загрузка...

Антарктида - ледниковое озеро

  • 15.06.2010 / Просмотров: 9503
    //Тэги: Антарктида   Гордон   климат  

    Что такое подледное озеро? Каковы его размеры и есть ли в нем жизнь? Почему оно тает, если температура на поверхности ледника не поднимается выше 30 градусов мороза? Как и когда это таяние может сказаться на климате планеты? Академик РАН Владимир Котляков и член-корреспондент РАН Игорь Зотиков.

загрузка...







загрузка...

Для хранения и проигрывания видео используется сторонний видеохостинг, в основном rutube.ru. Поэтому администрация сайта не может контролировать скорость его работы и рекламу в видео. Если у вас тормозит онлайн-видео, нажмите паузу, дождитесь, пока серая полоска загрузки содержимого уедет на некоторое расстояние вправо, после чего нажмите "старт". У вас начнётся проигрывание уже скачанного куска видео. Подробнее

Если вам пишется, что видео заблокировано, кликните по ролику - вы попадёте на сайт видеохостинга, где сможете посмотреть этот же ролик. Если вам пишется что ролик удалён, напишите нам в комментариях об этом.


Расшифровка передачи


Александр Гордон. Сегодня речь пойдет об удивительном феноменальном природном объекте, который расположен под толщей льда в три километра семьсот метров в самом сердце Антарктиды. Это подледное ледниковое озеро. Мы, то есть сначала Советский Союз, потом Россия в содружестве с другими странами добу-рились почти до входа в это озеро. И остановились. Почему?
Владимир Котляков. Озера, о котором мы сегодня будем говорить, еще нет на картах. А совсем недавно о нем еще ничего не знали. И это, пожалуй, одно из самых крупных географических открытий нашего времени. Многие думают, что вся Земля давно исследована, но это не так. В наше время совершаются географические открытия. И одно из самых ярких случилось в 60-х годах прошлого века в самом центре Антарктиды.
Когда организовывали станцию Восток в 1957 году, то выбрали место на Южном геомагнитном полюсе. Но нам, советским исследователям того времени, повезло — станция оказалась на полюсе холода Земли. А впоследствии именно здесь было обнаружено самое крупное озеро, находящееся под колоссальной толщей материкового льда.
Но открытие это, конечно, произошло не сразу. Оно было сделано, как мы говорим часто, «на кончике пера». И автор его, Игорь Алексеевич Зотиков — вот он, скажи, пожалуйста, как ты это сделал?
Игорь Зотиков. Озеро, которое сейчас называется «Восток», конечно, я не открыл. Открыла его, если так можно выразиться, совместная работа советских и английских исследователей. И мне просто посчастливилось одному из первых сказать о том, что в центральной части Антарктиды, там, где лед наиболее толстый и его мощность превышает два-три километра, ледяная шуба обладает такой теплозащитной способностью, что очень маленький поток тепла, который постоянно идет из-под Земли, не может пройти весь насквозь и уйти в окружающее пространство.
И если мы рассматриваем так называемые стационарные условия, то обязательно нужно допустить, что на границе между льдом и скальной породой внизу должно существовать непрерывное таяние, которое часть этого тепла отнимает. И вот, по расчетам, оказалось, что область непрерывного таяния льда занимает тысячи квадратных километров в центральной части Антарктиды.
Но в 70-х и 80-х годах такое «непрерывное таяние льда» на его нижней границе, оказалось как бы «табу» для гляциологов, психологическим «табу».
А я пришел в гляциологию как физик, бросив ракетную технику в самый разгар своей работы. В своей кандидатской диссертации я показал, что первая ракета, которая не могла долететь до земли, разваливалась в воздухе из-за плавления, разрушения головной части изделия об ударную волну воздуха. Вот это и был процесс «таяния на границе» между жидкостью (или газом) и твердым телом, как это случается, когда падают метеориты, а теперь и космические ракеты.
И когда начались первые советские экспедиции в Антарктиду, а я только что защитил кандидатскую диссертацию, в которой показал, как разрушаются ракеты, возвращающиеся из Космоса на Землю, то я ушел совсем в другую науку. И было это в 1957 году.
Александр Гордон. И вот пришел молодой человек в Институт географии, чистый физик, наниматься на работу — хочу, говорит, просто посмотреть Антарктиду, как это случалось со многими в то время. И, придя в географию, он очень быстро сумел применить свои разработки, связанные с космическими изделиями, к географическим проблемам.
Игорь Зотиков. Да, для меня центральная часть Антарктиды была полной аналогией с тем, чем я занимался в космической технике, потому что в так называемом безразмерном виде уравнения, которые определяют подобные процессы, в обоих случаях оказались абсолютно одинаковыми.
И в начале 1960-х годов появилась статья, сначала по-русски, а через два года по-английски, где было написано, что в Центральной Антарктиде должно идти таяние подо льдом на протяжении всего года. И поскольку именно тогда была открыта станция Восток, расчеты естественно были сделаны для этой станции, как раз для того места, где лежит огромное озеро.
А дальше начались всякие неожиданные наблюдения. В нашей антарктической авиации был штурман по фамилии Робинсон, сын англичанина и русской матери. Однажды, летая над Антарктидой, он заметил, что в определенных местах, при очень низком положении Солнца, от поверхности льда возникает совершенно необычное отражение. И он написал заметку в 10 строчек об этом необычном природном явлении. И происходило это, как потом мы поняли, именно в том месте, где впоследствии обнаружили подледниковое озеро. То есть уже тогда, каким-то особым чутьем, штурман сделал это неожиданное наблюдение и как бы увидел совершенно иную поверхность, непохожую на все остальное.
Итак, две первых статьи были написаны. Но многие гляциологи тогда говорили, что этого быть не может. В те годы я зимовал в Антарктиде, сначала на советской станции, а потом на американской, и познакомился там с бурильщиками. В то время, в середине 1960-х годов, в области бурения льда Соединенные Штаты были впереди всех, и они как раз собирались бурить лед в районе американской станции Бёрд, которая, согласно моим расчетам, находилась как раз в том месте, где должно было происходить непрерывное таяние льда. Я говорю им: «Будьте осторожны, если вам удастся пробурить насквозь весь лед и добраться до коренного ложа». Но американские ребята считали, что и без меня они все знают.
В эти годы я написал докторскую диссертацию и защищал ее в Арктическом институте в Ленинграде, потому что опасался устраивать защиту в Москве, где работал главный гляциолог того времени Петр Шумский. Он был главным моим оппонентом, твердившим: «Этого не может быть!» Шумский написал отрицательный отзыв на мою диссертацию на 30 страницах, который во время защиты по очереди читали два читчика, потому что по условиям ВАКа того времени отрицательный отзыв должен быть прочитан целиком.
Но к тому времени американцы прошли сквозь толщу льда два с лишним километра, и неожиданно их оборудование на дне скважины уперлось в слой воды, которая хлынула в скважину, и, разрушив все оборудование, поднялась на 60 метров и замерзла.
Была жуткая драма, потому что буровое оборудование было сделано в Лаборатории холодных районов, принадлежащей армии США. Разъяренное военное начальство прекратило программу и разогнало всех этих бурильщиков, а оборудование было разворовано и распродано за бесценок.
И американцы прислали мне телеграмму: «Дорогой Игорь, ты знаешь, ты оказался прав — вода-то подо льдом есть». И эта телеграмма пришла как раз ко времени защиты моей диссертации. На Ученом совете после отрицательного 30-страничного отзыва ученый секретарь зачитал телеграмму из Соединенных Штатов, в которой говорилось, что вода-то там есть. И это решило судьбу не только мою, но, я думаю, и всей этой идеи.
Прошло еще несколько лет, центр этих исследований переместился в Англию и в Советский Союз, где начала претворяться в жизнь серьезная буровая программа, занявшая место бывшей американской, которая мгновенно превратилась в руины. Именно на этих руинах начала подниматься наша буровая программа, и уже через несколько лет мы стали непревзойденными буровиками.
Владимир Котляков. В 1970-х годах мы начали бурение глубокой скважины на станции Восток, и тогда возникла идея совместных работ. Был учрежден так называемый Международный антарктический гляциологический проект, и меня назначили в руководство этого проекта уполномоченным представителем от Советского Союза.
Именно в эти годы началось плодотворное сотрудничество с англичанами, которые тогда имели особые достижения в радиозондировании льда. У них было дистанционное оборудование, позволявшее получать отражения радиолуча от толщи льда во время полета над ледником на самолете. Эти отражения оказались разными. Вместе с обычными, которые получают, когда радиолуч отражается от твердой породы, были отражения и совсем другого рода, когда сигнал приходит от границы льда и воды.
И вот тогда впервые появился термин «подледные озера». Его предложили англичане из Кембриджа, оборудование которых и позволило получить эти необычные сигналы.
Игорь Зотиков. Но опять нам повезло. В то время Полярный институт в Кембридже возглавлял Гордон Робин, мой старинный, идейный друг. Он, так же как и я, был теплофизиком и занимался тепловыми расчетами. Именно он первым обратил внимание на то, что когда самолеты в плохую погоду совершают посадку на ледник, иногда случаются аварии. По радиолокационному прибору (радиовысотомеру), который всегда есть на борту самолета, получается, что до поверхности льда еще далеко, а на самом деле вдруг лыжи самолета ударяются о землю, и случаются катастрофы.
И Гордон Робин объяснил причину этого явления: радиолучи проходят насквозь толщу льда и отражаются от нижней границы ледника, а не от поверхности лед-воздух. И вот, используя эту идею, он и создал методику радиозондирования ледника.
Но была еще одна проблема: нужно было делать привязку самолета к местности, а ведь в Центральной Антарктиде нет никаких зрительных ориентиров. И вот точкой, за которую цеплялся Робин, стала станция Восток, координаты которой были точно известны. Поэтому почти все полеты прокладывались через станцию Восток, чтобы точно зафиксировать положение самолета на приборах и внести все необходимые поправки в штурманский курс самолета. А на обратном пути нужно было опять пролететь над станцией Восток и снова внести поправки. И поэтому большинство полетов в Центральной Антарктиде было приурочено к станции Восток. Именно в этих местах, недалеко от станции Восток, он обнаружил огромное количество таких водных отражений.
Так случилось, что однажды я возвращался после работы с американцами домой, в Советский Союз, через станцию Мак-Мёрдо и встретился здесь с Гордоном Робином, самолет которого приземлился на этой американской станции. Тогда он мне и рассказал о необычных отражениях, по-видимому, от подледных озер вокруг станции Восток или вблизи нее. А я рассказал ему о наблюдениях Юры Робинсона, с которым мы вместе зимовали. К огромному сожалению, этот самый Робинсон, написав маленькую заметку, через два года погиб, как говорится, при исполнении служебных обязанностей, как штурман одного из самолетов, который упал в Охотское море. Я знал его жену и сына, я рассказал Гордону Робину обо всем этом. И он говорит: «Полетели, и будем внимательно смотреть». Ведь обычно мы летали довольно высоко, где все же безопаснее, да к тому же расходуется меньше горючего. Вообще-то тяжелые самолеты летают на высотах около 10 километров, а мы, как и Робин, летали на небольших самолетах, всего-то на высоте 200 метров над ледниковым куполом, и поэтому могли заметить признаки подледных озер.
В тот день мы поняли, что нужно спуститься вниз с громадных высот, на которых обычно летали с радиолокацией, и лететь над ледником, ориентируясь по Солнцу. И в этих полетах мы действительно обнаружили странные отражения на обширных площадях. Робин со своими сотрудниками опубликовал тогда об этом большую статью, но никто написанному не поверил, нужны были реальные факты.
Именно над станцией Восток у Робина тоже получилось самое большое водное отражение. Но еще в 1964 году Андрей Петрович Капица выполнил сейсмические исследования и в районе станции Восток обнаружил два отражения, но интерпретировал одно из них как границу льда с коренными породами, а другое — как промежуточное отражение от пород осадочного типа. И оппоненты говорили: «Ну, хорошо, Робин, у тебя получаются озерные отражения. И даже под станцией Восток получается? А ведь сейсмика говорит, что там озера нет».
Владимир Котляков. Стоит подчеркнуть, что в те годы сейсмозондирование было испытанным методом, и им все пользовались, а радиозондирование только еще приобретало свою популярность. Поэтому интерпретация двух отражений на сейсмограмме никого не взволновала, а казалась обычной с точки зрения геологии.
Но когда спустя много лет к этому вернулись после заявления Гордона Робина об обнаружении подледного озера в районе станции Восток, была образована специальная комиссия с попыткой новой интерпретации той самой сейсмограммы.
И тогда стало ясно, что Андрей Петрович Капица действительно получал отражения от воды, от дна озера. То есть, уже тогда вода подо льдом была зафиксирована, но это наблюдение неправильно интерпретировали.
И вот наступила эпоха космических исследований. В 90-е годы был запущен европейский спутник ERS-1 с полярной орбитой, и вот тогда мы впервые увидели почти всё пространство Антарктиды сверху, из космоса (кроме небольшой околополюсной территории, которая все же пока осталась нам неподвластной). Из множества космических снимков составили мозаику фотографий, и в районе станции Восток обнаружился необычный контур глобальных, так сказать, масштабов. Здесь оказался очень плоский рельеф, и именно в этом месте обнаружено подледное озеро, т.е. несмотря на толщу льда почти в четыре километра, подледное озеро отражается в рельефе ледникового покрова.
Игорь Зотиков. Стоит напомнить, что в леднике лед всегда движется, ползет по неровной, твердой поверхности. Но вдруг характер льда меняется, и на площади в сотни раз большей, чем сама толщина льда, он вдруг начинает плыть, тогда как в иных местах по-прежнему «прыгает» по неровностям подледного ложа. Такое различие придонных условий не может не отразиться на характере верхней поверхности ледника, несмотря даже на огромную толщину льда.
С точки зрения философии науки очень интересно, как пальма первенства в исследованиях подледных озер переходила из рук в руки. Начали мы, затем ее подхватили англичане с радиолокацией, а потом возник общий, европейский спутник.
Но именно Лондонская лаборатория космических исследований и молодой человек по имени Ригли, анализируя лазерное измерение высоты поверхности со спутника, построил точную высоту поверхности Антарктиды и обратил внимание на мельчайшие ее детали, и для всех стал очевидным контур обширной и совершенно горизонтальной поверхности.
Александр Гордон. Вот теперь пора сказать о размерах.
Владимир Котляков. Длина озера с севера на юг более 200 километров, ширина около 50-60 километров. Глубина уже известна и местами превышает 600 метров, может быть, даже где-то достигает метров 800. И над всем этим три тысячи семьсот метров льда, который движется очень медленно, примерно со скоростью три метра в год, перемещаясь от одного края озера к другому.
Это озеро всего в 2-3 раза меньше Байкала, и происхождение их, похоже, одинаковое, рифтовое. Рифт — это глубокие щели в земной коре. Наиболее известны байкальский и африканский рифты, где сейчас существуют озера того же типа. В Центральной Антарктиде мы наблюдаем подобную же рифтовую долину на древней платформе. И вот в этой долине и скапливается вода, которая появляется от таяния льда и, по-видимому, не имеет стока. Вполне вероятно, и тут нет ничего противоестественного, что это озеро замкнуто. И в этом особый его интерес, потому что вода внутри озера, возможно, оставалась неизменной в течение многих сотен тысяч лет.
Александр Гордон. Вот тут у меня вопрос. С вашей точки зрения, это озеро могло образоваться еще до того, как Антарктида покрылась льдами или это все-таки результат только таяния льда?
Игорь Зотиков. Прямо на этот вопрос, пожалуй, нельзя ответить. Но я обратил внимание на то, что если озеро существовало до того, как возник ледниковый покров, то оно никогда не промерзало насквозь. То есть, вначале нам казалось, что подледное озеро возникает лишь тогда, когда лед достигнет определенной толщины, и его «шуба» станет достаточно теплой, чтобы началось подледное таяние.
Но последующие расчеты показывали, что даже если лед начал образовываться над ранее существовавшей водой, то скорость промерзания в момент образования льда весьма мала по сравнению со скоростью роста ледникового покрова, и озеро это никогда не промерзало.
Добавлю к этому, что если у дна ледникового покрова идет непрерывное таяние, то частички снега, выпавшие сверху, постепенно опускаются вниз, к ложу, вместе с большим количеством атмосферного воздуха, всегда существующего в толще льда. Значит, в озерной воде есть кислород, а вместе с тем из воздуха в снег, а потом и в лед поступают минеральные частицы и пыльца растений, т.е., грубо говоря, еда. Значит, в озере есть тепло, кислород, органические вещества, т.е. все условия для жизни.
И хотя сверху давит огромная масса льда, вода остается в том же физическом состоянии и при температуре порядка минус двух градусов Цельсия.
Опять же, с психологической точки зрения, интересно, что в 1963 году, когда об этом впервые было напечатано, никого это не тронуло. Всех нас в то время больше интересовало другое. Ведь если идет непрерывное таяние льда, а появляющийся изо льда воздух где-то скапливается, то он куда-то должен деваться. Часть воды находится в озере, а остальная вода выдавливается из-под ледникового покрова к краям и дальше повторно замерзает. А раз она замерзает очень медленно, то происходит сепарация, то есть часть воздуха снова уходит в воду.
Таким образом, вода перенасыщается воздухом, и местами скапливаются большие его объемы. В общем, возникает типичная «жюльверновская», почти фантастическая картина.
Александр Гордон. Есть еще один интересный вопрос, касающийся шельфовых ледников в Антарктиде. Можно ли под них забраться, например, на атомной подводной лодке?
Игорь Зотиков. Занимаясь подледным таянием, я участвовал в так называемом проекте исследования шельфового ледника Росса. Ледник Росса — это гигантская ледяная плита размерами с Францию, которая покрывает море. И вот американцы решили выяснить, что же творится в самом далеком месте от края ледника, там, где эта плита соединяется с морем, как бы открывает выход в море. Это место находится на расстоянии 700 километров от края.
И мы начали бурить нашим легким оборудованием, которое ломалось гораздо реже, чем переусложненная американская техника. Нам с двумя сотрудниками Института географии удалось пройти сквозь лед, и мы обнаружили, что на нижней поверхности шельфового льда происходит намерзание, а в нижних слоях льда присутствуют живые организмы — такие странные рачки, называемые энпиподы.
Гипотеза о том, что озеро не промерзало насквозь, имеет право на существование. И в этом случае мы можем обнаружить в озере очень древний органический мир.
Александр Гордон. Так почему же, добурившись до ста метров от поверхности этого озера, мы не стали бурить до конца?
Владимир Котляков. Скважина, которую мы прошли, уже достигла глубины 3623 метра, но бурение пришлось остановить.
В 1994 году в Риме проходило очередное заседание Международного комитета по антарктическим исследованиям. Как глава российской делегации, я делал отчет о том, что мы сделали за последние годы, рассказал в подробностях о бурении глубокой скважины над озером.
Сказал также, что войти из скважины в озеро очень опасно, так как скважину во льду невозможно бурить без заливочной жидкости, и эта жидкость может вылиться в озеро, хотя, судя по расчетам Игоря Алексеевича, в этом случае в озере окажется всего одна молекула загрязнения на кубический метр воды. Но и этого допустить нельзя, так как нарушится природная стерильность. Мы пока не знаем об органической жизни в озере, но можем предполагать, что там действительно могут быть уникальные формы жизни, возраст которых превышает полмиллиона лет.
На заседании возникла серьезная дискуссия, результатом которой была специальная международная резолюция, не рекомендующая продолжать бурение глубокой скважины на станции Восток, пока не будет найдена новая технология проникновения в озеро без возможного загрязнения.
Сейчас нижняя часть скважины находится в 120 метрах от ледяной кровли озера. Разрабатывается новая технология, которая позволит это сделать. В Санкт-Петербурге она уже сделана и одобрена государственной комиссией, так что теперь дело за ее инженерным воплощением в жизнь.
Сложность ситуации заключается в том, что Антарктида — территория ничья, это территория всего человечества. Но в 1930-х годах семь стран предъявили свои претензии на отдельные сектора Антарктического материка.
И хотя в 1950-х годах был подписан Антарктический договор, предопределяющий международное сотрудничество в Антарктике, эти претензии не были отменены, а лишь «заморожены».
Станция Восток находится в той части материка, на которую претендует Австралия, и она показывает особое волнение в связи с возможным продолжением бурения на Востоке.
Игорь Зотиков. Когда-то мы с Андреем Петровичем Капицей предложили проект протаивания Антарктиды с помощью маленького атомного реактора, когда не нужно проводов для подачи энергии. Такой реактор будет углубляться в лед под действием собственного веса, а связь с поверхностью будет осуществляться через тонкий провод. Но антарктический договор запрещает применение и захоронение радиоактивных отходов в Антарктиде. Чтобы выполнить этот проект, нужно было придумать способ, как вытащить этот самый спускаемый аппарат обратно.
Наверное, можно и здесь найти выход, но опять-таки вмешиваются претензии на территорию Австралии, которая подписала закон, запрещающий использование атомных реакторов на своей территории.
Владимир Котляков. Когда мы говорим об озере на станции Восток, мы неожиданно попадаем в Космос. Потому что значение этого озера очень велико для развития космических программ.
В нашей Солнечной системе есть планетные тела, которые имеют подобное же строение. Это известные спутники Юпитера. Один из них называется Европа. С поверхности он состоит из толстой ледяной коры, под которой, это известно, есть жидкая вода. Опытные работы в Антарктиде очень важны, потому что любая ошибка обходится в тысячи раз дешевле, чем в Космосе, и это позволяет вовремя и с меньшими затратами подготовить грядущую космическую программу.
Таким образом, озеро Восток стало земным аналогом космических процессов, которые, по-видимому, происходят на некоторых планетах Солнечной системы.
Александр Гордон. Когда же мы пройдем эти 120 метров?
Владимир Котляков. По моему прогнозу, это произойдет в ближайшие семь лет. Сейчас во многих странах выделяются значительные средства на антарктические исследования, а в 2007-2008 гг. будет организован новый Международный полярный год. Вот тогда и нужно ждать новых крупных открытий в Антарктиде. Александр Гордон. Но не через год, два.

Обзор темы


В фантастическом фильме «Нечто» режиссера Карпентера сотрудники американской научной антарктической станции обнаруживают под толщей льда космический корабль пришельцев, врезавшийся много тысяч лет назад в шестой континент нашей планеты. При этом земляне невольно реанимируют замороженную чужеродную форму жизни, которая грозит истреблением всему человечеству.
Подобный сюжет может оказаться не таким уж и неправдоподобным — в открытом в Антарктиде в районе российской станции «Восток» под четырехкилометровой толщей льда огромном озере жидкой воды четвертичного периода могут быть обнаружены неизвестные ранее формы жизни.
Открытие гигантского подледникового озера в Антарктиде вблизи российской станции Восток справедливо причисляется к крупнейшим географическим открытиям XX в. Длина озера около 250 км, ширина — 50 км, глубина — до 750 м. Однако скважина, пробуренная над ним в толще льда и остановленная на глубине 3623 м (всего в нескольких десятках метров от озера), пока не коснулась воды. Бурение прекращено из-за опасности нестерильного отбора проб, способного повредить уникальную реликтовую систему озера. Это решение было принято в 1998 г. на заседании SCAR (Scientific Counsil for Antarctic Research) — международного научного комитета по антарктическим исследованиям.
Вода под ледником. История изучения проблемы.
Мысль о том, что при очень большой толщине ледника температура у его нижней границы может стать равной температуре плавления льда, известна с конца прошлого века. Она следовала из представлений П. А. Кропоткина, полагавшего, что в толще крупных, холодных сверху ледников, где не сказываются временные колебания температуры, последняя линейно повышается с глубиной, как это происходит в скважинах, пробуренных в других горных породах.
Исходя из этого положения, уже в 1950-х годах нашего века океанолог Н. Н. Зубов ввел понятие критической толщины ледника, при которой у его дна достигается температура плавления льда (при соответствующем давлении). Он был первым, кто высказал предположение о том, что необычайно большая толщина ледниковых щитов в удаленных от берегов местах, обнаруженная при первых сейсмических исследованиях ледников в Антарктиде, может послужить причиной существования воды в нижних частях, даже когда температура льда на поверхности очень низка.
В 1955 г. английский гляциолог Гордон Робин опубликовал, ставшую классической работу, в которой показал, что поле температуры формируется в толстых антарктических ледниках под сильным воздействием вертикального переноса холода опускающимися вниз частичками льда, и отнюдь не линейно. Поэтому использовать подход Зубова для оценки условий в глубинах таких ледников нельзя.
В 1961 г. И. А. Зотиковым были проведены теплофизическис расчеты, основанные на решении уравнения теплопроводности в леднике, рассматриваемом как движущаяся жидкость. Учтен был и конвективный перенос холода сверху вниз. На этой основе проанализированы данные о ледниковом покрове центральной части Восточной Антарктиды, полученные и первых четырех советских антарктических экспедициях (САЭ), и показано, что по профилю от станции Мирный к станции Восток и далее к Южному географическому полюсу центральные области ледникового покрова Антарктиды находятся в условиях, когда отвод тепла от нижней поверхности ледника вверх из-за большой его толщины очень мал. В связи с этим часть геотермического потока должна постоянно затрачиваться на непрерывное таяние у границы лед — твердое ложе. В тех же работах было приведено рассчитанное из указанных выше соображений поле температур по всей толщине льда под станцией Восток и показано, что температура льда у его нижней границы равна температуре плавления (минус 2 гр. С) при давлении у ложа более 300 атм. Вывод: талая вода в виде сравнительно тонкой пленки выдавливается в те места, где толщина ледника меньше, и намерзает там вновь, двигаясь к краям ледника уже в виде льда. В отдельных углублениях подледного ложа эта вода может скапливаться в виде озер под самой толстой центральной частью Антарктического ледяного щита.
Таким образом, возникла гипотеза, что подо льдом Антарктиды, на площади, почти равной площади Европы, разливается море пресной воды. Она должна быть богата кислородом, который доставляют постепенно опускающиеся в глубины верхние слои льда и снега. И очень может быть, что в этом подледниковом озере есть жизнь. Была составлена расчетная карта областей непрерывного таяния у ложа в центральной части ледникового покрова Антарктиды. Из карты следовало, что станции Восток, Амундсен-Скотт, Берд находятся и областях, где идет непрерывное донное таяние, и можно ожидать, что здесь существуют подледниковые озера.
Впервые реальное подтверждение гипотезы И. А. Зотикова были получены в результате бурения самой глубокой в 1960-е годы скважины (два с лишним километра) на американской станции Берд, которая относилась к области, где должно было происходить подледниковое таяние. Когда бур достиг дна ледника, в скважину хлынула пресная вода.
Признание факта постоянного донного таяния и подледниковой воды в центральной части Антарктиды в дальнейшем создало новые подходы к реконструкции четвертичных ледниковых покровов, поискам скоплений полезных ископаемых (в особенности нефти и газа), выдавливаемых к краям ледников водой, оно стало главным теоретическим фактором отклонения проекта захоронения радиоактивных отходов на дне ледникового покрова в Центральной Антарктиде.
Сейсмическое зондирование под станцией Восток.
Сейсмическое зондирование ледникового щита под станцией Восток, проведенное под руководством А. П. Капицы в 1959 и 1964 гг. позволило определить его толщину. При этом оказалось, что помимо главного пика отражения от дна ледника в приемном сигнале выявлялся еще один. Тогда он был интерпретирован как отражение от нижней границы слоя осадочных пород под ледником. Позже стало очевидным, что это был сигнал отражения от границы льда с водой.
Исследования подледниковых озер с помощью радиолокации.
Первые убедительные и достаточно подробные экспериментальные данные о подледниковых озерах в центральной части Восточной Антарктиды были получены британскими учеными в 1970-х годах с помощью радиолокации. Для объяснения необычно сильных отражений от дна ледника вблизи станции Советская, где толщина льда около 4200 м., Г. Робин с коллегами предложил считать эту аномалию сигналом, поступающим от границы лед -вода. Дальнейший анализ был проведен английским геофизиком Г. Освальдом на основе данных, полученных в полевых работах 1971–1972 гг. Оказалось, что гладкие поверхности дна ледника (с аномальным отражением) имеют протяженность в несколько километров, причем нередки и в других частях Восточной Антарктиды.
Эту работу продолжили во время полетов в 1974? 1975гг. Оказалось, что 17 других исследованных участков в центральной части Восточной Антарктиды располагались там, где ложе ледника сложено скорее всего скальными породами; скорость ледника (а значит, и интенсивность его эрозионно-транспортирующсй деятельности) маленькая, а поверхность ледника почти горизонтальная. Это дало основание авторам назвать такие места озерами. Правда, толщина слоя воды в них оставалась неизвестной. Ясно было лишь, что она больше длины радиолокационной волны и достаточна для образования ровной границы лед — вода.
Количество полетов, в которых проводились радиолокационные исследования в 1971–1972 и 1974–1975 гг. и зарегистрировано «водное отражение» от дна ледника в районе станции Восток, было так велико, что это позволило Робину и его группе сделать предположение о наличии в центральной части Восточной Антарктиды большого подледникового озера с центром, расположенным примерно в 150 км к северо-западу от самой станции.
Визуальные свидетельства существования подледниковых озер.
Приоритет обнаружения водных массивов при визуальном исследовании ледникового покрова с самолета принадлежит флагштурману авиационного отряда 4-й Советской антарктической экспедиции Р. В. Робинсону. Он, как затем и другие летчики при полетах со станции Мирный в район станции Восток видели довольно большие участки поверхности, резко отличавшиеся от остальных и условно названные «озерами». Они встречались всегда в одних и тех же местах, поэтому даже использовались для навигации.
Свидетельства лазерной альтиметрии со спутника «ERS-1».
В 1993 г. английский исследователь Д. Ридли при обработке данных лазерной альтиметрии со спутника«ERS-1» получил компьютерные отметки высот ледникового покрова по точкам для каждых 10 кв. км и построил с большой точностью карту изолиний высоты поверхности Антарктиды: на трехмерной поверхности ледникового щита обозначились контуры огромного озера, расположенного как раз над местом, где радиолокационные отражения Г. Робина и его коллег показывали поверхность подледного озера. Так называемое «озеро Ридли» простиралось и под станцией Восток.

Озеро под станцией Восток. Проблемы, связанные с озером, условно названным «Восток» по имени станции, были представлены на рабочем совещание в Британской антарктической службе в Кембридже (ноябрь 1993 г.). Кроме сотрудников самой службы, среди участников — специалисты из Полярного института им. Р. Скотта, Миллардской космической лаборатории и российские ученые.
Один из обсуждаемых вопросов — сомнение в том, что озеро существует именно как озеро, т. е. в нем достаточно толстый слой воды, и лед не лежит на слое жидкой ледниковой грязи. Ведь лед над озером — это ледник, пришедший к нему от ледораздела, который расположен хоть и близко, но все же в ста с лишним километрах. Он приближается к озеру и проходит над ним сверху со скоростью 3 м/год. А это значит, что ледник постоянно несет в озеро и, по причине таяния, откладывает у дна моренный материал в виде ледниковой грязи.
Средняя величина «шероховатости» подледникового ложа в Центральной Антарктиде на отрезках, близких к 200 км (примерная длина подледникового озера), была оценена тогда в 500 м. Поскольку по всей этой длине радиолокационные отражения от дна ледника показали водную поверхность, можно с достаточной уверенностью утверждать, что под ней «спрятан» рельеф дна той же шероховатости, т. е. с глубинами до 500 м. (Конечно, в том случае, если бы ледник не заполнял озеро ледниковой грязью.)
Расчеты И. А. Зотикова показали, что за время существования озера Восток ледник смог принести в него около 100 м ледниковых отложений. Следовательно, есть много свидетельств тому, что озеро существует, и средняя толщина воды в нем — несколько сотен метров.
Совещание согласилось с версией И. А. Зотикова, согласно которой скорость осадконакопления в озере Восток так мала потому, что оно расположено очень близко к ледоразделу и скорость движения ледника, проходящего через озеро, тоже мала. Другие «озера», которые находятся в более отдаленных от ледораздела и быстро движущихся частях ледникового щита, могут быть заполнены до краев отложениями в виде ледниковой грязи (что и обнаружено бурением до дна ледяных струй Западной Антарктиды).
В отчете совещания констатировалось: 1) глубина слоя воды в озере пока неизвестна (где-то между несколькими десятками и первыми сотнями метров) 2) второе отражения от ложа ледника, которое А. П. Капица интерпретировал как отражение от слоя осадочных пород, могло прийти от нижней границы слоя воды под ледником, поэтому данные сейсмики в районе озера должны быть пересмотрены.
Шельфовая природа ледника над озером Восток предоставляет ученым дополнительную информацию об озере. В ходе исследований выяснилось, в частности, что интервалы между сигналами, отраженными от верхней и нижней поверхностей льда, а, значит, и толщина ледника в разных местах озера — неодинакова: от 3700 м у южного края озера, вблизи станции Восток, до 4100 м у северного берега. Более того, изолинии высот ледяного покрова над озером оказались параллельны друг другу и перпендикулярны к длинной оси озера. Другими словами, это не просто толстый озерный лед, но лед движущийся, растекающийся по озеру вдоль его длинной оси, т. е. ледник плавающий, а, значит, шельфовый. Только ледник не имеет края, обрывающегося в открытое море, поэтому правильнее называть его гигантским «внутренним» шельфовым ледником. Разница в его толщине обусловлена именно сопротивлением растеканию.
Анализ показал, что именно неодинаковая толщина и высота поверхности ледяного покрова под озером дает возможность оценить среднюю плотность воды в подледниковом озере, а значит, и ее соленость. Специальные расчеты, выполненные И. А. Зотиковым, показали, что вода в озере пресная или очень мало соленая (по сравнению с обычной морской водой).
Полученные данные позволили ученому также определить высоту (уровень) свободной поверхности воды, в которой плавает этот ледяной покров. Оказалось, что она на 3100 м выше уровня моря, т. е. вода озера не имеет прямого контакта с океаном, окружающим со всех сторон Антарктиду.
Кроме того, если считать ледник шельфовым, то в озере Восток, т. е. в подледниковой, заполненной водой пещере под станцией Восток должны существовать течения. Они обусловлены различием высоты нижней границы этого ледника в разных его частях и подобны той циркуляции, которая хорошо изучена, например, для подледниковой, заполненной водой пещеры под шельфовым ледником Росса. В этом случае можно ожидать подъема воды у одной стороны озера и опускания водных масс у другого его конца с возникновением соответствующих горизонтальных течений противоположной направленности у верхней и нижней границ. Это может не только существенно повлиять на формы жизни в озере, на их разнообразие в разных частях озера, что должно учитываться при выборе мест поиска, если при первом контакте с озером жизнь в нем не обнаружится.
Озеро Восток — живое озеро. Главной темой второго совещание в Кембридже (1995 г.) стало обсуждение вопроса о жизни в озере Восток и мерах предосторожности по сохранению ее древних форм.
Российский микробиолог С. С. Абызов в результате исследований керна из глубочайшей в Антарктиде скважины на станции Восток показал, что микроорганизмы существуют в состоянии анабиоза во льду вплоть до самых глубоких горизонтов. Пока считается, что жизнь, которая может быть найдена в воде озера или его донных отложениях, тоже ограничена микроорганизмами. При этом ни один из тех, что известны на сегодня, не смог бы существовать достаточно долго в этой воде. Однако вполне возможно наличие бактерий, которые находятся в самых близких к воде озера слоях льда (где он уже частично плавится), и которые могут быть оживлены, когда озерная вода войдет в нижнее устье скважины и проникнет в его стенки. В настоящее время биологи проявляют большую заинтересованность к воде, которая ни разу не контактировала с современной внешней атмосферой и возраст которой возможно около миллиона лет. Даже если там присутствуют только микроорганизмы, за такой отрезок времени они могли существенно разойтись в своем развитии с теми организмами, которые существуют в обычных наших условиях. Озером Восток уже заинтересовались некоторые фармацевтические фирмы в надежде с помощью обнаруженных реликтовых микроорганизмов найти какие-то новые лекарственные вещества.
Космические аналоги озера Восток.
Открытие озера Восток вызвало большой интерес среди специалистов, изучающих спутник Юпитера — Европу поверхность которой, по некоторым данным, покрыта ледяным щитом. Под ним предположительно должен существовать слой талой воды в виде системы озер или даже подледникового океана. И если будет найдена жизнь в озере Восток, растут шансы, что она существует и в подледной воде спутника Европа, а может, и на Марсе.
Неудивительно поэтому, что дальнейшее изучение антарктического озера, создание необходимой аппаратуры для проникновения в воду и донные осадки, а также стерильное извлечение проб воды и кернов готовы финансировать сегодня космические агентства, в частности НАСА. Это тем более актуально, что буквально на днях по тем же финансовым причинам запуск летательного аппарата к Юпитеру — Европе отложен с США на несколько лет.
Перспективы исследования озера Восток.
Работа Российской антарктической экспедицией продолжаются. Группа геофизиков под руководством В. А. Мосолова повторила сейсмическую съемку озера с цель(о детального изучения толщи воды и рельефа дна. Оказалось, что максимальная глубина озера ? 750 м, а на дне имеется слой осадочных пород. При поперечном профилировании выявилось, что часть озера мелководна (полярники назвали эти места болотами). Пока исследования ограничены двумя десятками километров от станции. Планируется расширить район сейсмических работ.
Специалисты из Санкт-Петербургского горного института и Арктического и Антарктического научно-исследовательского института заняты созданием новой экологически чистой технологии, которая обеспечит стерильное проникновение в коду (именно эта группа выиграла конкурс, объявленный РФФИ и Министерством науки и технологий РФ на лучший проект).
Технологические подходы «чистого» проникновению в озеро.
Итак, бурение на станции Восток приостановлено ? за шаг до цели. Что дальше? Иногда высказывается мнение, что пробуренную нашими учеными скважину нужно законсервировать и начать проникновение в озеро в другом месте и другими способами.
Еще в 1970-е годы ХХ века И. А. Зотиков и А. П. Капица предложили оригинальный проект: «Подледниковая автоматическая станция». В нем предусматривалось сделать контейнер с научной аппаратурой, а в нижней части контейнера — автоматической станции — поместить маленький атомный реактор. За счет вырабатываемого реактором тепла эта станция должна была протаять лед и опуститься ко дну ледника, а потом и озера. Не нужно заботиться ни о какой скважине. Идея была поддержана П. Л. Капицей, но не была реализована вовремя. Сегодня возвращение к ней вряд ли возможно: станция «Восток» помешается в секторе, на который предъявляет права Австралия — член Британского Содружества наций. Англия категорически против использовать атомный источник в Антарктиде, хотя 30 лет назад на главной американской антарктической станции Мак-Мердо работала атомная электростанция на 2 тысячи киловатт.
Сегодня, в частности, предлагается, бурение горячей водой, отработанное в последние годы на американской станции Амундсен-Скотт на Южном полюсе. Еще один вариант ? создание криобота — подледниковой автоматической станции. В этой установке, разрабатываемой американскими специалистами для протаивания ледяного панциря Европы, вместо атомного нагревателя предполагается использовать электрический, с подачей энергии с поверхности. Кроме того, в криоботе планируется устройство для плавания в подледниковом море. По мнению российский исследователей и участников встречи гораздо более рациональным и, главное, справедливым, было бы проникновение в озеро российской буровой установки — у наших ученых из Санкт-Петербурга бесценный опыт глубокого бурения в Антарктиде. Именно они постоянно заботятся о биологической чистоте скважины и керна, именно они отобрали образцы льда, из которых стало известно о жизни в нижних слоях толщи под станцией Восток и о климате планеты.

Библиография


Абызов С. С., Бобин Н. Е., Липенков И. Я. и др. Характеристики различных слоев ледника Центральной Антарктиды в связи с микробиологическими исследованиями//Антарктика: Докл. Комиссии. М., 1993. Вып.32.
Зотиков И. А. Тепловой режим ледникового покрова Антарктиды. Л., 1977.
Зотиков И. А. Теплофизика ледниковых покровов. Л., 1982.
Зотиков И. А. За разгадкой тайн ледяного континента. М., 1984.
Зотиков И. А. Подледниковое озеро Восток. Антарктида: гляциологический, биологический, планетологический аспекты//Мат. гляц. иссл. 1998. Вып. 86.
Зотиков И. А. О генезисе озера Восток: Антарктида//Доклады РАН. 2000. Т. 374. № 6.
Зотиков И. А. Термодинамика природных процессов (оплавление метеоритов, донное таяние-намерзание в Антарктиде, открытие и исследование озера Восток)//Труды отделения океанологии, атмосферы и географии. М.: Наука, 2000.
Зотиков И. А. Антарктический феномен — озеро Восток//Природа. 2000. № 2.
3убов Н. И. О льдах Арктики и Антарктики. М., 1959.
Kapitsa A. P., Kotlyakov V.M., Zоtikоv I. A. Subglasial lakes in Central Antarctic: geographic discovery of global value//Global Change and Geography: The IGU Conference. Moscow, 1995.
Kapitsa A. P. , Robin G. Q. de, Ridley J. K., Zоtikоv I. A. A Large Deep Freshwater Lake Between the Ice Sheet//Nature. 1996. V. 381.
Mosolov V.N., Kudryashov G. A. Earth Science Studies in the Lake Vostok Region: Existing Data and Proposed Activities. SCAR. Cambridge, 1999.

  • ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ РАЗДЕЛА:
  • РЕДАКЦИЯ РЕКОМЕНДУЕТ:
  • ОСТАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ:
    Имя
    Сообщение
    Введите текст с картинки:

Интеллект-видео. 2010.
RSS
X