velzevul (dubva1) wrote,
velzevul
dubva1

Открытие

Антарктическое лето кратко. В центре материка это всего два месяца – декабрь и январь. На станции «Восток», расположенной на полпути от океана к Южному полюсу, стоит жара: температура колеблется около –30°С. На станции бурлит работа: может быть, в этот сезон полярникам получится окончить более чем 20-летний труд – пробурить практически 4-километровую ледяную толщу и достигнуть озера Восток





Эта история началась
в 1957 году, когда в Институт географии
АН СССР устроился юный тогда и
никому не узнаваемый кандидат технических
наук Игорь Зотиков, ранее работавший
в  ракетостроении. Как вспоминал Игорь
Алексеевич через полста лет, процессы,
идущие на поверхности обтекателя
и  в глубине ледников, на взор
теплофизика выглядели идиентично  -
описывались фактически одними и  теми
же уравнениями. В  1960  году он опубликовал
расчеты, показывавшие, что мощнейший ледник
должен владеть теплоизолирующими
качествами, достаточными, чтоб
приходящий из недр термический поток мог
растопить низ ледяной толщи. Этот процесс
должен идти по всей Антарктиде, а там,
где рельеф местности такой, что талой
воде есть где задержаться, под ледяной
толщей должны существовать незамерзающие
водоемы.

За пару лет до
этого на южном геомагнитном полюсе была
заложена станция «Восток». Логично,
что Зотиков применил свои расчеты к
антарктическому рельефу на полосы от
Южного полюса до океанского побережья
через «Восток» и высказал предположение
о том, что там, под ледником, должна быть
водянистая вода.


За пару лет до
Зотикова похожие взоры высказывал
океанолог Николай Зубов. Предположив,
что температура ледника с глубиной
должна расти так же, как это происходит
в всех горных породах, он подсчитал,
что в паре км от поверхности
достигается температура плавления. К
тому времени было понятно, что мощность
антарктических ледников обычно превосходит
3 км - стало быть, ниже должна быть вода
либо смесь льда с водой.


Коллеги восприняли
идею скептически. В 1958 году британский
гляциолог Гордон Робин показал расчетами,
что температура ледниковой толщи
изменяется с глубиной нелинейно и по
большей части не очень отличается от
поверхностной, другими словами концепция Зубова
не работает. Логично, что и выводы
Зотикова не вызвали интереса - уж
очень нетривиально звучала идея о
незамерзающих озерах там, где температура
не подымалась выше нуля уже миллионы
лет.


И все-же она водянистая!

В 1966 году америкосы
начали масштабную программку бурения
льда на станции Берд. Очевидно, они
знали о прогнозах ученого из Рф,
тем паче что были лично с ним знакомы:
полярники - люд компанейский и  миролюбивый.
Но скепсис, обычно уместный во
всякой науке, сейчас сыграл с
исследователями злую шуточку. Под 2  км
льда и впрямь оказалась водянистая вода, к
контакту с которой они не были готовы.
Весной 1968 года вода под высочайшим давлением
хлынула в скважину, гидравлическим
ударом убила дорогое буровое
оборудование и  промерзла, «заморозив»
южноамериканскую буровую программку на
полтора 10-ка лет.


По прихоти судьбы в мае
того года Игорь Зотиков был должен
защищать докторскую диссертацию,
посвященную конкретно наличию водянистой воды
под антарктическими ледниками. Оппонент,
доктор П.А. Шумский, гляциолог с
мировым именованием, подготовил разгромный
отзыв на 30  страничках, в каком обосновывал,
что диссертация несостоятельна: под
ледниками воды нет. На другую чашу весов
легла короткая телеграмма со станции
Берд: вода есть. Экспериментальный
итог перевесил. В  истории не достаточно
примеров настолько умопомрачительного доказательства
научной  догадки.


Доказательство теории
еще не было географическим открытием
- никакой определенный объект на карте
в  этот момент не появился. Сейсмические
зондирования, проведенные в округах
станции «Восток» в 1960-х  годах, заместо
одной ожидавшейся границы - льда с
горными породами  - выявили две. Геофизики
посчитали, что меж льдом и коренными
породами залегает слой осадочных
отложений, принесенных ледником. При
отсутствии априорных данных о геологии
района (а взять их неоткуда: все подо
льдом) такая ошибка совершенно неудивительна.


Аргументов за озеро
стало больше в 1970-х годах, после
радиолокационного зондирования ледника,
проведенного британцами с самолета.
Они нашли отраженный сигнал, форма
которого резко отличалась от ответных
сигналов от коренных пород. В данном случае
спутать воду с осадочными породами
было труднее. Окончательная ясность
наступила к началу 1990-х, после того как
по данным спутника ERS-1 (European Remote-Sensing
Satellite) была в первый раз построена четкая
карта рельефа антарктических ледников.
На ней стало видно, как поверхность
ледника, через толщу которого в других
местах проступают выпуклости подстилающей
поверхности, в районе «Востока» становится
полностью ровненькой: в этом месте лед плывет
по воде.


Размеры озера составляют
примерно 250 х 50 км - меньше Байкала,
но сравнимо с Онежским.

Конкретно в этом месте в
1980-х годах было начато глубочайшее бурение
для сбора образцов старого льда.
К  середине 1990-х скважина достигнула 3 км.
В  1998 году бурение было остановлено на
отметке 3623 м, примерно в 130 м от
уровня озера.


Климатический экстрим

Местность в районе
станции «Восток» отличается очень
жестоким климатом. Конкретно тут в  1983
году был зарегистрирован абсолютный
минимум температуры воздуха на Земле
минус 89,2°С. Самая «жаркая» погода
была тут в декабре 1957 года – тогда
столбик указателя температуры поднялся до 13,6°С
ниже нуля. В среднем температура в этих
местах летом (которое приходится на
декабрь–январь) колеблется около –30°С,
зимой – около –60–65°С. Средняя температура
ледника под станцией – 55° ниже нуля.


Станция размещена
на высоте около 3900  м над уровнем моря,
но из-за низкой температуры воздуха его
давление с высотой падает резвее, чем
в средних широтах, и содержание кислорода
в нем эквивалентно высоте 5 км над уровнем
моря.


Полярная ночь на станции
длится с  24 апреля по 20 августа.


Не навреди!

С середины 1990-х и по сей
денек в  Антарктиде открыто около полутора
сотен подледных озер, в большей степени
маленьких. Занимательно, что «урожай» находок
по времени совпал со значительными
достижениями в таковой разумеется дальной
(во всех смыслах) сфере, как поиски планет
за пределами Галлактики. Эта
смешная подробность наглядно указывает,
что идет речь о задачках сравнимой
трудности, хотя расстояния до объектов
исследования различаются на огромное количество
порядков.

Особенностью водоемов
является долгая изоляция - сотки
тыщ либо даже миллионы лет. Перед
тамошними экосистемами встает грозный
выбор - кто не приспособился, того больше
нет. Адаптироваться нужно к отсутствию
света и, соответственно, фотосинтеза
и очень малому поступлению органики
из окружающего мира. Пыльца, принесенная
с другого материка и медлительно
вытаивающая изо льда, - это небогатый
рацион. Земная жизнь может приспособиться
и  к такому, но результаты смотрятся
иногда практически инопланетно.


Пару лет вспять в
«кровавом водопаде» (Blood Falls), вытекающем
из подледникового озера Бонни (Lake
Bonney), были обнаружены бактерии, которые
за неимением кислорода в окружающей
среде дышат железом. Экстазу биологов
не было границ. Таковой метод обмена
веществ ранее «наблюдался» только на
кончике пера - и вот он в реальном
биоценозе! Можно мыслить, что подо льдами
Антарктиды прячется еще огромное количество
уникальных форм жизни, и очень возможно,
что не все из их хотя бы на теоретическом уровне
предсказаны. И вот здесь встает вопрос:
как не навредить? Ведь даже очень
маленькое загрязнение может привести
к изменению сложившейся экосистемы,
после этого учить ее станет намного
труднее, если вообщем может быть.

Нужно сказать, что в
отношении большинства наименьших по
размерам субгляциальных озер научное
общество выказывает несколько наименьшую
щепетильность. В то же озеро Бонни пару
годов назад даже нырял южноамериканский
подводный (либо вернее - подледный)
зонд ENDURANCE  - макет аппарата, который,
может быть, когда-то будет изучить
океаны Европы - спутника Юпитера. С очень
высочайшей вероятностью на этом небесном
теле под толщей льда находится водянистая
вода  - может быть, образующая глобальный
«общеевропейский» океан. Условия
водоемов под ледниками Антарктики
кажутся схожими на океан Европы,
как такое сходство вообщем может быть
на Земле, потому логично, что
спецы НАСА выслали макет
грядущего зонда конкретно на Южный материк.


Капсула времени

Воды Востока заполняют
рифтовый разлом, расположенный на
окраине докембрийского Антарктического
щита. Сверху разлом перекрыт ледником,
медлительно (приблизительно 3 м в год) сползающим
с находящегося в сотке км
ледораздела. Мощность ледника над озером
неодинакова: от приблизительно 3800 м у южного
берега до 4250 - у северного. Это, возможно,
единственный на Земле большой природный
водоем, имеющий наклонную поверхность.
Озеро делится на две части  - северную
и  южную (с  глубинами 1000-1265 м), - соединенные
относительно мелководной  перемычкой.


Неравномерность
ледникового покрова оказалась
восхитительным свойством: она отдала
возможность вычислить плотность воды,
а означает, ее соленость. Озеро оказалось
фактически пресным.



Возраст нижних слоев
ледника над озером оценивается в 420-470
тыщ лет. О времени изоляции водоема
под ледником ученые обычно молвят
что-то вроде «порядка миллиона лет»
и, полностью возможно, осторожничают. По
современным взорам, обледенение
Восточной Антарктики началось приблизительно
35-40 млн годов назад, и  как бы с того времени
льды там не таяли. Сказать что-то более
определенное нереально: геологическая
история Южного материка исследована до
этого времени плохо, ведь ее «летопись»  -
осадочные породы - спрятана от нас под
толщей ледников.


С глубины 3538 м структура
керна изменяется. Скважина дошла до толщи,
образовавшейся при намерзании озерной
воды на подошву ледника снизу. Обмен
субстанциями меж озером и ледником идет
в обе стороны. Один из важных
результатов  - перенасыщение воды
кислородом, «запечатанным» во льду. По
расчетам, концентрация кислорода в воде
превосходит соответствующую для открытых
водоемов приблизительно в 50 раз. Для гипотетичной
озерной жизни это может быть быстрее
угнетающим фактором: в таком количестве
кислорода можно «сгореть» даже под
водой.



Исследование образцов
принесло внезапный итог: в пробах
нашлись следы, напоминающие ДНК
термофильных микробов, обитающих в
жарких источниках при температуре
40-50°С. Находка термальных источников и
связанных с ними форм жизни не является
сенсацией, но перечень вероятных вариантов
биоразнообразия при всем этом становится
очень широким - от бактерий, обитающих
при температуре замерзания воды, до
термофилов.



Метод проникания

После остановки бурения
учеными из Санкт-Петербургского горного
института была разработана разработка
забора воды из озера, которая, по мысли
создателей, исключает возможность
загрязнения.


При бурении сколько-либо
глубочайшей скважины во льду (ну и не только лишь)
ее ствол заполняется буровой (заливочной)
жидкостью. Делается это для многих целей
и сначала для того, чтоб
давление окру-жающей толщи не «схлопнуло»
маленькое отверстие в ней. На станции
«Восток» употребляется смесь керосина
и фреона. Обе воды не смешиваются
с водой и не леденеют. Их соотношение
подобрано так, чтоб плотность консистенции
равнялась плотности льда - так давление
столба воды на стены скважины
уравновешивает давление льда.


Так как ледник плавает
на поверхности воды, создаваемое им
давление можно вычислить с большой
точностью - важный факт, на котором
основан способ.

В момент контакта
бурового снаряда с озерной водой уровень
воды в скважине должен быть ниже
того, который требуется для уравнения
давлений, и, соответственно, давление
на забое скважины будет ниже озерного.


Поступающая в скважину вода подымется
на высоту, подобающую перепаду
давления (30-40 м) и  промерзнет. После
этого бурение возобновится (разумеется,
это будет уже  в  последующем сезоне),
и на поверхность будет поднят керн,
состоящий из свежайшего озерного льда.
Второго проникания в озеро при всем этом
не будет  - оно так и остается закупоренным.

Схожая схема практически
была опробована в июле 2003 года в  Гренландии.
На глубине 3085 м скважина вскрыла подледный
водоем, после этого вода поднялась по
стволу на 45 м. Исследование керна, поднятого
год спустя, показало, что керосин-фреонной
жидкостью были загрязнены только 1-ые
10-15 см - далее сколько-либо приметных
следов консистенции не было.

Чтоб исключить
загрязнение, понизу скважины будет сотворен
слой из кремнийорганической воды,
не смешивающейся с водой и имеющей
плотность больше заливочной консистенции, но
меньше воды.


Последние два 10-ка
метров будут пройдены термобуром,
включающим два нагреваемых элемента:
пилот-долото - узкую шестиметровую
штангу, плавящую отверстие поперечником
около пары см, и  находящуюся
выше широкую термокоронку, формирующую
основной ствол. Как под пилот-долотом
пропадет жесткая опора (будет достигнута
поверхность), сработает автоматика.
Особый агрегат  - пакер  - оборвет
связь призабойной части скважины с
остальным объемом, нагрев закончится,
а термокоронка будет прижата к забою
весом снаряда. Бур станет «пробкой»,
преграждающей озерной воде путь ввысь,
а заливочной воды - вниз.


После чего
будет испытано соотношение давлений.
Если в расчеты в кралась некорректность и
давление подо льдом окажется меньше
расчетного, то из скважины будет удален
излишек воды. Гипотетически вероятен
вариант, при котором давление понизу
окажется довольно высочайшим, чтоб
выжать буровой снаряд ввысь, - но уж
в этом-то случае в озеро ничего излишнего
точно не попадет.





Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments