Как раскрывают тайны полярных шапок земли

Как раскрывают тайны полярных шапок земли

Рассказывая об исследованиях океана, о советских НИС, работающих там, необходимо хотя бы вкратце упомянуть о тех из них, которые специально предназначены для исследования полярных стран. Традиционен интерес советской науки к изучению полярных шапок нашей планеты. Уже первое советское НИС – легендарный «Персей» – предназначалось именно для изучения северных окраинных морей, освоение которых было исключительно важно для развития народного хозяйства страны.

На протяжении многих лет советские научные экспедиции в северные моря отправлялись на ледоколах и транспортных судах ледового плавания, не предназначенных непосредственно для научных исследований. В 50-х гг. в связи с началом советских антарктических экспедиций были построены и оборудованы специальные научно-экспедиционные суда.

Главным назначением этих судов была доставка людей и грузов на береговые научно-исследовательские станции в Антарктиде. Параллельно с этим, используя судовые научные лаборатории и палубные лебедки, ученые проводили исследования в Северном Ледовитом океане и в морях, омывающих Антарктиду.

Одним из первых таких судов был дизель-электроход «Обь» водоизмещением 12 600 т. Построенная в 1954 г. «Обь» в следующем году была переоборудована в экспедиционное судно с девятью научными лабораториями.

5 января 1956 г. судно доставило к берегам Антарктиды состав Первой комплексной антарктической экспедиции АН СССР. С этого времени по 1976 г. оно являлось флагманом советского научного антарктического флота, доставляло ежегодно людей и грузы для антарктических научно-исследовательских станций, выполняло экспедиционно-исследовательские рейсы в Арктике. В 1956–1959 гг. судно участвовало в океанографической съемке антарктических морей.

В 1976 г. «Обь» сменил новый флагман советского научного антарктического флота «Михаил Сомов». Новое судно, построенное в 1975 г, было названо в честь известного советского океанолога и полярного исследователя Героя Советского Союза M. M. Сомова (1908–1973). Михаил Михайлович в 1950–1951 гг. являлся начальником дрейфующей станции «Северный полюс-2», а в 1955–1957 гг. возглавил первую советскую антарктическую экспедицию. Неоценим вклад М. М. Сомова в изучение ледового режима полярных морей.

На научно-экспедиционном судне «Михаил Сомов» водоизмещением 14 185 т размещено 18 научных лабораторий для комплексного изучения антарктических морей и берегов ледового континента. Судно до настоящего времени активно используется для обеспечения советских исследований в Антарктиде и доставки туда на научно-исследовательские станции полярников и грузов.

Серьезным испытанием для экипажа и самого судна явился беспримерный дрейф в зимний период у берегов Антарктиды с 15 марта по 26 июля 1985 г. Экипаж «Михаила Сомова» проявил подлинное мужество и отвагу, а корпус корабля выдержал натиск льдов с первого до последнего дня испытаний, до дня, когда ледокол «Владивосток» помог судну вырваться из ледового плена.

И, наконец, в СССР был создан первый в мире научно-исследовательский ледокол (НИЛ), предназначенный для проведения научными сотрудниками Арктического и Антарктического НИИ Госкомгидромета комплексных океанологических, метеорологических и ледоведческих исследований в Северном полярном бассейне.

Этому уникальному судну вполне заслуженно было присвоено имя Героя Советского Союза академика Отто Юльевича Шмидта (1891–1956), одного из выдающихся советских ученых и исследователей Советской Арктики.

Имя О. Ю. Шмидта навсегда связано с героической челюскинской эпопеей. В 1933–1934 гг. он возглавил экспедицию на пароходе «Челюскин» (пароход был раздавлен в феврале 1934 г. во льдах Чукотского моря). В течение двух месяцев внимание всего мира было приковано к «лагерю Шмидта» – льдине, на которую высадились экипаж и пассажиры с погибшего парохода. Советские летчики спасли всех и вывезли на материк, а в памяти советских людей на многие годы остался образ «ледового комиссара» О. Ю. Шмидта.

31 августа 1979 г. был поднят Государственный флаг СССР на НИС «Отто Шмидт» водоизмещением 3700 т, построенном па Ленинградском адмиралтейском объединении.

Благодаря сочетанию хороших ледокольных и мореходных качеств это судно может работать как на волнении, так и в ледовых условиях приполярных районов, недоступных для других НИС. Обшивка и набор корпуса, подверженные ледовым нагрузкам, выполнены на нем из особо прочной стали.

Научный комплекс, размещенный на НИЛ, состоит из 14 лабораторий. Кроме традиционных лабораторий, какие имеются на большинстве НИС подобного водоизмещения – двух океанологических (приборная и телеметрическая), гидрохимической, промерной, батомет-рической, метеорологической, синоптической, ВЦ и других, на ледоколе имеются специфические лаборатории, связанные с его назначением. Это в первую очередь две ледоисследовательские, в одной из которых длительное время можно поддерживать отрицательную температуру воздуха до – 18^о С, что позволяет изучать физико-механические свойства ледового покрова в удобных и в то же время естественных температурных условиях.

Такой же специфической является лаборатория подводных (фактически подледных) исследований, которая снабжена комплектом оборудования для проведения подводных и подледных визуальных и телевизионных наблюдений, в том числе и с помощью аквалангистов. Комплекс лаборатории дополнен конференц-залом на 30 мест, оснащенным современной демонстрационной техникой.

Конструкторы многое предусмотрели для облегчения проведения научно-исследовательских работ в полярных районах. На ледоколе в корпусе устроена специальная шахта диаметром 800 мм, расположенная от верхней палубы до днища и предназначенная для опускания на глубину научной аппаратуры при дрейфе судна во льдах. Сам процесс опускания и подъема приборов механизирован при помощи специальных кабельной или небольшой тросовой лебедок.

В носовой оконечности одна из тросовых лебедок установлена в закрытом помещении, имеющем проем для выноса аппаратуры за борт. Две исследовательские лебедки, установленные на верхней палубе в корме имеют специальный навес, защищающий от осадков, рабочие зоны всех лебедок хорошо освещены, что позволяет вести работу даже в условиях полярной ночи.

Ко всем исследовательским лебедкам устроен подвод теплого воздуха для обогрева работающих и борьбы с обледенением узлов лебедок, тросов и кабелей на барабанах. Для предотвращения обмерзания тросов и кабель-тросов при выбирании их из воды установлены устройства, удаляющие воду с их поверхности во время подъема научной аппаратуры.

На НИЛ «Отто Шмидт» впервые проведены детальные наблюдения за ломкой льда форштевнем. Это стало возможным благодаря тому, что на судне установлено выдвижное телескопическое устройство. Оно позволяет выносить вперед от форштевня на расстояние до 8 м аппаратуру для проведения актинометрических исследований. На этом же выдвижном устройстве крепится и опускаемая вниз беседка для наблюдения за процессом ломки льда. А ведь ранее наблюдать ломку льда вблизи не представлялось возможным, так как с борта судна этого не увидишь, а со льда близко к работающему ледоколу не подойти.

Во всех лабораториях на НИЛ установлены комплекты вычислительных устройств, предназначенные для первичной обработки научной информации. Обобщение и обработка научной информации, а также координация выполнения научно-исследовательских работ производятся с помощью управляющего вычислительного комплекса, выполненного на основе мини-ЭВМ третьего поколения.

Комплекс включает в себя процессор с пультом управления и блоками оперативной и внешней памяти, а также устройство ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов. Использование этого комплекса позволяет обрабатывать и обобщать основную массу научной информации непосредственно в период проведения экспедиции, что сокращает время доведения полученных научных данных до практических решений. Это особенно важно при использовании собранных данных для обоснования ледовых прогнозов на трассе Северного морского пути.

После завершения работ по постройке и испытания НИЛ в сентябре 1979 г. перешел в Мурманск и затем вышел в Карское море для выполнения исследований по программе КАРЭКС (Карский эксперимент). Про грамма предусматривала проведение комплекса океанологических, метеорологических и ледоисследовательских работ, цель которых заключалась в развитии теории взаимодействия атмосферы и океана в Арктическое бассейне, разработке и совершенствовании методов ледовых и гидрологических прогнозов и расчетов, выяснении закономерностей загрязнения вод и льдов и создании методов контроля за загрязнением, что особенно важно в настоящее время в связи с усиленным антропогенным воздействием на природу Арктики.

Новый НИЛ принял участие в важных исследованиях, связанных с изучением влияния изменения стока сибирских рек на гидрологический и ледовый режим Северного Ледовитого океана и его окраинных морей, что на обычных НИС сделать было крайне затруднительно.

Ввод в строй НИЛ «Отто Шмидт» позволил начать круглогодичное комплексное изучение арктических морей с проведением экспедиционных исследований в районе кромки дрейфующих льдов. Ученые Госкомгидромета СССР за прошедшие годы отработали использование НИЛ в качестве «дрейфующей станции». При этом выбирается в прикромочном ледяном массиве подходящая льдина, на которой можно сравнительно безопасно проводить научные наблюдения. Ледокол закрепляется к ней ледовыми якорями и дрейфует вместе с ней.

Если удается выполнить комплекс наблюдений на льдине в течение недели и более, то в распоряжении ученых поступает уникальная информация, крайне необходимая для понимания физических процессов при взаимодействии океана, льда и атмосферы.

Комплекс исследовательских работ в период выполнения дрейфовой станции может быть крайне разнообразным и включать в себя как актинометрические наблюдения в приледном слое атмосферы, так и гидрологические, гидрохимические и гидробиологические наблюдения в подледном слое океана. Научные сотрудники Госкомгидромета СССР подготовлены к проведению исследований с использованием водолазного снаряжения, что особенно эффективно в случае выполнения дрейфовой станции. В ходе ее обязательно проводятся измерения физических параметров в толще льда, определение уровня загрязнения снежного покрова, а также изучение процессов ледообразования или ледотаяния (в зависимости от сезона).

При проведении этих исследований используется специально сконструированная аппаратура, приспособленная для быстрой эвакуации в случае разрушения льдины. Разработаны системы дистанционного измерения различных физических параметров на льдине, что, естественно, обеспечивает большую безопасность проведения работ.

Участник ряда рейсов на НИЛ «Отто Шмидт» С. В. Васильев писал по этому поводу: «Почти каждый выход человека на лед, особенно в полярную ночь и в темное время суток, связан с опасностью неожиданного появления белого медведя. Он чувствует себя полновластным хозяином Арктики, никого не боится и подходит к самому борту ледокола, предварительно «проверив» все приборы н*а льдине. Из всех лакомств, которыми угощают его с судна, медведь явно предпочитает сладкое сгущенное молоко. Одним ударом лапы он разбивает железную банку, тщательно вылизывает ее содержимое и потом долго облизывает лапы и свои следы, на которых находит остатки сладкого молока. Однако наблюдать за ним лучше все же с борта ледокола. Лишь после того, как «незваный гость» уйдет восвояси, можно продолжать работать на льдине».

За прошедшие годы эксплуатации первого в мире НИЛ «Отто Шмидт» получена ценнейшая научная информация, которая используется для решения как фундаментальных задач, так и для обеспечения практических нужд народного хозяйства. За счет получения этой добавочной информации удалось в какой-то степени повысить точность ледовых прогнозов, что особенно важно в настоящее время при активном круглогодичном использовании Северного морского пути.

Десятилетний юбилей НИЛ «Отто Шмидт» был отмечен выдающимся научным событием. Свыше 40 суток НИЛ дрейфовал во льдах Гренландского моря, выполняя комплекс научных исследований в труднодоступных высоких широтах Арктики. 24 января 1989 г., сняв зимовщиков и оборудование дрейфующей станции «СП-28» с разрушающейся льдины, атомный ледокол «Рос сия» помог НИЛ «Отто Шмидт» вклиниться в ледовые массив. НИЛ как бы заменил станцию «СП-28», и er., экипаж и научный персонал продолжили выполнение комплекса научно-исследовательских работ, которыг должен был выполнить коллектив «СП-28».

Вскоре, однако, ледовый массив, в который вкли нился НИЛ, под воздействием зыби и сильных подвод ных течений раскололся, а «Отто Шмидт» оказался затертым среди ледовых полей. НИЛ продолжил дрейф, на его борту члены научной экспедиции интенсивно вели метеорологические, гидрологические, гидрохимичес кие исследования. Они не прекращали их даже тогда, когда НИЛ оказался в критической ситуации, находясь между Гренландией и о. Ян-Майен, где началось сжатие многометровых паковых льдов. К счастью, 930 мильный дрейф НИЛ «Отто Шмидт» благополучно завершился у выхода из Датского пролива, где судно вышло на чистую воду.

В 1987 г. финская фирма «Раума-Репола» закончила строительство научно-экспедиционного судна «Академик Федоров», предназначенного для перевозки грузов и зимовщиков на советские антарктические станции.

Судно носит имя Героя Советского Союза академика Евгения Константиновича Федорова (1910–1981), участника беспримерного дрейфа на станции «Северный полюс-1» в 1937–1938 гг. Он активно содействовал развитию советских антарктических исследований. И вполне обосновано новый флагман советского антарктического научно-исследовательского флота носит его славное имя.

Корпус нового судна спроектирован из расчета плавания в осенне-летний период навигации во всех районах Мирового океана, включая Арктику и Антарктику В ровном сплошном льду толщиной около одного метра судно способно идти непрерывным ходом со скоростью до двух узлов. Корпус судна окрашен специальной краской, которая способствует уменьшению трения корпуса о лед и препятствует его облипанию льдом с мокрым снегом.

Возможности судна по обеспечению антарктических станций исключительно велики. На судне могут размещаться 160 человек очередной смены состава станций. В балластных цистернах судно перевозит столько дизельного топлива для антарктических станций, сколько вмешают 32 железнодорожные цистерны.

На судне оборудована вертолетная взлетно-посадочная площадка размером 23X23 м, способная принимать вертолеты Ми-8 и Ка-32. Сами вертолеты хранятся в ангаре на вертолетной площадке и предназначены для проведения ледовой разведки и выполнения грузовых операций.

Для перевозки грузов на берег судно снабжено двумя рабочими катерами, оборудованными аппарелями и грузовыми кранами. За один рейс эти катера могут перевезти грузы массой 50 т. Перегрузочные операции но льду и по суше осуществляются двумя судовыми легкими тракторами с прицепами, снабженными краном-манипулятором грузоподъемностью 1000 кг. Для высадки людей на ледяной барьер судно имеет специальную двухсекционную складывающуюся стрелу, которая при использовании в качестве трап-сходни имеет полную длину 36 м.

На судне размещен солидный научный комплекс, включающий ряд лабораторий, прекрасно оснащенных научной аппаратурой. Так, в состав оборудования гидрологической лаборатории входят зонд-батометр с глубиной погружения 6000 м, автоматический буйковый волнограф и автономные цифровые измерители течений с устройством обработки данных.

Большой набор аппаратуры имеется в гидрохимической лаборатории. Это полярограф, газохроматограф со станцией обработки данных, спектрофотометр, радиометр, анализатор нефти, солемер, фотоэлектроколо-риметр и многое, многое другое.

А в гидробиологической лаборатории установлен инкубатор. В состав лабораторного оборудования входит газохроматограф, инфракрасный и атомно-абсорбционный спектрофотометры.

Метеорологическая лаборатория оснащена автоматизированной станцией погоды. Видеомониторы, на которых отображаются метеоланные, установлены и в ряде других лабораторий. Судно оснащено системой приема информации от метеорологических ИСЗ и спутниковой навигационной системой.

В аэрологической лаборатории установлена автоматизированная станция для приема от радиозондов сведений о характеристиках температуры воздуха, скорости и направления ветра, давления и других параметров в верхних слоях атмосферы.

В промерной лаборатории расположены навигационные и промерные глубоководные эхолоты и гидролокатор с аппаратурой регистрации собранных по промерам данных.

Холодная ледоисследовательская лаборатория имеет установку для испытания образцов натурного льда на сжатие и изгиб.

Собранные научные данные обрабатываются с помощью судового вычислительного комплекса, которым состоит из центральной и лабораторных ЭВМ, связанных линиями связи с измерительной и анализирующей аппаратурой через лабораторные устройства сбора и регистрации информации. Все лаборатории соединены кольцевой линией связи для передачи массивов измеренных значений параметров водной массы и атмосферы, а также результатов анализов между лабораториями и в центральную ЭВМ. Имеются на судне тросовые и кабель-тросовые исследовательские лебедки.

Строительство нового экспедиционного судна для Антарктики – свидетельство постоянного интереса советской науки к познанию природы этого во многом непознанного и таинственного континента. Роль Антарктиды в формировании климата планеты, значение изучения антарктических районов для познания общих законов развития нашей планеты и биосферы – все это предопределяет необходимость создания новых технических средств для доставки туда зимовщиков, научного оборудования, всего необходимого для обеспечения деятельности наших береговых научно-исследовательских станций.

Природа Антарктиды все время тревожит умы ученых новыми загадками и тайнами. Так, в середине 1985 г. появились первые сообщения об обнаруженном на английской антарктической станции Халли-Бей ч сентябре и октябре 1980–1984 гг. существенном снижении суммарного содержания озона в атмосфере, то есть о появлении так называемых озонных дыр в атмосфере.

Это сообщение взволновало научные круги, а затем и многих людей, не связанных непосредственно с научной деятельностью. Интерес к этому сообщению вполне понятен. Ученые считают, что роль озонного слоя для живого на Земле исключительно велика. Вообще-то озон содержится в атмосфере в очень небольшом количестве. Но несмотря на это, считается бесспорным, что жизнь на Земле смогла развиваться только после того, как возник достаточно мощный озонный «щит», предохраняющий ее от губительного действия ультрафиолетового излучения Солнца.

Нарушение существующего равновесия в озонном слое может также повлиять на распределение потоков ультрафиолетовой радиации в атмосфере. А это, как считают некоторые ученые, может привести к изменению температуры на высотах и характера циркуляции в верхней атмосфере, оказать воздействие на тепловой баланс всей атмосферы, что в итоге приведет к изменению погоды и климата.

Как показали спутниковые данные и измерения, выполненные на наземных станциях после 1979 г., к 1985 г. среднее за октябрь суммарное содержание озона уменьшилось почти на 40 % его минимального содержания в околополюсной зоне и примерно на 20 % его содержания в зоне 50–60 ^ою. ш. Предварительные результаты измерений, проведенных в сентябре – октябре 1986 г. со спутника, показали, что суммарного озона было не меньше, чем в 1985 г.

Что же будет дальше, увеличится ли озонная дыра? Какова причина ее появления? Большинство ученых объясняет появление озонной дыры усилением фотохимического разрушения озона в стратосфере Антарктики газовыми соединениями хлора и отчасти брома, которые накапливаются там при разрушении попавшего на высоту фреона ультрафиолетовым излучением Солнца. А фреоны попадают в атмосферу при работе миллионной армии фреоновых холодильников и от использования людьми различных аэрозольных устройств.

Доктор физико-математических наук И. Л. Кароль предполагает, что к возникновению озонной дыры приводит сочетание фотохимических и динамических процессов. Так, из-за нагрева некоторых аэрозолей и газов, поглощающих излучение Солнца при его возвращении в полярную стратосферу весной, могут образоваться достаточно интенсивные восходящие движения в околополюсной зоне. Такие движения всегда ведут к уменьшению в стратосфере слоя озона. Фотохимические реакции с участием соединений хлора и брома могут заметно усилить это уменьшение. Исследования ближайших лет позволят, наверное, решить загадку озонной дыры. А опасно ли это уменьшение озонного слоя уже сейчас для полярников, зимующих в Антарктиде? Ученые считают, что пока опасности для них нет. Ведь в октябре в Антарктиде Солнце стоит низко над горизонтом и ультрафиолетовое излучение поглощается в атмосфере почти полностью.

Но безусловно, процесс должен быть под контролем ученых. Для этого и для проведения исследований по многочисленным другим научным программам необходим напряженный труд большого коллектива ученых, ежегодно зимующих в Антарктиде.

Научно-экспедиционное судно «Академик Федоров» позволит советским ученым шире развернуть исследования во льдах антарктических морей, что, безусловно, подтвердили итоги первого экспедиционного восьмимесячного рейса к берегам Антарктиды, куда судно направилось осенью 1987 г., достигнув берегов шестого континента 5 декабря 1987 г.

В трюмах и на палубах «Академика Федорова» – продовольствие и взрывчатка для буровых работ, вездеходы и трактор «Кировец», топливо для техники, вертолеты и самолет Ил-14. «В рейс мы уходим во всеоружии, – рассказал начальник 33-й Советской антарктической экспедиции, заместитель директора Арктического и Антарктического НИИ по флоту Герой Социалистического Труда Н. Корнилов. – Уверены в двигателе, в корпусе… Не боимся сорокаградусных морозов и тропической жары. Будем испытывать судно и одновременно работать – ведь у нас на борту 12 научно-исследовательских лабораторий. Мы можем спускать аппаратуру на глубину до 8 км, исследовать температуру и соленость воды, морские течения, растительный и животный мир».

И новый антарктический флагман не подкачал. В своем первом испытательном рейсе (октябрь 1987 г. – май 1988 г.) судно успешно выдержало испытания во льдах Антарктики. Проведя ряд работ в Южном океане, «Академик Федоров» пробился через ледяные преграды к Белому материку и высадил первую группу участников 33-й Советской антарктической экспедиции в глазном антарктическом центре – станции Молодежная. Затем судно направилось к Берегу Правды к старейшей антарктической станции Мирный. Тут ему преградила путь 20-километровая ледяная преграда – припай толщиной полтора метра. Ледокол врубился в него, и полярники приступили к очередной транспортной операции: с ледокола в обсерваторию Мирный с помощью двух вертолетов Ми-8 и мощной гусеничной машины были переброшены люди и грузы.

После 12-дневной стоянки у Мирного судно взяло курс на северо-запад и вскоре прибыло в море Моусона. Было выбрано место для стоянки в одной из бухт в 45 км от огромного прибрежного оазиса Бангера (оазис в Антарктиде – это свободный ото льда участок берега). В течение трех дней вертолетами Ми-8 были переброшены туда 12 человек (гидрологи, гидрохимики, биологи, другие специалисты), около 40 т научного оборудования и снаряжения, жилые домики. Сезонный отряд начал научную работу.

Затем «Академик Федоров» вышел на просторы океана. Морской отряд экспедиции провел океанологические и геолого-геофизические исследования. В апреле 1988 г, флагман возвратился к оазису Бангера и взял на борт ученых сезонного отряда. Затем «Академик Федоров» перешел к станциям Мирный и Молодежная и также принял на борт полярников, срок работы которых в Антарктиде закончился, и направился к берегам Родины. Испытательный рейс закончился успешно. Впереди у флагмана новые походы и исследования.