias custas, sem financiamento governamental direcionado … E as últimas notícias - a RAE é forçada a cortar custos … Até agora, não estamos falando sobre o fechamento completo da estação, mas sobre a redução do trabalho sazonal, mas para a ciência russa isso será um golpe sério , escreve um dos membros da expedição, Alexei Ekaikin, em seu blog.
O problema é que parte significativa das despesas do RAE é em moeda estrangeira. São voos, transporte de mercadorias, combustível. Com o crescimento do câmbio, todos cresceram muitas vezes.
Já em junho, em um encontro com Putin, o diretor da AARI, Ivan Frolov, falou sobre a necessidade de estender o programa Oceano Mundial, que financiou as pesquisas do Lago Vostok. O projeto de programa para o período de 2015 a 2030 existe, mas ainda não foi aprovado, o que significa que o futuro destino do projeto é desconhecido.
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Paralelamente à perfuração de um poço no lago Vostok, americanos e britânicos lançaram seus próprios projetos para explorar os lagos subglaciais da Antártica. Em particular, cientistas americanos, usando jatos de água quente, perfuraram um poço no pequeno Lago Willans, localizado a uma profundidade de cerca de 800 metros. Porém, o Lago Willans é um corpo de água corrente, não é isolado, como o Oriente, portanto o grau de interesse para os cientistas é muito menor.
O projeto do Reino Unido para perfurar um poço no Lago Antártico Ellsworth, iniciado em dezembro de 2012, era significativamente mais ambicioso. Este lago está localizado a uma profundidade de cerca de 3 quilômetros e isolado do mundo exterior por cerca de 500 mil anos. Os cientistas britânicos pretendiam perfurar um poço com água quase fervente e fazer todo o trabalho em cinco dias, e não passar anos perfurando mecanicamente. Porém, 13 dias após o início, em 25 de dezembro, o projeto foi cancelado por problemas técnicos - eles conseguiram passar apenas 300 metros da geleira.
Portanto, o projeto russo permanece único por enquanto.
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Quem se dedica ao estudo da vida em todos os tipos de locais desagradáveis - nas fossas dos vulcões, nas profundezas dos oceanos, na estratosfera - fala necessariamente sobre as perspectivas de procura de vida fora da Terra. Talvez isso seja retórica dirigida aos ouvidos de quem financia. Afinal, o estudo da vida terrestre não é menos importante sem uma perspectiva astrobiológica.
Mas a perspectiva de pesquisar não apenas bactérias ainda desconhecidas, mas "alienígenas" sempre excita o público, então os pesquisadores são generosos e dão ao público a "rima" certa.
As perspectivas de encontrar vida na Europa real ainda estão muito longe de se concretizar. No início dos anos 2000, a Agência Espacial Europeia (ESA) considerou o projeto Laplace para explorar a Europa, inclusive com a participação da Rússia. NPO com o nome de Lavochkin até mesmo elaborou opções para o módulo "europeu" de pouso.
No entanto, dados sobre altos níveis de radiação (a órbita de Europa passa pelos cinturões de radiação de Júpiter) os forçou a reconsiderar seus planos - em 2012, a ESA aprovou oficialmente o projeto da sonda JUICE, que explorará principalmente a maior lua de Júpiter, Ganimedes. Também pode ter um oceano sob o gelo, embora não tão impressionante como na Europa. O dispositivo deve começar em 2022, não se fala em enviar um módulo de pouso.
Cientistas russos estão propondo o envio de módulos de pouso e orbitais para Ganimedes. Mas até agora suas propostas nem sequer constam do anteprojeto do Programa Espacial Federal de 2015 a 2025 (embora o próprio programa ainda não tenha sido adotado, e diante da nova reforma de Roscosmos, não se pode esperar que dê muita atenção à ciência).
O orçamento de 2015 da NASA inclui fundos para o estudo inicial de uma missão à Europa - US $ 15 milhões. Até que este projeto seja incluído no programa, estamos falando apenas de estimativas preliminares. Se tudo correr conforme o planejado, a sonda pode ser lançada por volta de 2025, mas esta será uma sonda orbital que ainda não selecionou locais para um futuro pouso.
Mas o Jet Propulsion Laboratory da NASA já está financiando o desenvolvimento de um perfurador de gelo robótico. Um desses projetos - o Cryobot - foi testado na Noruega em 2002. Outro - VALKYRIE - envolve um retorno às idéias dos anos 1950 e a perfuração (mais precisamente, derretimento) de gelo usando um reator nuclear.
Não há necessidade de esperar por uma expedição à Europa antes de 10-15 anos, e outros 7-8 anos para o vôo para o próprio sistema de Júpiter. A maioria dos programas espaciais se concentra nas tarefas de exploração de Marte.
O autor agradece a Andrei Dmitriev, Professor Associado do Departamento de Perfuração de Poços da Faculdade de Petróleo e Gás do NMSU "Gorny", e a Sergei Bulat, Chefe do Laboratório de Crioastrobiologia do Departamento de Biofísica Molecular e de Radiação do Instituto de Física Nuclear de São Petersburgo, pelos conselhos e materiais fornecidos.
Ilya Ferapontov
