Антарктическое подледное озеро Восток не спешит открывать перед учеными свои тайны. Часть 2 «Глубокое бурение во льду Антарктиды»

Бурение скважины во льду, на сухую, возможно до 500 метров. Глубже, бурение возможно только по специальной технологии. Ведь из-за высокой пластичности льда бурение в нем возможно только при заполнении скважины незамерзающей жидкостью с такой же, как у льда, плотностью. В настоящее время для этих целей используются жидкости типа керосина, растворы спиртов и сложные эфиры. Все эти соединения имеют один общий и очень существенный недостаток — они токсичны.
Озеро Восток в Антарктиде, скрытое под четырехкилометровой толщей льда, является уникальной водной экосистемой, изолированной от земной атмосферы и поверхностной биосферы на протяжении миллионов лет. Изучение ледового керна из скважины и предстоящее исследование самого озера играет огромную роль в построении сценария естественных изменений климата в ближайшие тысячелетия.

Глубокое бурение в районе станции Восток в Антарктиде началось в 1970-х годах, когда о существовании водоема еще не было известно, изначально целью ученых были палеоклиматические исследования. В 1996 году российские специалисты при содействии британских ученых открыли в толще антарктического льда озеро, которое является одним из крупнейших на планете пресных водоемов. Впоследствии ученые получили данные о его размере и форме, толщине ледникового покрова, а также о подводном рельефе и осадочных отложениях методом радио- и сейсмозондирования.
В 1998 году глубокое бурение скважины над озером было приостановлено, когда до реликтовых вод озера оставалось около 130 метров льда. Тогда международное сообщество попросило не проникать в водный слой водоема до момента появления специальной технологии, сводящей к минимуму его возможное загрязнение. Такая технология была разработана в петербургском Горном институте, и в 2003 году, в ходе 26-го консультативного совещания по договору об Антарктике, международное сообщество согласилось с российскими предложениями. Работы по глубокому бурению были возобновлены в 2005 году.
Сезонные работы 57-й Российской антарктической экспедиции (РАЭ) по бурению льда над озером Восток начались 2 января 2012 года. Все работы этого сезона завершатся 5 февраля, после соприкосновения буровой установки с водной толщей озера и комплекса специальных работ. Затем специалисты вернутся к бурению лишь в декабре 2012 года, чтобы добыть образцы свежезамороженной воды озера, прошедшей в скважину, и исследовать их.

А какова же история исследования этого озер

Почти полвека назад огромные вездеходы 2-й Советской антарктической экспедиции после тяжелейшего пути достигли глубинных районов Центральной Антарктиды. Мощные машины остановились у Южного геомагнитного полюса — на этом месте прибывшим людям предстояло основать новую антарктическую научную станцию «Восток». Тогда, в 1957 году, никто из создателей станции и подумать не мог, что именно здесь, в самом сердце студеного шестого континента, где зимой царит буквально космический холод, под многокилометровой ледяной толщей будет обнаружен уникальный реликтовый водоем — крупнейшее в Антарктиде озеро, названное впоследствии Восток.
Существование пресной воды — и не просто воды, а обширного озера, сравнимого по площади с Онежским, — под огромным пластом чрезвычайно холодного льда только на первый взгляд кажется фантастичным. Географ и геолог князь П.А. Кропоткин еще в конце XIX века высказал предположение, что в толще больших и холодных сверху ледников температура, так же как и в других горных породах, с глубиной повышается.
В середине 1950-х годов с помощью сейсмических методов было установлено, что толщина ледников, расположенных в центральной части Антарктиды, достигает необычайно больших значений — 3 500—4 000 метров. В это же время известный советский океанолог Н.Н. Зубов ввел понятие критической толщины ледника, то есть такой его мощности, при которой благодаря колоссальному давлению температура льда может достигать точки плавления. Зубов считал, что именно в удаленных от берега местах Антарктический ледниковый покров способен таять под собственным огромным весом, несмотря на очень низкую температуру воздуха и поверхности ледника.
В 1961 году советский гляциолог И.А. Зотиков, используя материалы первых четырех советских антарктических экспедиций, обосновал возможность таяния на ложе ледника в центральной части Антарктиды. Расчеты Зотикова говорили о том, что часть тепла, поступающего к основанию ледникового покрова из недр Земли, постоянно затрачивается на таяние придонного льда, невзирая на царящий на поверхности холод. При этом появляющаяся вода выдавливается на те участки, где толщина льда меньше, и там вновь замерзает. Но в углублениях подледного ложа она может скапливаться и даже формировать перекрытые километрами льда резервуары воды — озера. Значение таких реликтовых озер невозможно переоценить — их воды несут в себе информацию о древней атмосфере планеты, масштабах вулканической деятельности в отдаленном прошлом Земли, в них сохранились бактериальные формы жизни, возраст которых, возможно, исчисляется сотнями тысяч лет.
Согласно расчетам Зотикова, непрерывное подледниковое таяние в Центральной Антарктиде должно достигать 3—5 мм в год.
Чуть позже ученый построил карту-схему областей непрерывного таяния у ложа Антарктического ледникового покрова, согласно которой под ледяным панцирем шестого континента разливается целое море пресной воды. Окрестности же станций «Амундсен— Скотт» (США), «Бэрд» (США) и «Восток» (СССР) Зотиков выделил как наиболее перспективные с точки зрения поиска подледных озер.
Тогда, в начале 1960-х годов, подобные предположения многими были встречены с нескрываемым скепсисом. Впрочем, вода, хлынувшая в скважину, пробуренную на станции «Бэрд» до глубины 2 164 м, смыла все сомнения в правоте Зотикова — столь наглядным было практическое подтверждение постоянного донного таяния и наличия подледниковой воды в Антарктиде.
Так, в начале 1960-х годов стало ясно, что существует определенная критическая толщина ледника, при превышении которой на ледниковом ложе начинается таяние льда. Расчеты показали, что уже в 350 км от станции «Мирный», находящейся на берегу континента, реальная толщина льда начинает превышать ее критическое значение, так что почти во всей Центральной Антарктиде, несмотря на очень низкие средние годовые температуры, у ложа идет непрерывное таяние.
В 1959 и 1964 годах сейсмические исследования, проведенные молодым географом А.П. Капицей в Центральной Антарктиде, принесли неожиданные результаты. В районе станции «Восток» сигнал выдавал два пика отражения вместо одного — у отметок 3 730 и 4 130 м. Из этого можно было сделать вывод, что до глубины 3 730 м простирается толща ледника, а на глубине 4 130 м начинаются коренные горные породы Антарктиды. Но что находится между этими двумя отметками?
Тогда эти 400 метров неизвестности решили считать менее плотными осадочными породами, нижнюю и верхнюю границы которых и зафиксировало «эхо» сейсмических волн. Теперь мы знаем уже наверняка, что сейсмические волны «наткнулись» не на осадочные отложения, а на водную толщу, превышающую 400 м.
В 1970-х годах Британский полярный институт имени Р. Скотта выполнил большую программу авиаполетов с зондированием радиоволнами ледников Центральной Антарктиды. На лентах радиозондирования маршруты в некоторых местах пересекали участки, где отражения подо льдом принимали своеобразный характер. Можно было предположить, что именно в этих точках полетные линии пересекали крупные скопления подледниковых вод, которые тогда, в 1970-х годах, получили название подледных озер.
Плотность полетных галсов в антарктические летние сезоны 1971/72 и 1974/75 годов с зарегистрированными «водными отражениями» от дна ледника в районе станции «Восток» была столь велика, что британские ученые предположили существование в центральной части Восточной Антарктиды большого подледного озера с центром примерно в 150 км к северо-западу от станции «Восток».
Надо сказать, что еще в 1959 году флаг-штурман авиационного отряда 4-й Советской антарктической экспедиции Р.В. Робинсон при полетах в районе станции «Восток» обратил внимание на значительные участки ледника, резко отличавшиеся от остальной поверхности в тот момент, когда самолет пролетал в стороне от них и угол зрения наблюдателя по отношению к поверхности ледового щита был очень мал. На монотонной белой ледяной равнине вырисовывались темные пятна, которые летчики окрестили «озерами». Наши пилоты, убедившись в том, что эти приметные участки всегда находятся в одних и тех же местах, даже использовали их для навигации. Теперь понятно, что летчики видели именно тот участок, где впоследствии было обнаружено огромное подледное озеро.
Еще через некоторое время удалось получить данные со спутника ERS-1, орбита которого позволяла провести радарную съемку большей части Антарктического материка. На картине, полученной со спутника, обозначилась крупная необычная форма рельефа в районе станции «Восток» — это на ледниковом щите проступали очертания огромного водоема.

«Безотходная» Антарктида»

В 1960-х годах широко обсуждалась идея о захоронении в Антарктиде опасных, и в частности радиоактивных, отходов. Предполагалось, что за время движения вместе со льдом к побережью эти отходы полностью распадутся и станут безопасными. Однако это далеко не так. Основным требованием к любой идее захоронения в ледниковом покрове веществ с высоким уровнем радиации должна быть уверенность в том, что окружающие океаны или атмосфера не будут заражены в результате неконтролируемой утечки радиоактивных отходов.
Однако этого нельзя гарантировать, если хранящие устройства выйдут из строя и радиоактивный материал начнет, вытаивая, опускаться к ложу ледника.
Для решения вопроса о захоронении в Антарктиде тепловыделяющих веществ очень важно определить степень устойчивости ее ледникового покрова. За последние 250 тыс. лет ледниковые покровы Северного полушария появлялись и исчезали под действием естественных процессов, в то время как размеры Антарктического ледникового щита изменялись лишь на 10—20%. Наши знания о механизме возникновения и исчезновения ледниковых покровов, изменении солнечной постоянной, геотермическом потоке тепла и последствиях влияния человеческой деятельности на изменения климата пока еще недостаточны, чтобы предсказать будущее ледникового покрова Антарктиды.
Поскольку во многих районах Центральной Антарктиды в обширных областях ледниковое ложе имеет температуру таяния, под ледниковым покровом могут существовать подледные резервуары воды, а подо льдом — каналы, по которым происходит сток воды в океан за очень короткий промежуток времени. Таким образом, хотя сейчас можно более твердо, чем ранее, говорить о мерзлом состоянии некоторых областей подледникового ложа, эти области все же относительно малы, и нет никакой уверенности в том, что они и впредь будут оставаться мерзлыми. Стоит добавить, что к настоящему времени выяснена большая чувствительность ледникового покрова, а следовательно, и глобальная опасность, к захоронению тепловыделяющих радиоактивных материалов даже в его верхних слоях.
В стационарных условиях частицы льда или термически инертные загрязнения будут находиться в некоторых районах Восточной Антарктиды в течение 100 тыс. лет. Мы можем предсказать время пребывания частицы в ледниковом покрове на тысячу или десять тысяч лет вперед, но пока не имеем возможности предвидеть поведение самого ледникового покрова.
Таким образом, Антарктический ледниковый покров не должен служить местом захоронения опасных веществ, которые необходимо изолировать от биосферы на период в несколько сотен тысяч лет. Однако для определенного ответа на этот вопрос с научных позиций наших знаний о физике и термодинамике ледниковых покровов пока еще не хватает.

Продолжение читайте в следующей части