Восток дело тонкое

      Комментарии к записи Восток дело тонкое отключены

Восток дело тонкое

    Ищите — и обрящете Восточные обитатели Микробы, найденные в ледяном керне. Кое-какие из них смогут быть озерными жителями, но утверждать это возможно, лишь взяв пробы из озера.

Эта история началась во второй половине 50-ых годов XX века, в то время, когда в Университет географии АН СССР устроился юный и тогда никому не узнаваемый кандидат технических наук Игорь Зотиков, ранее трудившийся в? ракетостроении. Как вспоминал Игорь Алексеевич через пять десятилетий, процессы, идущие на поверхности обтекателя и? в?глубине ледников, на взгляд теплофизика смотрелись одинаково? — описывались фактически одними и? теми же уравнениями.

В? 1960? году он опубликовал расчеты, показывавшие, что замечательный ледник обязан владеть теплоизолирующими особенностями, достаточными, дабы приходящий из недр тепловой поток имел возможность растопить низ ледяной толщи. Данный процесс обязан идти по всей Антарктиде, а в том месте, где рельеф местности таков, что талой воде имеется где задержаться, под ледяной толщей должны существовать незамерзающие водоемы.

За пара лет до этого на южном геомагнитном полюсе была заложена станция «Восток». Неудивительно, что Зотиков применил собственные расчеты к антарктическому рельефу на линии от Южного полюса до океанского побережья через «Восток» и высказал предположение о том, что в том месте, под ледником, должна быть жидкая вода.

За пара лет до Зотикова похожие взоры высказывал океанолог Николай Зубов. Предположив, что температура ледника с глубиной обязана расти так же, как это происходит в произвольных горных породах, он подсчитал, что в паре километров от поверхности достигается температура плавления. К тому времени было как мы знаем, что мощность антарктических ледников в большинстве случаев превышает 3 км?- значит, ниже должна быть вода либо смесь льда с водой.

Сотрудники восприняли идею скептически. Во второй половине 50-ых годов двадцатого века британский гляциолог Гордон Робин продемонстрировал расчетами, что температура ледниковой толщи изменяется с глубиной нелинейно и в основном не через чур отличается от поверхностной, другими словами концепция Зубова не работает. Неудивительно, что и выводы Зотикова не позвали энтузиазма — уж весьма нетривиально звучала идея о незамерзающих озерах в том месте, где температура не поднималась выше нуля уже миллионы лет.

И все-таки она жидкая!

Во второй половине 60-ых годов двадцатого века американцы начали масштабную программу бурения льда на станции Берд. Очевидно, они знали о прогнозах ученого из России, тем более что были лично с ним привычны: полярники — народ общительный и? дружелюбный. Но скептицизм, в большинстве случаев уместный во всякой науке, в этом случае сыграл с исследователями злую шутку. Под 2? км льда в самом деле была жидкая вода, к контакту с? которой они не готовься .

Весной 1968 года вода под большим давлением хлынула в скважину, гидравлическим ударом стёрла с лица земли дорогущее буровое оборудование и? замерзла, «заморозив» американскую буровую программу на полтора десятка лет.

По прихоти судьбы в мае того года Игорь Зотиков должен был защищать диссертацию , посвященную как раз наличию жидкой воды под антарктическими ледниками. Оппонент, доктор наук П.А.?Шумский, гляциолог с мировым именем, подготовил разгромный отзыв на 30? страницах, в котором обосновывал, что диссертация несостоятельна: под ледниками воды нет. На другую чашу весов легла коротенькая весточка со станции Берд: вода имеется.

Экспериментальный итог перевесил. В? истории мало примеров столь впечатляющего подтверждения научной? догадки.

Подтверждение теории еще не было географическим открытием — никакой конкретный объект на карте в? данный момент не показался. Сейсмические зондирования, совершённые в окрестностях станции «Восток» в 1960-х ?годах, вместо одной ожидавшейся границы — льда с горными породами ?- распознали две. Геофизики посчитали, что между коренными породами и льдом залегает слой осадочных отложений, принесенных ледником.

При отсутствии априорных информации о? геологии района (а забрать их неоткуда: все подо льдом) такая неточность совсем неудивительна.

Доводов за озеро стало больше в 1970-х годах, по окончании радиолокационного зондирования ледника, совершённого британцами с самолета. Они нашли отраженный сигнал, форма которого быстро отличалась от ответных сигналов от коренных пород. В этом случае перепутать воду с? осадочными породами было сложнее. Окончательная ясность наступила к началу 1990-х, по окончании того как согласно данным спутника ERS-1 (European Remote-Sensing Satellite) была в первый раз выстроена правильная карта рельефа антарктических ледников.

На ней стало видно, как поверхность ледника, через толщу которого в других местах проступают неровности подстилающей поверхности, недалеко от «Востока» делается полностью ровной: в этом месте лед плывет по воде.

Размеры озера составляют примерно 250 х 50 км — меньше Байкала, но сопоставимо с Онежским.

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

Климатический экстрим

Местность недалеко от станции «Восток» отличается очень жёстким климатом. Как раз тут в? 1983 году был зарегистрирован полный минимум температуры воздуха на Земле — минус 89,2°С. Самая «жаркая» погода была тут в декабре 1957 года — тогда столбик термометра увеличился до 13,6°С ниже нуля.

В среднем температура в этих местах летом (которое приходится на декабрь-январь) колеблется около -30°С, зимний период — около -60−65°С. Средняя температура ледника под станцией — 55° ниже нуля.

Станция расположена на высоте около 3900? м над уровнем моря, но из-за низкой температуры воздуха его давление с высотой падает стремительнее, 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 сейчас в? Антарктиде открыто около полутора сотен подледных озер, в основном маленьких. Занятно, что «урожай» находок по времени совпал со большими достижениями в таковой разумеется далекой (во всех смыслах) сфере, как поиски планет за пределами Нашей системы. Эта забавная подробность наглядно говорит о том, что речь заходит о задачах сопоставимой сложности, не смотря на то, что расстояния до объектов изучения различаются на множество порядков.

Изюминкой водоемов есть долгая изоляция — много тысяч либо кроме того миллионы лет. Перед тамошними экосистемами поднимается жёсткий выбор — кто не приспособился, того больше нет. Приспосабливаться нужно к отсутствию света и фотосинтеза и очень малому поступлению органики из внешнего мира. Пыльца, принесенная с другого континента и медлительно вытаивающая изо льда, — это скудный рацион.

Жизнь может приспособиться и? к? такому, но результаты выглядят иногда практически инопланетно.

Пара лет назад в «кровавом водопаде» (Blood Falls), вытекающем из подледникового озера Бонни (Lake Bonney), были обнаружены микробы, каковые за неимением кислорода в? окружающей среде дышат железом. Восхищению биологов не было границ. Таковой метод обмена веществ раньше «наблюдался» только на кончике пера — и вот он в настоящем биоценозе!

Возможно думать, что подо льдами Антарктиды прячется еще множество неповторимых форм судьбы, и весьма возможно, что не все из них хотя бы теоретически предсказаны. И вот тут поднимается вопрос: как не навредить? Так как кроме того совсем маленькое загрязнение может привести к трансформации сложившейся экосистемы, по окончании чего изучать ее станет куда сложнее, в случае если по большому счету вероятно.

Нужно заявить, что в отношении большинства меньших по размерам субгляциальных озер научное сообщество показывает пара меньшую щепетильность. В то же озеро Бонни несколько лет назад кроме того нырял американский подводный (либо вернее — подледный) зонд ENDURANCE ?- прототип аппарата, что, быть может, когда-то будет изучить океаны Европы — спутника Юпитера.

С высокой возможностью на этом небесном теле под толщей льда находится жидкая вода? — быть может, образующая глобальный «общеевропейский» океан. Условия водоемов под ледниками Антарктики кажутся похожими на океан Европы, как такое сходство по большому счету вероятно на Земле, исходя из этого неудивительно, что эксперты НАСА послали прототип будущего зонда именно на Южный континент.

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 сотне километров 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 довольно мелководной? перемычкой.

Неравномерность ледникового покрова была превосходным свойством: она разрешила возможность вычислить плотность воды, соответственно, ее соленость. Озеро выяснилось фактически пресным.

Возраст нижних слоев ледника над озером оценивается в 420−470 тысяч лет. О времени изоляции водоема под ледником ученые в большинстве случаев говорят что-то наподобие «порядка миллиона лет» и,?в полной мере возможно, осторожничают. По современным взорам, оледенение Восточной Антарктики началось приблизительно 35−40 млн лет назад, и? помой-му с того времени льды в том месте не таяли.

Сообщить что-то более определенное нереально: геологическая история Южного континента изучена до сих пор не хорошо, поскольку ее «летопись» ?- осадочные породы — запрятана от нас под толщей ледников.

С глубины 3538 м структура керна изменяется. Скважина дошла до толщи, появившейся при намерзании озерной воды на подошву ледника снизу. Обмен веществами между ледником и озером идет в обе стороны.

Один из наиболее значимых результатов ?- перенасыщение воды кислородом, «запечатанным» во льду. Согласно расчетам, концентрация кислорода в воде превышает характерную для открытых водоемов приблизительно в 50 раз. Для гипотетической озерной жизни это возможно скорее угнетающим причиной: в таком количестве кислорода возможно «сгореть» кроме того под водой.

Изучение образцов принесло неожиданный итог: в пробах нашлись следы, напоминающие ДНК термофильных бактерий, обитающих в тёплых источниках при температуре 40−50°С. Находка термальных источников и связанных с ними форм судьбы не есть сенсацией, но перечень вероятных вариантов биоразнообразия наряду с этим делается весьма широким — от микробов, обитающих при температуре замерзания воды, до термофилов.

Метод проникновения

По окончании остановки бурения учеными из Петербургского горного университета была создана разработка забора воды из озера, которая, по мысли авторов, исключает возможность загрязнения.

При бурении какое количество-нибудь глубокой скважины во льду (да и не только) ее ствол заполняется буровой (заливочной) жидкостью. Делается это для многих целей и прежде всего чтобы давление окружающей толщи не «схлопнуло» маленькое отверстие в ней. На станции «Восток» употребляется смесь фреона и керосина. Обе жидкости не смешиваются с? водой и не мёрзнут.

Их соотношение подобрано так, дабы плотность смеси равнялась плотности льда — так давление столба жидкости на стены скважины уравновешивает давление льда.

Потому, что ледник плавает на поверхности воды, создаваемое им давление возможно вычислить с громадной точностью — наиболее значимый факт, на котором основан способ.

В момент контакта бурового боеприпаса с озерной водой уровень жидкости в скважине должен быть ниже того, что требуется для уравнения давлений, и давление на забое скважины будет ниже озерного.

Поступающая в скважину вода поднимется на высоту, соответствующую перепаду давления (30−40?м) и? замерзнет. Затем бурение возобновится (разумеется, это будет уже? в? следующем сезоне), и на поверхность будет поднят керн, складывающийся из свежего озерного льда. Второго проникновения в озеро наряду с этим не будет? — оно так и останется закупоренным.

Похожая схема практически была опробована в июле 2003 года в? Гренландии. На глубине 3085 м скважина вскрыла подледный водоем, по окончании чего вода встала по стволу на 45? м. Изучение керна, поднятого год спустя, продемонстрировало, что керосин-фреонной жидкостью были загрязнены только первые 10−15 см — дальше какое количество-нибудь заметных следов смеси не было.

Дабы исключить загрязнение, внизу скважины будет создан слой из кремнийорганической жидкости, не смешивающейся с водой и имеющей плотность больше заливочной смеси, но меньше воды.

Последние два десятка метров будут пройдены термобуром, включающим два нагреваемых элемента: пилот-долото — узкую шестиметровую штангу, плавящую отверстие диаметром около пары сантиметров, и? находящуюся выше широкую термокоронку, формирующую главный ствол. Когда под пилот-долотом провалится сквозь землю жёсткая опора (будет достигнута поверхность), сработает автоматика.

Особый агрегат ?- пакер ?- прервет сообщение призабойной части скважины с остальным количеством, нагрев закончится, а термокоронка будет прижата к забою весом боеприпаса. Бур станет «пробкой», преграждающей озерной воде путь вверх, а заливочной жидкости — вниз.

Затем будет установлено соотношение давлений. В случае если в расчеты вкралась давление и неточность подо льдом окажется меньше расчетного, то из скважины будет удален избыток жидкости. Гипотетически вероятен вариант, при котором давление внизу окажется высоким, дабы выдавить буровой боеприпас вверх, — но уж в этом-то случае в озеро ничего лишнего точно не попадет.

Вперед, к глубинам

a:2:{s:4:TYPE;s:4:html;s:4:TEXT;s:3044:

Попытки бурения льда на станции «Восток» начались полвека назад и сопровождались многими перипетиями. В весьма упрощенном виде проникновение в лед выглядит так.

В 1959—1960 годах термобурами были достигнуты глубины около 40−50 м, но несовершенство разработки тогда не позволило продвигаться дальше.

В середине 1960-х годов И.?Зотиковым и А.?Капицей был предложен проект независимого термоснаряда с нагревателем, трудящимся от миниатюрного ядерного реактора мощностью около 100 кВт. Предполагалось, что агрегат диаметром около 1 и длиной 10 м, проплавляя лед, погрузится через толщу ледника до коренных пород без образования постоянной скважины (талая вода будет мёрзнуть сверху), доставит вниз комплект датчиков и останется внизу.

Получение данных должно было осуществляться по вмороженному в лед кабелю. Проект осуществлен не был.

Начиная с 1967 года разработкой бурения скважин в антарктических льдах занялись эксперты Петербургского (тогда — Ленинградского) горного университета. Были созданы последовательно пара конструкций термобуров. В первой половине 70-ых годов двадцатого века глубина бурения достигла 952 м. Не хватает отработанная сложнейшие условия и технология систематично приводили к авариям — так были утрачены пара скважин.

В первой половине 80-ых годов XX века была заложена новая скважина 3 Г, достигшая к августу 1985 года глубины 2200 м, но из-за прихвата последующего обрыва и бурового снаряда кабеля скважину было нужно кинуть и начать все заново. Подобная будущее постигла скважину 4 Г (2426 м, 1989? год).

Бурение скважины 5 Г, сейчас приближающейся к поверхности озера, началось 20 февраля 1990 года.

«;}

Статья размещена в издании «Популярная механика» (№101, март 2011).

Восток — дело тонкое. Белое солнце пустыни


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: