Гордон №102 Антарктида - ледниковое озероЭфир 22.04.2002.
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?
Гости: академик РАН, д.г.н. Владимир Котляков, гляциолог и географ; член-корр. РАН, д.г.н. Игорь Зотиков, гляциолог и полярник.
Александр Гордон. Сегодня мы поговорим об Антарктиде — материке, на котором мало кто бывал. Это огромное, неизведанное пространство не только в физическом смысле этого слова, но и в отношении истории Земли, которая может быть детально изучена на основе исследования глубинных слоев антарктического льда, куда мы проникаем с помощью бурения глубоких скважин в толще ледникового покрова.
Владимир Котляков. Бурение таких скважин в Антарктиде началось в 60-х годах прошлого века. Сразу же возникли чисто технологические проблемы, потому что лед — это очень пластичное вещество. Ведь он кажется хрупким только в отдельных небольших карстах, а в огромной массе представляет собой вязко-пластическое тело. И так же как тесто, положенное на стол, начинает растекаться, так и огромный антарктический ледниковый покров растекается от своего центра к краям.
И если вы начинаете протыкать лед скважиной, то отверстие во льду моментально затягивается льдом; поэтому бурить лед не просто. Чтобы не зажимало буровой снаряд в скважине, она заливается жидкостью, плотность которой должна быть равна плотности льда при данной температуре.
Проблему эту решили в 1960-х годах, и тогда в Антарктиде появилась первая глубокая скважина.
Игорь Зотиков. С глубокой скважиной на станции Восток связана удивительная эпопея. В центральной части
Антарктического материка существуют только две научные станции — это станция Восток и Южный географический полюс.
Станцию Восток основали в свое время на Южном геомагнитном полюсе, и именно здесь оказалась огромная толщина льда, под которой находится гигантское подлед-никовое озеро размером с треть Байкала.
Станция Восток начала работать всего через 12 лет после тяжелейшей, кровавой войны, разрушившей нашу страну, когда был объявлен так называемый Геофизический год.
После открытия Антарктиды Российской экспедицией Беллинсгаузена-Лазарева в 1821 году, в течение последующих 130 лет Россия интереса к Антарктиде не проявляла.
Но, по-видимому, пассионарность после побед в великих войнах у всех народов так велика, что только что вставшая из руин страна решила принять участие в изучении Антарктиды. Когда начался разговор о Международном Геофизическом годе и нас пригласили на заседание в Париж, советский делегат выступил и сказал: «Мы готовы основать станцию на самом Южном географическом полюсе, обеспечить ее всем и снабжать круглый год».
Было это в 1955 г., когда каждая поездка за границу была связана с длительным и сложным оформлением паспортов и виз. Так вот советской делегации на то заседание визы дали слишком поздно, и когда советский делегат выступил с упомянутым предложением, ему сказали — поздно, за несколько часов до этого американская делегация уже предложила поставить станцию на Южном географическом полюсе и ей это место уже определили. Но есть еще более трудные места в Антарктиде, например, Южный геомагнитный полюс или Полюс недоступности, где СССР может создать одну из своих станций. И советский делегат сказал: «Берем обе». И одну из них впоследствии назвали станцией Восток.
Александр Гордон. В общем, бюрократическая неподвижность советского аппарата привела ктому, что мы оказались в нужное время в нужном месте.
Владимир Котляков. Следует подчеркнуть, что это был 1957 год, как раз тот год, когда мне пришлось зимовать в Антарктиде. Именно наша экспедиция и открыла станцию Восток.
Начальник экспедиции Алексей Федорович Трешников до этого был начальником дрейфующей станции «Северный полюс-3» в Арктике. Под его началом был организован поход к Южному геомагнитному полюсу для организации станции, все шло очень трудно. И, хотя у нас были прекрасные вездеходы, никто не ожидал такого рыхлого снега в Антарктиде. А снег оказался настолько рыхлым, что трактора местами увязали в нем «по брюхо».
В лето 1956/57 гг. мы не смогли дойти до нужного места, и была организована промежуточная станция, названная «Восток-1», а саму станцию Восток удалось основать на следующее лето — в декабре 1957 г.
С тех пор она работает практически постоянно, и эта точка оказалась полюсом холода: здесь отмечена самая низкая на Земле температура — минус 89,2 градуса. Теоретические расчеты говорят, что температуры на Земле не могут опускаться ниже минус 90, может 92 градусов, так что на станции Восток зафиксирована температура, близкая к абсолютному минимуму.
Но природа компенсировала этот невероятный холод практически отсутствием здесь ветра. И если на берегу материка, на станции Мирный, которая обеспечивала станцию Восток, ветры достигали 40, а то и 50 метров в секунду, на Востоке преобладали штили.
Я прилетел в этот район на самолете из Мирного и увидел здесь, на высоте 3000 метров над уровнем моря, абсолютно плоскую поверхность, совершенно ясное небо, из которого непрерывно шел мелкий снег. Это происходит оттого, что здесь настолько холодно, что влага, которая сюда поступает, тут же кристаллизуется и оседает на поверхности. Поэтому в отсутствии ветра, при ясном небе снег падает все время. И постоянные морозы. Даже летом, в январе, температура не поднимается выше минус 30 градусов, а в августе, когда я был здесь, нормальной была температура минус 55, минус 60 градусов.
И вот в этом месте Советская экспедиция начала бурить скважину. Это было очень серьезное предприятие, потому что до этого, до 1960-х годов, только американцы умели вести глубокое бурение во льду. Но в 1960 году мы перехватили инициативу, советская технология стала лучше, и программа наша стала более передовой по сравнению с американской.
30 лет мы держали первенство, да и сейчас мало в чем уступаем американцам и другим. Оборудование и методика бурения были разработаны в Ленинградском горном институте.
Но поначалу бурение шло очень трудно, потому что скважину нельзя было оставить без внимания хотя бы на полчаса.
Игорь Зотиков. Вообще американцы сначала бурили самым простейшим способом. Рассуждали так: если это лед, то надо сделать что-то горячее, которое действием силы тяжести само пойдет вниз. Так и сделали. Изготовили трубу произвольного диаметра, ничем особенно не обоснованного, и бурили, но толку от такого бурения было мало.
Владимир Котляков. Из-за трудностей бурения на станции Восток пришлось пробурить пять глубоких скважин. Когда в одной из скважин случалась серьезная авария, нужно было начинать практически сызнова. Но из каждой скважины извлекали ледяной керн, то есть куски льда, которые собственно и исследовали.
Эти исследования очень тонкие, и нужного для таких исследований оборудования в то время в нашей стране не было. Поэтому уже в конце 1970-х годов мы стали сотрудничать с французскими учеными, и началось это самым будничным образом.
Однажды, на большом Международном антарктическом симпозиуме, мы сидели за кружкой пива с ведущим французским исследователем Клодом Лориусом и тогда договорились объединить наши усилия по глубокому бурению и лабораторным анализам керна. И хотя это было время холодной войны, наш дружеский договор принес очень большие плоды.
Более пяти лет эти совместные исследования выполнялись без каких-либо официальных документов, нов работах были задействованы лучшие лаборатории Франции, а СССР продолжал интенсивное глубокое бурение льда.
В ледяном керне из скважины исследуют содержание главных изотопов воды — кислорода-18 и дейтерия. Количество этих изотопов зависит от температуры, при которой образовался лед.
И, изучая содержание названных изотопов во льду, мы фактически получаем температуру тех времен, когда откладывается снег. Каждая частичка в толще льда запомнила ту температуру, при которой она образовалась на поверхности. Но эта частичка когда-то упала в виде снега на поверхность ледника, а затем на нее наваливался новый снег, и она постепенно оказывалась все глубже от поверхности. Изучая образцы льда из скважины, мы можем определить возраст льда, то есть сказать, сколько времени прошло с того момента, когда частица, залегающая в глубине ледника, отложилась на поверхности ледника.
В принципе, такой подход можно применить и к любым геологическим отложениям, но только в ледяных отложениях мы можем обнаружить древнюю атмосферу. Ведь падающий снег постепенно уплотняется, и в нем оказывается зажатым воздух того времени, когда падал снег. Этот воздух остается во льду, постепенно сжимается и превращается в маленькие пузырьки, где содержатся газы, из которых состояла атмосфера в то время, когда снег выпадал из облаков.
Скважина на станции Восток проникла в толщу льда, отлагавшегося в течение 420 тыс. лет, и, таким образом, мы узнали состав атмосферы, в частности, ее парниковых газов (углекислого газа и метана) за все это длительное время.
И оказалось, что ход температуры и содержания парниковых газов в древней атмосфере на протяжении всего этого времени изменялись совершенно подобно. Чем теплее было на Земле, тем больше в атмосфере было парниковых газов. И наоборот.
Александр Гордон. Значит, можно сделать вывод, что хотя сейчас и идет глобальное потепление, техногенность нашей цивилизации имеет к нему весьма малое отношение?
Владимир Котляков. Совершенно верно. Изменения температуры и парниковых газов на Земле произошли в общем синхронно. Это факт, а вот что в этом случае было причиной, а что следствием, сказать невозможно. Действительно, физически можно представить оба варианта.
Температура может повышаться вследствие парникового эффекта от присутствия газов в атмосфере, а может быть и наоборот, более теплые условия на Земле вызывали рост парниковых газов.
Александр Гордон. Но тогда мы можем сделать и прогноз того, что нас ожидает, учитывая, что известна тенденция изменения температуры.
Владимир Котляков. Это очень интересный момент. Скважина на станции Восток впервые показала, что существующая на Земле температура, несмотря на потепление, на полтора градуса ниже тех температур, которые были в периоды изученных нами межледниковий, то есть современная температура на полтора градуса дошла до верхнего, известного нам предела. Это значит, что за прошедшие 400 тыс. лет климат на Земле принципиально не изменялся.
Но что изменилось?
Содержание газов возросло, и их стало чуть ли не вдвое больше, чем было в недавние геологические эпохи. Но температура не отреагировала на этот современный резкий рост в атмосфере парниковых газов, а значит, на Земле существует какой-то мощнейший природный механизм, регулирующий земную природу и помогающий справляться с нашим неблагоприятным воздействием на окружающую природу.
Поэтому в проблеме глобального потепления и связанного с ней Киотского протокола не так много научных основ, как политических спекуляций.
Александр Гордон. Но кроме химического и физического анализов льда, вероятно, был выполнен и биохимический анализ? Ведь во льду, наверное, могли сохраниться остатки биомассы?
Владимир Котляков, Конечно, это было сделано, и на глубине две с лишним тысячи метров были найдены микроорганизмы. Они находились в стадии анабиоза, но не были мертвыми.
Значит, организмы во льду все-таки существуют, и жизнь здесь вполне может быть.
Александр Гордон. Каким же образом лед движется по поверхности Антарктиды? Ведь он, как я понял, движется и по вертикали, и по горизонтали?
Игорь Зотиков. Снова подчеркну, что лед, находящийся на глубине 2000 метров, — это снег, который выпал когда-то в этом районе Антарктиды. Когда я зимовал на станции Восток, я очень часто видел, как из чистого неба выпадают ледяные кристаллы, в воздухе все время висит ледяная пыль. Но вся масса пыли в итоге дает ежегодно всего 2 сантиметра выпавшего льда, — гораздо меньше, чем выпадает влаги в Сахаре. Таким образом, Центральная Антарктида — это холодная пустыня с годовым количеством осадков меньшим, чем в Сахаре. Там выпадает за год 100 миллиметров, а в районе станции Восток — всего 20 миллиметров. Но и это ничтожное количество снега не тает, а захоранивается в леднике, и на 100-метровой глубине это уже не снег, а лед, возникший в результате давления вышележащих ледяных масс. И слои с глубиной все утончаются и утончаются, ледяная масса выдавливается в сторону.
Станция Восток особенно хороша тем, что она находится в районе ледораздела, от которого лед растекается в разные стороны.
Это тоже очень удачное местоположение скважины, потому что, изучая лед из нее, мы знаем, что он образовался в этом же районе, а не притек из района совсем с другими природными условиями.
Владимир Котляков. Таким образом, все, что случилось в этом месте, можно распространить очень широко, а возраст глубинного льда, который мы определяем по модели, потому что непосредственно измерить его пока не удается, очевидно, близок к истинному.
За прошедшие 420 тыс. лет на Земле прошли четыре климатических цикла, включавших четыре ледниковых эпохи, разделявшиеся межледниковьями. Сейчас мы живем в теплый период — межледниковье, хотя на самом деле это часть ледникового периода. Земля более чем на 10% покрыта льдом.
В холодные периоды во льду накапливалось во много раз больше микрочастиц, чем в теплые эпохи, и наоборот. Это связано с тем, что в холодные эпохи контраст между экватором и полярными областями возрастает, усиливается циркуляция, которая приносит больше пыли в высокие широты.
Поскольку в холодные эпохи огромная масса воды превращалась в лед, уровень Мирового океана понижался более чем на 100 метров, оголялась материковая отмель, или, как мы говорим, шельф, поднимались сильные ветры, и песок с бывшего морского дна разносился по Земле.
Александр Гордон. Когда же последний раз Антарктида была свободна ото льда?
Владимир Котляков. Никто этого точно не знает. Но предполагается, что оледенение в Антарктиде возникло не позднее чем 5 миллионов лет назад, скорее всего 30-35 миллионов лет назад этот материк постоянно находится подо льдом. Таким образом, развитие природы в Северном и Южном полушариях происходило совсем не одинаково. В Северном полушарии ледник то расползался, то исчезал совсем, тогда как в Южном полушарии лед существовал почти непрерывно.
Александр Гордон. У меня еще есть вопрос. Правда ли, что за последние 15 лет накопление снежного покрова в Антарктиде практически остановилось?
Владимир Котляков. Нет, это неправда. Доказано, что в холодные эпохи снегонакопление в Антарктиде было меньше, чем сейчас. Объясняется это очень просто: чем теплее атмосферный воздух, тем он более влажный, тем, соответственно, больше выпадает осадков. Эту мысль высказал еще в начале прошлого века Роберт Скотт. Так что мы исходим из того, что сейчас, в теплую эпоху, снегонакопление в Антарктиде происходит интенсивнее, чем в разгар ледникового периода.
Александр Гордон. Теперь несколько слов о том, что ожидает исследователей в Антарктиде и чего нам ждать от бурения льда в ближайшее время?
Игорь Зотиков. Мы сейчас вошли в самые нижние горизонты ледниковой толщи. Они не репрезентативны с точки зрения истории климата, потому что начинает сказываться влияние находящейся подо льдом воды. Возникают придонные процессы, нарушающие напластование льда. У дна ледника идет и таяние, и замерзание, и возрастает роль неровностей рельефа. В итоге керн в скважине становится не информативным. И кристаллы льда, маленькие в верхних горизонтах, быстро растут и иногда достигают метровой величины.
Владимир Котляков. Мировое научное сообщество планирует пробурить в Антарктиде еще не одну глубокую скважину, хотя все это ужасно дорого и сложно. Развитие этих работ весьма перспективно и с точки зрения изучения истории климата и с технологической точки зрения. На очереди новые места бурения, новые технологии проникновения в лед. Работы хватит всем — и гляциологам, и геологам, и микробиологам, и инженерам...
Добавлено: 24 Август 2010 17:22