/
Текст
И.А. Зотиков
АНТАРКТИЧЕСКОЕ
ПОДЛЕДНИКОВОЕ
ОЗЕРО ВОСТОК
ГЛЯЦИОЛОГИЯ, БИОЛОГИЯ,
ПЛАНЕТОЛОГИЯ
Это первая в мире книга, посвященная истории открытия и исследования озера Восток, одно-
го из крупнейших, лишь в несколько раз меньше Байкала, пресных озер Земли, расположенного
под четырехкилометровой толщей льда в центральной Антарктиде. Открытие этого озера счита-
ется важнейшим географическим открытием второй половины XX века.
Около полувека тому назад автор одним из первых начал заниматься доказательством суще-
ствования подледниковых озер Антарктиды и неизвестных нам форм жизни в них, принял непос-
редственное участие в открытии озера Восток и до настоящего времени занимается его изучением.
Книга не только обобщает весь период поисков и исследований озера, но и содержит уникаль-
ный материал личных научных впечатлений. В ней показано, как теория о том, что подледниковые
озера в Антарктиде должны существовать, была подтверждена наблюдениями, и биологические
исследования показали возможность существования в них жизни; как развитие знаний в гляцио-
логии и других областях науки привело к выводу, что подобные озера и моря существуют и на
других покрытых льдом планетах и их лунах и, возможно, содержат в себе неизвестные нам фор-
мы жизни. Рассказано, как создание методов проникновения в озеро Восток через толщу льда
привело к разработке научных планов проникновения в подледниковый океан покрытого льдом
спутника Юпитера Европы в поисках возможно существующей там жизни. Проникновение в озе-
ро Восток через его ледяную крышу еще не произошло. Интересная и важная часть удивительной
научной истории изучения этого природного феномена развернется перед нами, когда лед над озером
Восток пробурят, и будут получены и исследованы образцы воды. Это может произойти в ближай-
шее время, поэтому издание книги своевременно и важно.
Книга написана как для специалистов, так и для людей, которые никогда до этого ничего не
знали о гляциологии и мало даже об Антарктиде, с надеждой, что некоторые из них посвятят себя
этой науке или извлекут пользу для работы в других областях.
Предисловие
Кажется, что почти вся моя жизнь так или иначе была связана со станцией
Восток и находящимся под ней озером, которое сейчас называется озером Вос-
ток. Станция Восток была открыта в 1957 г., за 35 лет до того, как было офици-
ально объявлено об открытии озера Восток. Я впервые приехал на станцию в 1958 г.
для бурения скважины в ледниковом покрове, или, точнее говоря, протаивания
скважины во льду для проникновения внутрь на такую глубину, которая позво-
лит почувствовать разницу температур между поверхностью и нижней частью
ледяного покрова. Должен сказать, что, к моему удивлению, мой “бур” вышел из
строя на глубине 50 м. А ведь я тогда думал, что, если нам повезет, мы сможем
пройти всю толщу льда с помощью простого протаивания в течение двух-трех
лет. Тогда, в далеком 1958 г., я бы не поверил, если бы мне сказали, что мы будем
бурить толщу льда более 30 лет и так и не достигнем ее основания.
В 1949 г. я окончил Московский Авиационный институт. Затем, на протяже-
нии трех лет, работал над проблемами переноса тепла и термодинамики при раз-
работке реактивных двигателей. С 1952 по 1958 г. изучал проблему входа в плот-
ные слои атмосферы первых советских баллистических ракет. Этот процесс свя-
зан с плавлением и испарением вещества головной части ракеты под воздействи-
ем высоких температур, которые возникают при возвращении ракеты на Землю.
Результатом исследования стала защита моей кандидатской диссертации в 1957 г.
Тогда же, в 1957-м, начался Международный геофизический год и участие Со-
ветского Союза в исследовании Антарктиды. Работа в этом проекте дала бы мне
возможность поехать в Антарктиду и собственными глазами увидеть самый боль-
шой ледник на Земле, посмотреть мир за пределами СССР. И я подал заявление,
где просил взять меня в экспедицию научным сотрудником по теплофизике в
области гляциологии. Меня приняли, и в 1959 году в составе гляциологического
отряда 4-й Комплексной антарктической экспедиции состоялась первая в моей
жизни зимовка в Антарктиде.
В результате в период с 1960 по 1963 г. я опубликовал ряд статей, в которых
было показано, что температура у дна ледникового покрова под станцией Восток
и в других самых толстых частях ледяного щита равна температуре плавления
льда, и идет его непрерывное таяние. Я доказывал, что у дна ледника могут быть
озера, и предположил, что в них могут существовать некоторые виды живых
организмов. Возможность присутствия живых организмов, казалось, заинтересо-
вала тогда, в 1963 г., не многих, хотя к моим публикациям отнеслись серьезно.
Они были переведены на английский язык. Это привело к тому, что я вдруг, нео-
жиданно для себя, стал гляциологом и решил связать свое будущее с изучением
Антарктиды.
Еще раз побывать на станции Восток мне удалось в 1963 г. В это время было
проведено сейсмическое зондирование с целью определения толщины леднико-
вого покрова в районе станции Восток. Удалось получить отражения от верхней
и нижней поверхностей того, что теперь известно под названием озера Восток.
Предисловие
Но на протяжении следующих 30 лет эти отражения трактовались как отражения
от границ слоя мерзлых пород.
В 1965 г. я провел свою вторую антарктическую зимовку на главной амери-
канской научно-исследовательской станции Мак-Мердо как советский “обменный
ученый” в составе Американской антарктической экспедиции “Дип Фриз 65”. Я
изучал процессы намерзания й таяния у дна шельфового ледника Росса и встре-
тился там с ведущими американскими учеными по глубокому бурению леднико-
вого покрова. Итоги моих антарктических экспедиций были подведены в 1967 г.
в моей докторской диссертации по гляциологии, основной упор в которой был
сделан на существовании донного таяния на большой площади в центральной
части антарктического ледникового покрова и наличии озер талой воды у дна
ледяного щита в Этих местах. В то время лишь немногие гляциологи разделяли
мою точку зрения, и я думал, что вряд ли смогу успешно защитить эту диссерта-
цию. Но мне повезло: мои американские коллеги провели глубокое бурение лед-
никового покрова до его дна на станции Бёрд (80° с.ш., 120° в.д.) в центральной
части Западной Антарктиды и обнаружили там воду. Мои друзья по экспедиции
сообщили мне об этом в Советский Союз телеграммой, и я зачитал её на ученом
совете в Институте Арктики и Антарктики в Санкт-Петербурге во время защиты.
В 1972 г. я был приглашен Национальным научным фондом США для учас-
тия в проекте по изучению шельфового ледника Росса (проект РИСП) в качестве
руководителя работ по определению того, таяние или намерзание идет под шель-
фовым ледником Росса. Я работал по этому проекту, базировавшемуся на стан-
ции Мак-Мердо до 1978 г. Станция Мак-Мердо служила также базой и для науч-
ной группы доктора Г. де К. Робина, которая проводила радиолокационное зон-
дирование толщи ледникового покрова с помощью самолета американских ВВС
С-130 с целью обнаружения озер под ледниковым покровом в Восточной части
Антарктического ледяного щита. Во время проведения этих исследовательских
работ были получены некоторые данные, говорящие о существовании большого
подледникового озера около станции Восток. Мы с доктором Робином знали друг
друга, нас объединяли общие интересы по изучению подледниковых озер и сбо-
ру доказательств их существования, поэтому я принял участие в полете, связан-
ном с поиском признаков озера под станцией Восток по следам на поверхности
ледяного щита. В 1993 г., после того, как мы получили подтверждение существо-
вания такого озера и с помощью космических данных, я работал в Институте
полярных исследований им. Скотта (Кембриджский университет) и помогал док-
тору Г. де К. Робину в организации двух первых рабочих совещаний по изучению
озера Восток. Результатом нашей совместной работы стала статья, написанная
двумя советскими и двумя английскими авторами и опубликованная в 1996 году
в журнале “Nature”. Благодаря этой статье существование озера получило широ-
кую огласку, и его изучением стало заниматься большое количество научных
коллективов во всём мире.
Озеро Восток - это замечательное явление природы. Его исследуют ученые
самых разных научных направлений, таких как гляциология, геофизика, гидро-
логия, биология и планетология. Расположенное на глубине 4000 м под слоем
льда в Восточной Антарктиде рно занимает углубление в материковом ложе под
станцией Восток. Длина озера около 250 км, ширина - 50 км, что сопоставимо с
размером озера Онтарио в Северной Америке и всего в несколько раз меньше
Предисловие
озера Байкал. Последние данные его сейсмического изучения показывают, что
глубина озера может достигать 1000 м и более. Открытие озера Восток считают
одним из главных географических открытий второй половины двадцатого века.
Температура у дна ледникового покрова озера равна температуре плавления
благодаря потоку геотермического тепла. Количество этого тепла невелико, но
озеро находится слишком глубоко под ледниковым покровом для проникновения
к нему низких температур антарктической атмосферы. Эта часть ледникового
покрова Антарктиды остается относительно стабильной на протяжении многих
сотен тысяч, а, возможно, миллионов лет, хотя она может становиться тоньше
или толще в зависимости от глобальных и местных климатических изменений.
Российскими учеными на станции Восток на протяжении примерно 30 лет
проводилось интенсивное бурение с извлечением ледяных кернов. Главной це-
лью изучения кернов являлось получение данных о палеоклиматах Земли. По мере
увеличения глубины бурения появилась и стала реальной возможность достичь
дна ледникового покрова и проникнуть в озеро. А это поставило новые вопросы.
Например, что может случиться в тот момент, когда бур достигнет поверхности
воды? Имеются ли в воде озера микроорганизмы, или оно состоит лишь из “чи-
стой” воды? Какие виды живых организмов могут существовать под четырёхки-
лометровым слоем льда в состоянии изоляции от внешнего воздействия в тече-
ние, может быть, миллиона лет? Обсуждению всех этих вопросов было посвяще-
но несколько международных совещаний по озеру Восток. В ходе работы на них
велось обсуждение широкого круга вопросов, составление научных планов буре-
ния, отбора образцов воды и других технических вопросов. Кроме того, часть
международного сообщества ученых высказала опасения по поводу дальнейше-
го бурения льда для проникновения в озеро.
Цель данной книги - обобщить материал об озере Восток и преподнести его
таким образом, чтобы создать полную географическую картину этого озера. Я
надеюсь, что это поможет привлечь внимание общественности и ученых, а также
окажется полезным для обоснования нового понимания различных и все еще
скрытых от нас аспектов природных явлений, как для ученых, так и для широкой
аудитории.
В этой книге уделено внимание следующим вопросам:
(1) Обсуждение гляциологии центральной части ледникового покрова Восточ-
ной Антарктиды, включая такие вопросы, как тепловой баланс и таяние у дна
ледникового покрова; критическая толщина ледника; общее представление о
подледниковом озере; существование жизни в подледниковой воде (гляциологи-
ческие причины) и средняя толщина слоя воды у дна ледника.
(2) Изучение озера Восток как одного из многих подледниковых озер. В этот
раздел входят обобщенные результаты сейсмического и радиолокационного изу-
чения подледниковых озер; результаты сейсмического изучения и их интерпре-
тация; данные спутниковой альтиметрии, а также наличия других, уже поверх-
ностных, следов существования подледниковых озер; история открытия и тип
ледового покрова озера Восток (концепция шельфового ледника); рассмотрены
также соленость и течения в воде озере.
(3) С критической точки зрения рассматриваются современные данные о био-
логических включениях в ледяной керн озера Восток, об экологическом состоя-
нии воды озера Восток и наличии живущих в ней существ (микроорганизмов).
Предисловие
Обсуждается научная важность обнаружения любого вида жизни в таком озере.
Наряду с этим рассматривается вопрос о возможности существования в озере и
таких микроорганизмов, которые могут представлять опасность для всего живо-
го на Земле.
(4) Планы изучения планет, включающие проникновение через ледовый по-
кров Европы (спутника Юпитера) для поиска подледниковой воды и озер под
марсианским льдом.
(5) Проникновение в озеро обсуждается как одна из самых актуальных про-
блем и включает сравнительный анализ методов проникновения через леднико-
вый покров; хронологию глубокого бурения на станции Восток, а также пробле-
мы загрязнения воды при проникновении в озеро Восток, проблемы использова-
ния на озере Восток и при планетарных исследованиях подледной автоматичес-
кой станции (ПЛАС) с атомным нагревателем и “криобота” НАСА.
К моменту окончания работы над этой книгой (январь 2006 г., да и сейчас, в
2009 году) до озера еще не добурили. Самая увлекательная и важная часть этой
научной истории наступит через 3-5 лет, когда, я надеюсь, мы сможем получить
образцы воды из этого уникального озера, определить плотность воды с помо-
щью системы дистанционного сбора данных, а также выяснить целый ряд дру-
гих вопросов. Получение экспериментальных данных по содержанию соли и
подводным течениям в озере, данных о биологических формах жизни, если они
будут обнаружены в озере, скорее всего, изменят наше представление о нем.
Возможно, это произойдет уже в 2010-2015 г.г., но моя книга может служить пре-
людией к тому, что наверняка последует в результате изучения этого уникально-
го явления природы.
Пока еще не ясно, кто первым достигнет озера и возьмет пробу воды - бри-
танские, американские, российские ученые или ученые другой страны, но у всех
у них разное отношение к проблеме проникновения в воду озера.
В последние годы я интенсивно работал над вопросами, связанными с озе-
ром Восток, при поддержке Российского фонда Фундаментальных исследований
(РФФИ). В 1996 году я получил 3-летний грант “Изучение озера Восток”, в 1999-м -
2-летний грант “Разработка альтернативного подхода к вопросу происхождения
озера Восток” и в 2001-м и в 2006 годах - еще два гранта на продолжение работ.
Я выражаю благодарность Российскому фонду Фундаментальных исследований
за оказанную мне помощь и поддержку.
Во время этой работы у меня накопилось много материала, и я стал членом
специального комитета по оценке качества Российского бурового оборудования,
предназначенного для проникновения в озеро.
Предложение написать книгу об озере Восток было сделано мне в 1998 году
Клайвом Хорвудом, руководителем издательства PRAXIS (Великобритания). Он
сделал это по совету одного из ведущих авторов этого издательства, академика
К.Я. Кондратьева. Вначале предполагалось, что это будет бесстрастно научная
книга. Но в ходе работы я склонился к мысли, что она должна иметь более об-
щий, я бы сказал, философский характер. Такой, чтобы читатель почувствовал
удивительную драму идей, борьбу “добра” и “зла”, сопровождающую это, да и
другие, научные открытия. Но такая перемена жанра увеличила срок работы над
книгой.
Предисловие
Осенью 2003 г. я получил грант американского фонда Фулбрайта на 8-месяч-
ную работу в США по проекту “Географическое изучение озера Восток (Антар-
ктида), основанное на анализе гляциологических, геофизических, гидрологичес-
ких, биологических и планетарных данных”. Оформив командировку в своем
Институте географии Российской Академии наук, я уехал в США. А там работал
по этому проекту в Национальном центре данных по снегу и льду (NSIDC) Коо-
перативного института исследований природной среды Университета штата Ко-
лорадо в Боулдере под эгидой и при содействии доктора Роджера Барри - моего
друга и коллеги на протяжении 25 лет и директора NSIDC. Моя работа началась
в январе 2004 г., и, благодаря горячей поддержке доктора Барри, первый вариант
рукописи моей книги был завершен в сентябре 2004 г.
Благодарности
Я благодарен многим людям, которые помогали мне в моей работе. Хотелось
бы отметить академика Г. А. Авсюка, который принял меня на работу в Институт
географии советской (а впоследствии Российской) Академии наук, директора
института академика В.М. Котлякова и сотрудников института, с которыми я ра-
ботал с 1962 года (особенно докторов В.Р. Барбаша, В.С. Загороднова, Н.И. Осо-
кина, Ю.В. Райковского); директора Института Арктики и Антарктики в Санкт-
Петербурге академика А.Ф. Трешникова, всех сотрудников института и членов
советских и российских антарктических экспедиций, с которыми я работал (осо-
бенно докторов Н.И. Баркова, В.Г. Липенкова, профессора А.П. Капицу, докторов
В.В. Лукина, Л.М. Саватюгина и В.С. Морева). Я благодарю всех, работавших
вместе со мной по Американской программе изучения Антарктиды, начиная с
операции Deep Freeze 65 и заканчивая зимовочной партией 1965 года на станции
Мак-Мердо (особенно начальника экспедиции Д. Блейдза, а также г-на Р. Дейла
и д-ра А. Гау), а также сотрудников Департамента полярных программ Нацио-
нального научного фонда США (особенно докторов Р. Камерона, Дж. Флетчера),
сотрудников Американской программы исследований шельфового ледника Рос-
са в университете штата Небраска в Линкольне (проф. Р. Ратфорда) и членов эк-
спедиции на станции Мак-Мердо и в лагере Джей-9 с 1972 по 1978 г. (особенно
г-на С. Джекобса). Хотелось бы также поблагодарить за гостеприимство сотруд-
ников Лаборатории по научным и инженерным вопросам изучения холодных
районов (КРРЕЛ) с научным центром в Хановере, Нью Гемпшир, где я работал 6
месяцев в 1979 г.; сотрудников лаборатории по исследованию ледяных кернов
Университета штата Нью-Йорк - там на протяжении 6 месяцев я работал с док-
тором С.С. Лангвеем, руководителем лаборатории, в 1983 г; сотрудников геоло-
гической лаборатории им. Ламонта и Доэрти (теперь Геологическая обсервато-
рия по изучению Земли) Колумбийского университета в Нью-Йорке, в которой я
3 месяца работал в 1986 г., особенно доктора С. Джэкобса; а также профессора
О. Ватанабэ, пригласившего меня на 6 месяцев для работы по этому проекту в
Национальном институте полярных исследований в Токио, Япония, в 1995 г., и
всех сотрудников этого института.
Хочется выразить особую благодарность докторам Г. де К. Робину, Дж. До-
удэсвеллу, М. Дж. Зигерту и их коллегам из Института полярных исследова-
ний им. Скотта, Кембриджский Университет, Великобритания. Доктор Робин
приглашал меня поработать над проблемами озера Восток в 1993 и 1996 гг.,
Предисловие
и результаты нашей совместной работы стали самым значительным вкладом
в эту книгу.
Самую глубокую признательность хочется выразить профессору географии
Р. Барри, директору Национального центра данных по снегу и льду (NSIDC) и
Международного центра данных (WDC) по гляциологии Кооперативного инсти-
тута исследований природной среды Университета штата Колорадо в Боулдере.
Он предоставил мне место в своём центре во время моей восьмимесячной науч-
ной работы в США в 2004 году по гранту Фонда Фулбрайта. Я очень сомнева-
юсь, что закончил бы работу над книгой в этом году, если бы не воспользовался
поддержкой Роджера Барри и его щедрым предложением использовать время
моего пребывания в США для работы над текстом.
Я также хотел бы поблагодарить всех сотрудников Национального центра
данных по снегу и льду (NSIDC) и Международного центра данных (WDC), а
также других американских организаций за дружелюбие и поддержку, оказанные
мне во время этого моего пребывания в США. И в заключение мне хочется по-
благодарить доктора Р. X. Ратфорда, бывшего президента университета штата
Техас в г. Далласе. Он активно занимался изучением Антарктиды на протяжении
десятков лет, много лет был президентом Научного комитета по изучению Ан-
тарктиды (СКАР) и много внимания уделял вопросам, связанным с изучением
озера Восток; он также с самого начала активно поддержал идею написания этой
книги и не жалел своего драгоценного времени на обсуждение этой идеи. Про-
фессор Ратфорд помог в создании этой книги и следующим образом: он попро-
сил своего друга, известного американского издателя, полярного исследователя и
президента Американского Полярного Общества (2005 г.) Джона Сплетгстойсе-
ра, подготовить мою рукопись для издания, и Джон любезно согласился. Его ве-
ликодушие, желание помочь и личная заинтересованность привели к тому, что
книга так быстро увидела свет. Доктор Филипп Блондель (Университет Батса,
Англия), научный редактор издательства PRAXIS, также обстоятельно порабо-
тал над ней. Большое вам спасибо, Джон и Филипп!
“Глупый человек всегда хочет сократить пространство и время,
умный же, напротив, стремится удлинить и то и другое”.
Слова Дж. Раскина из книги "Современные художники”,
которые доктор Е. А. Уилсон, врач Антарктической экспедиции
капитана Скотта, записал в своем дневнике во вторник,
11 декабря 1902 г., на пути к Южному полюсу (Уилсон, 1982)
Глава 1
От озера Восток к Европе: от тягачей к спутникам
Это долгая история научной (и просто человеческой) борьбы, длиной более
40 лет, в которой Закон Паркинсона (Мэрфи) и просто Счастливый случай посто-
янно соперничали друг с другом, но так, что общий ход событий неуклонно при-
ближается к своему удачному завершению.
Давайте начнем с журнала “Nature” от 20 июня 1996 г., на обложке которого
была напечатана большая карта Антарктиды. В центре материка изображено крас-
ное пятно, а ниже под картинкой крупными буквами написано “Гигантское озеро
под антарктическим льдом” (рис. 1.1).
В комментариях к рисунку в журнале сказано, что признаки существования
этого огромного озера, находящегося под ледяным покровом Восточной Антарк-
тиды и отмеченного красным на карте, были обнаружены еще 20 лет назад, а
теперь его наличие подтверждается данными спутниковой альтиметрии и сейс-
мического и радиолокационного зондирования. Размеры этого озера примерно
такие же, как и у одного из Великих озер Северной Америки, и оно лишь не на-
много меньше озера Байкал. Результаты обработки данных, писалось в журнале,
показали, что его длина около 200 км, ширина около 50 км и глубина примерно
500 м. Живописные детали рисунка на обложке журнала “Nature” (Bamber, 1994),
изображающие поверхность ледяного покрова Антарктиды, были представлены
лабораторией космических исследований Милларда при университетском коллед-
же Лондона и были сделаны по данным альтиметрических измерений, получен-
ных со спутника ER.S-1, первого Европейского спутника, предназначенного для
изучения Земли (Ridley et al., 1993; Bamber, 1994).
Эти данные воспроизводили поверхность ледника Антарктиды с точностью
до нескольких метров, и в сочетании с известным рельефом ледяного покрова
показывали наличие озера на глубине нескольких тысяч метров подо льдом. Озе-
ру присвоили имя Восток, по названию Российской антарктической научно-ис-
следовательской станции Восток, которая находилась над ним, по счастливому
стечению обстоятельств. Эти обстоятельства стоят подробного описания.
За 40 лет до этой публикации в журнале “Nature”, в процессе планирования
этапов проведения Международного геофизического года (МГГ, 1957-1958 гг.)
От озера Восток к Европе: от тягачей к спутникам
У«Т Е R Н А Г Ю A L WEEKLY JOURNALOFSC
Volume 381 No. 6584 20 June 1996 £4.00 FFr44 DM17.5 Llrel3000 A$12
Рис. 1.1. Озеро Восток на обложке журнала “Nature”, июнь 1996 г. Надпись внизу: “Giant
lake beneath the Antarctic ice” - “Огромное озеро под антарктическим льдом”.
основные развитые страны того времени определяли места для строительства
своих научно-исследовательских станций в Антарктиде. Большинство стран со-
гласились на строительство станций в прибрежной полосе, чтобы облегчить про-
блему доставки людей и оборудования, но США и СССР запланировали места
для установки своих станций в самом центре антарктического ледового покрова.
Квигг в своей знаменитой книге “Разделенный полюс” пишет (Quigg, 1983),
что к началу подготовки МГГ Советский Союз не проявлял видимого со стороны
интереса к этому континенту с момента кругосветного плавания Беллинсгаузена
Глава 1
в начале XIX века. И было даже неизвестно, примет ли участие представитель
Советского Союза в совещании представителей одиннадцати стран в Париже в
июле 1955 г., на котором они должны были разработать план совместных дей-
ствий. Квигг пишет: “Я знал, что в то время советскому человеку было трудно
выехать за границу, для этого требовалось получить специальное разрешение.
Представитель советской стороны получил это разрешение поздно и опоздал к
началу совещания” (Quigg, 1983). Однако из его выступления во второй день за-
седания стало понятно, что Советский Союз взял на себя выполнение большой
части плана и готов открыть не только береговые, но и внутриконтинентальную
станцию на самом Южном географическом полюсе. Но ему сообщили, что США
за день до этого уже высказали свою заинтересованность в этом вопросе, и их
просьба была удовлетворена. Все почувствовали облегчение, когда советский
представитель, опоздавший к началу заседания, выбрал для строительства своей
внутриконтинентальной станции Южный геомагнитный полюс Земли (в этой
точке была поставлена станция Восток, оказавшаяся над открытым позднее озе-
ром Восток) и в дополнение еще Полюс относительной недоступности (точку в
центре Антарктиды, наиболее удаленную от любого берега).
Именно таким образом сложилось обстоятельства, и российские ученые ока-
зались ближе всех к озеру Восток. С этого начинается цепь счастливых и, наобо-
рот, несчастных случайностей, связанная с открытием озера Восток.
Вообще, в связи с этой историей стоит сказать, что один из читателей черно-
вого варианта моей рукописи писал: “Тот факт, что фотография озера была
напечатана в одном из первоклассных научных журналов, совсем не значит, что
фотография (как и сама статья) является началом, кульминационным пунктом
или окончанием работ по озеру Восток. Мне кажется, что сейчас следует на-
помнить людям, независимо от того, являются они учеными или нет, что собы-
тия начинаются не тогда, когда они внезапно становятся интересными, напри-
мер для НАСА, в близкое к нам время, а начинаются, как в данном случае, намно-
го раньше - полвека назад”.
В соответствии с соглашением, достигнутым в Париже, Советская антаркти-
ческая экспедиция построила свою основную научную станцию в 1956 г. на по-
бережье моря Дэвиса в восточной части Антарктиды, потому что эта точка на
побережье была наиболее приближена к геомагнитному полюсу Земли, т.е. к бу-
дущей станции Восток. Эта станция получила название “Мирный”, в честь одно-
го из двух кораблей Первой Российской антарктической экспедиции 1820 г. На
следующий год десять мощных гусеничных тягачей вышли со станции Мирный
к геомагнитному полюсу, они везли утепленные домики на санях и более 100 тонн
дизельного топлива. Примерно через 90 суток, ценой беспрерывной борьбы, 30
тонн дизельного топлива и 3 тонны провианта, что было достаточно для зимовки
4 человек, были доставлены в центр материка.
Домики на санях были придвинуты друг к другу и образовали компактный
четырехкомнатный дом. Были установлены генератор станции, кухня и метеоро-
логическая станция, радиомачты, флагшток. Создали взлетно-посадочную поло-
су, способную принять двухмоторные самолеты “Ильюшин-14” коротким антар-
ктическим летом, и новая круглогодичная станция начала свою работу.
Эта станция была названа “Восток” в честь второго корабля Первой Российской
антарктической экспедиции 1820 г. Станция, находящаяся на высоте 3500 м над уров-
От озера Восток к Европе: от тягачей к спутникам
нем моря, стала самым холодным местом на Земле, населенном людьми: самая низ-
кая температура, зарегистрированная здесь -89°С (Атлас Антарктиды, 1966 г.).
В то время еще никто не знал, что станция расположилась на почти четырёх-
километровом шельфовом леднике, под которым находится большое подледни-
ковое озеро глубиной более полукилометра. На всей территории Антарктиды, а
её площадь 106 квадратных километров, на сегодня известно только одно озеро
подобного размера, и были поставлены тогда только две научных станции, одна
из которых оказалась над самым озером. Возможность такого совпадения кажет-
ся невероятной! На рис. 1.2. показано расположение станции Восток.
60
60
90
20
120
150
180
150
£
5
Рис. 1.2. Схематическая карта ледового
покрова Восточной Антарктиды:
(А) - озеро Восток и станции Во-
сток и Мирный, вид сверху:
(1) -внешние контуры ледни-
кового покрова; (2) - шель-
фовые ледники (лежащие на
море части ледникового по-
крова); (3)- изолинии высот
ледникового покрова над
уровнем моря.
(В) - поперечное сечение по ли-
нии; станция Восток - стан-
ция Мирный (I-I): (4)- верх-
няя поверхность ледниково-
го покрова по линии I-I; (5)
-направление движения льда
и (6) нижняя граница (дно)
ледникового покрова по ли-
нии I-I (Зотиков, 1986).
(С) - карта окрестностей стан-
ции Восток в увеличенном
масштабе. Рельеф поверхно-
сти взят из работы Ридли с
соавторами (1993 г.). Ровная,
почти горизонтальная повер-
хность, соответствует озеру
Восток, вокруг - склоны на-
ирныи 90
Разрез по I-I
2000
м
4000
о
2:
1
> Ст. Восток
6
о
U
-1000
Ст. Мирный
Расстояние от ледораз
вблизи ст. Восток
1500км
море
земного ледникового покро-
ва. Стрелками показано на-
правление движения льда от
ближайшего ледораздела.
Глава 1
В том же выпуске “Nature” было “письмо в редакцию” двух российских и двух
английских авторов (Kapitsa et al, 1996), в котором впервые излагались собран-
ные воедино факты, которые журнал назвал открытием большого пресноводного
озера под ледяным щитом. Здесь же, в других статьях (Ellis-Evans, Wynn-Williams,
1996; Bentley, 1996) объяснялся механизм образования воды в озере и причины
его существования. Механизм был прост - вода образовалась благодаря геотер-
мическому потоку тепла, поступающему к нижней поверхности ледника. Обсуж-
далась также возможность существования некоторых форм жизни в озере. В день
выхода номера журнала “Nature” с фотографией озера Восток на обложке в газе-
те “The Times” была опубликована специальная статья, посвященная открытию
этого озера (Nuttal, 1996). В статье были описаны некоторые подробности, свя-
занные с озером, наполненным пресной водой и находящимся под толщей льда.
Автор также писал, что это напоминает ему знаменитый научно-фантастический
роман Жюля Верна, в котором описывается, как люди, путешествующие под зем-
лей, обнаружили огромное озеро, населенное морскими чудовищами, неизвест-
ными науке, которые существовали только здесь (рис. 1.3).
Но в отличие от озера, описанного Жюлем Верном, озеро Восток имеет фор-
му чаши, крышка которой - многовековой покров льда. Этот ледниковый покров
и отделяет озеро от всего остального мира.
Газета писала также, что биологи высказали предположение, что озеро насе-
лено живыми микробами, отличающимися от всех видов, существующих на Зем-
Рис. 1.3. Иллюстрация из книги Жюля Верна “Путешествие к центру Земли”, в которой
люди, путешествующие под землей, обнаруживают озеро, где обитают морские чу-
довища (Nuttal, 1996).
От озера Восток к Европе: от тягачей к спутникам
ле, потому что на протяжении долгого времени они были изолированы от мира.
Возможно, что их можно будет использовать как генетический материал для но-
вых разработок в области лечения заболеваний людей и животных, а также най-
ти им промышленное применение.
Другие газеты и журналы Великобритании так же опубликовали 20 июня 1996 г.
статьи, посвященные озеру Восток, в которых и они использовали сравнение с
“Потерянным миром” (Retford, 1996 г.) и “Машиной времени”. В журнале “New
Scientist” было сделано предположение о том, что незагрязненные живые микро-
организмы, добытые из озера, можно сравнить с образцами биоматериала, дос-
тавленными на Землю с Марса (Muir, 1996).
Сразу после того, как мир узнал о существовании огромного озера, отделен-
ного от всего живого на Земле многокилометровой ледяной “броней”, им заинте-
ресовались ученые и инженеры НАСА, занимающиеся изучением планет Солнеч-
ной системы, особенно Европы, одного из спутников Юпитера (рис. 1.4). Дело в
том, что, опять по счастливой случайности, публикация в журнале “Nature” об
открытии озера Восток появилась как раз в тот момент, когда с помощью косми-
ческого аппарата “Галилео” была получена информация, подтверждающая пред-
положение о том, что поверхность планеты Европа (более 3000 км в диаметре)
изеро восток, Антарктида
Рис. 1.4. Подледниковое озеро Восток как аналог моря под ледяным покровом спутника
Юпитера - Европы (Carsey and Horvath, 1996).
покрыта слоем льда, под которым находится огромный слой, океан воды (Carsey,
Horvath, 1996) и эта информация обсуждалась как раз в конце 1996 года.
К тому моменту считалось, что толщина слоя льда над этим океаном состав-
ляет от нескольких километров до нескольких сотен километров, и это может быть
или система подледниковых озер, или море из жидкой воды подо льдом, подобно
озеру Восток на Земле. Еще нет полной уверенности в существовании воды под
ледниковым покровом Европы, но это предположение основывается на данных
измерений гравитации, моментов инерции и изучении изображений поверхности
этого спутника планеты Юпитер. Возможная причина существования подледни-
ковой воды та же, что и для озера Восток, - это поток тепла снизу к дну леднико-
вого покрова. Но источник тепла на Европе, несомненно, отличается от земного.
Гравитационное воздействие самого Юпитера и его спутников Ио и Ганимед
может создавать достаточное количество тепла для того, чтобы вода под ледяной
шапкой спутника не замерзала. По оценкам, вода под слоем льда должна суще-
ствовать, несмотря на то, что температура на поверхности спутника должна быть
около -170°С. Можно предположить, что, если жизнь в озере Восток существует,
то, возможно, и в воде подледного океана на Европе она также может присут-
ствовать, по крайней мере ее простейшие формы.
Глава 2
Вода под центральной частью ледникового покрова
За много лет до лондонских публикаций 1996 года в мировой научной печати
уже неоднократно обсуждались вопросы, связанные с возможностью существо-
вания воды под мощными ледниковыми покровами. Еще в конце XIX-го столе-
тия русский князь и один из основателей мирового анархического движения Петр
Кропоткин, находясь в течение долгого времени в Петропавловской крепости за
свою политическую активность в Петербурге, занимался наукой. Он написал книгу
“Записки о ледниковом периоде”. В этом большом двухтомнике (Кропоткин, 1876)
он писал, что тепловой режим в толстых холодных ледяных щитах ниже слоя
годовых температурных колебаний может быть рассмотрен как стационарный,
не зависящий от времени, и температуру надо считать возрастающей с глубиной
по тем же законам, что и в любой земной скважине или шахте. Такое изменение
температуры происходит линейно, пропорционально глубине шахты, а коэффи-
циент пропорциональности определяется геотермическим потоком тепла при
соответствующей данному материалу теплопроводности (вывод был основан на
предположении о том, что вертикальное движение внутри ледникового покрова
ничтожно мало).
Н.Н. Зубов - океанолог, контр-адмирал, профессор Московского государствен-
ного университета и ведущий специалист по изучению ледового покрова аркти-
ческих морей - использовал его подход при анализе тепловых условий у дна
холодных толстых антарктических ледников (Зубов, 1955, 1956, 1959). Он счи-
тал, что если температура линейно повышается с глубиной, и градиент измене-
ния температуры определяется необходимостью пропустить весь поток геотер-
мического тепла через ледяной покров только за счет собственной теплопровод-
ности, то должна существовать некая толщина ледяного покрова, при которой
температура у дна его как раз равна температуре таяния льда, но самого таяния
нет. Он назвал эту толщину “критической” ( рис.2.1 (А)).
На рис. 2.1 (В) показан более тонкий ледник, в котором температура льда у
его дна ниже точки замерзания воды. Это говорит о возможном существовании
вечной мерзлоты под таким льдом.
Такой подход привел Зубова к заключению, что толщина ледяного покрова не
может быть больше его критической толщины. Согласно модели Зубова, бтльшая
толщина должна соответствовать условию, при котором температура у дна долж-
на быть выше температуры таяния льда, что физически невозможно. Тем не ме-
нее, он был одним из первых ученых, признавших тот факт, что толщина льда
реального антарктического покрова в некоторых местах, по результатам обработки
сейсмических данных, была гораздо больше критической толщины (Зубов, 1956).
Для объяснения этого факта он предположил, что внутри ледяного щита должен
существовать слой, по-видимому, изотермический, толщина которого должна быть
равна разнице между измеренной толщиной и расчетным критическим значени-
Глава 2
Рис.2.1. Типы ледяных толщ по Н. Н. Зубову (Зубов, 1956). Поверхность А-А - верхняя
поверхность льда; (1) - толща льда; (2) - “смесь воды со льдом”; (3) - подледнико-
вое ложе.
Случай “А” - толщина льда равна “критической толщине”, когда температура у дна
ледяной толщи равна температуре таяния льда, но фазовых переходов у дна (таяния или
намерзания) нет.
Случай “В” - “тонкий” лед; температура у его дна ниже температуры его замерзания;
под таким льдом может существовать слой мерзлых пород.
Случай “С” - “толстый” лед; толщина его больше критической толщины. По Зубову в
этом случае в нижней части ледяной толщи должен существовать некий слой, толщина
которого равна разнице между всей измеренной толщиной льда и критической толщиной,
полученной расчетом.
ем (рис. 2.1(C)). Слой этот должен быть изотермическим, например, должен пред-
ставлять собой смесь воды и льда, но проводить через себя весь геотермический
поток, - делал вывод с некоторой, наверное, долей изумления для себя, Зубов (ведь
физически трудно представить себе такой слой). На рис. 2.2. изображен профес-
сор Зубов примерно в то время, когда он писал статьи о критической толщине
антарктического льда.
В 1959 г. А.П. Капица, молодой географ, также из Московского государствен-
ного университета, используя метод Зубова, сделал предположение о наличии линз
воды под толщей льда в Зубовском изотермическом слое, то есть в местах, ука-
занных на рис. 2.1 (С) в центральной части ледникового покрова восточной Ан-
тарктиды (Капица, 1961 г.). Однако и ему не удалось решить вопрос, почему су-
ществование изотермического слоя (смесь льда и воды) и расположенного над
этим слоем основного ледника, через который проходит геотермический поток
тепла (рис. 2(B)), физически возможно; а, значит, и выводы из анализа такого
метода находятся под таким же вопросом. Но научная судьба не оставила време-
ни для ответа на этот вопрос.
В 1955 г. доктор Гордон де К. Робин, в то время никому еще не известный
гляциолог, бывший во время Второй мировой войны первым помощником коман-
Вода под центральной частью ледникового покрова
Рис. 2.2. Профессор Н.Н. Зубов в 1955 г.,
когда он писал свои статьи о крити-
ческой толщине антарктического
льда.
Рис. 2.3. Доктор Г. де К. Робин на ХШ за-
седании Научного комитета по изуче-
нию Антарктиды (СКАР) в Джексон
Холле, США, в 1974 г., (время, когда
он обнаружил подледниковые озера
по данным радиолокации).
дира подводной лодки ВМС Австралии
и физиком, закончившим физический фа-
культет Мельбурнского университета,
опубликовал свою первую, сразу став-
шую знаменитой статью, в которой было
дано теоретическое объяснение измерен-
ного им распределения температуры по
толщине шельфового ледника Модхейм,
Антарктида, и ледяной шапки Гренлан-
дии около Кэмп Сенчури с совершенно
других позиций (Robin, 1955). Эта статья
была написана после того, как он принял
участие в Норвежско-британско-шведс-
кой антарктической экспедиции (1949—
1952), станция которой располагалась на
шельфовом леднике Модхейм - плаваю-
щем леднике толщиной около 200 м. Он
обнаружил, что температура льда повы-
шается от ее среднего многолетнего зна-
чения около -18°С у поверхности до тем-
пературы замерзания морской воды у
границы “дно ледникового покрова -
море” (-1.8°С). Однако это изменение не
было линейным, как предполагал Зубов.
Температура очень медленно повыша-
лась с глубиной в верхней части шельфо-
вого ледника, а затем стремительно уве-
личивалась в нижней части, по мере при-
ближения к дну ледника. Доктор Робин
показал, что измеренная температурная
кривая соответствует теоретической
кривой в условиях квазистационарнос-
ти теплового режима (температура, ак-
кумуляция снега у поверхности и тол-
щина льда постоянны) только тогда,
когда уравнение теплопроводности хоть
и не содержит производной по време-
ни, но включает в себя не только пере-
нос собственно теплопроводностью, но
и конвективный член, обусловленный
вертикальным движением льда от по-
верхности к дну ледника (из-за посто-
янного накопления снега на поверхно-
сти).
Эта статья на протяжении многих лет
считалась классикой гляциологии. На
рис. 2.3 изображен доктор Г. де К. Робин.
Глава 2
Описанный подход означает, что тепло переносится вертикально не только
благодаря теплопроводности, но и за счет постоянного вертикального движения
холодных частиц вниз, к дну ледника, вследствие деформации и растекания час-
тиц льда в поле тяжести. Толщина льда в этих условиях остается постоянной за
счет накопления снега на поверхности, приводящего к постоянному вертикаль-
ному конвективному движению холодного льда от поверхности к нижней, более
теплой части ледникового покрова.
Доктор Робин показал и то, что температура в толще и у дна ледникового
покрова Гренландии около Кэмп Сенчури, рассчитанная с помощью этого мето-
да находилась в хорошем соответствии с измеренным в этом месте распределе-
нием температуры по всей толщине ледника (температура у ложа ледника в этом
месте была ниже температуры плавления льда (рис. 2.1(B)).
Следует однако заметить, что если бы доктор Робин применил этот метод к
центральной части ледникового покрова Восточной Антарктиды, то его рассчи-
танная температура у дна оказалась бы выше температуры плавления льда (рис.
2.1(C)). А так как это противоречит физике, Робину потребовалось бы изменить
граничные условия у дна ледника. Ему пришлось бы включить некий сток тепла
на этой границе, то есть ввести скорость постоянного донного таяния, и сделать
величину скорости таяния на границе льда и коренной породы достаточно боль-
шой, чтобы температура у дна ледника понизилась и стала равна хотя бы темпе-
ратуре плавления льда. Но доктор Робин не рассматривал такой ледниковый по-
кров и поэтому не видел необходимости введения стока тепла у дна. Так и случи-
лось, что он “не дошел” до введения постоянного таяния у дна ледника и теоре-
тического обоснования существования подледниковых озер - они просто не были
ему нужны. Здесь следует упомянуть об удивительном феномене отсутствия у
гляциологов того времени даже желания говорить и думать о том, что у дна лед-
ника может идти непрерывное таяние, и граничные условия у дна могут быть
осложнены стоком тепла за счет плавления, величина которого должна опреде-
ляться из дополнительных соображений.
Когда доктор Робин опубликовал свою работу, посвященную этому вопросу, я
очень мало знал об антарктическом ледниковом покрове. Я в то время работал
над кандидатской диссертацией, связанной с проблемами плавления (испарения)
вещества головной части ракеты под воздействием высоких температур, которые
возникают при ее возвращении на Землю. Используя разнообразные материалы с
низкой температурой плавления, я изготовлял конусообразные и цилиндричес-
кие модели носовых частей ракеты и помещал их в струю горячих газов огром-
ных ракетных двигателей или в горячие сверхзвуковые воздушные потоки с по-
мощью специально сделанных для этих испытаний устройств. Я изучал, наблю-
дал, как за сверхзвуковыми скачками уплотнения расплавлялись изготовленные
модели и “метеориты” из различных материалов, и сравнивал результаты с фак-
тами, полученными при изучении настоящих ориентированных, т.е. не вращаю-
щихся метеоритов, которые попадают в аналогичные условия, когда достигают
атмосферы Земли (Зотиков, 1959).
В то время я еще не знал, что с точки зрения математической физики мои экспе-
рименты во многом схожи с природными экспериментами доктора Робина. Перенос
тепла через сжатый горячий воздух за головной сверхзвуковой ударной волной в
пространстве между волной и границей твердой конусообразной носовой части был,
Вода под центральной частью ледникового покрова
в основном, аналогичен переносу тепла через толщу льда от поверхности к дну ледя-
ного щита ледоразд ела Антарктиды, как это показано на рис. 2.4.
Скорость воздуха за
ударной волной - более 1000 м/сек
о
(U
га
о
о
G5
Диаметр
»
m
о
га
со
га
х
о
CD
о
Q
I
о
ф
S
о
о
о
чТ
О
О
о
X
к
ct
Ф
q
си
7/7/7 Ложе
ледника"
о s
Ш V-
к
о
(А) Ориентированный метеорит“Каракол”
(перевернут). Его диаметр примерно 15 см.
Скорость накопления
осадков приблизительно 5 см/год
(В) Антарктический ледяной щит.
Его диаметр приблизительно 2000 км.
Рис. 2.4. Сравнение плавления головной части ориентированного метеорита и таяния у дна
в центральной части антарктического ледникового покрова.
Случай “А” - ориентированный метеорит “Каракол” размером примерно 15 санти-
метров, (показан здесь вверх ногами). Каракол - название одного из метеоритов, который
автор использовал в своей работе (Зотиков, 1959). Через фронт сверхзвуковой ударной
волны в пространство между ударной волной и поверхностью метеорита при его падении
на Землю через плотные слои атмосферы непрерывно поступает воздух. Толщина воздуш-
ной прослойки между ударной волной и поверхностью метеорита порядка миллиметров,
зато скорость движения воздуха порядка тысячи метров в секунду. Вблизи передней зас-
тойной точки метеорита происходит постоянное плавление и разрушение поверхности ме-
теорита (плавление, испарение, сублимация).
Случай “В” - ледниковый покров Антарктиды. Его диаметр примерно 2000 километ-
ров. Через наружную поверхность ледяного щита в пространство между этой поверхнос-
тью ледяного покрова и нижней его границей (ложем ледника) непрерывно поступает лед.
Толщина ледяного щита порядка нескольких тысяч метров, зато скорость движения льда в
толще порядка сантиметров в год. У дна ледника в центральной части ледникового покрова
Антарктиды происходит постоянное таяние льда.
Глава 2
Первый успешный запуск искусственного спутника Земли и баллистической
ракеты и ее возвращение были произведены в 1956 г. Я получил степень канди-
дата технических наук в 1957 г. После этого началась эра новых, более совершен-
ных спутников и баллистических ракет, и, благодаря развитию этой перспектив-
ной отрасли, в ней появилось много новых рабочих мест. Но я испытывал разо-
чарование в своей работе, которое можно объяснить отчасти тем, что моя работа
была строго засекречена, отчасти тем, что я был одним из большого коллектива
людей, выполнявших одинаковую работу. После многих лет напряженной рабо-
ты над диссертацией в этой отрасли науки, требующей полной отдачи, у меня
появилось время оглянуться вокруг, и я вдруг обнаружил, что усилия части уче-
ных были направлены на изучение Антарктиды, и что уже запланирована первая
Советская антарктическая экспедиция как часть большой международной про-
граммы. Советская антарктическая экспедиция отражала участие Советского
Союза в Международном геофизическом годе (1957-1958).
И тут оказалось, что мой друг и коллега, альпинист, был принят в состав
Второй такой экспедиции в качестве руководителя группы по созданию новой
научной станции в центре ледникового покрова Антарктиды (я еще не знал тог-
да, что это должна была быть станция Восток). Я знал лишь, что эта станция
должна быть построена на ледяном плато на высоте 3500 м над уровнем моря,
поэтому ему и предложили эту работу. Я умолял его взять меня с собой как простого
члена его группы, говорил, что я согласен на любую работу: чистить снег, мыть та-
релки - одним словом, выполнять любые поручения, но в ответ услышал только “нет”.
Его отказ оказался в некотором смысле провидческим, потому что позже это
Провидение предоставило мне возможность работать в Антарктиде в качестве
ученого, а не просто быть одним из тех, кто открывал станцию Восток. Судьба
также предоставила мне возможность стать одним из первых ученых, еще в 1959
году поставивших ногу на поверхность ледового покрова озера Восток. А моему
другу альпинисту и его группе, в силу многих досадных обстоятельств, так и не
удалось попасть туда, они не дошли 300 км до станции Восток, а, значит, и до
озера Восток под ним. Вместо этого им пришлось построить маленькую стан-
цию Комсомольская, где они и оставили весь груз и вернулись назад в Мирный.
Несколько месяцев спустя, перед окончанием экспедиции, ее руководитель, А.Ф.
Трешников, знаменитый полярный исследователь, а впоследствии академик Ака-
демии наук СССР, создал новый санно-тракторный поезд из вездеходов и возгла-
вил поход для открытия станции Восток. Его группа достигла места, где должна
была быть станция Восток, и построила ее в конце лета 1957 г. С тех пор станция
работает непрерывно. На рис. 2.5 изображен академик А.Ф. Трешников.
Для меня лично главным итогом моих бесед с другом-альпинистом было то,
что я перестал думать, что в Антарктиде работают только герои. Раз друг может,
и я могу. В глубине души я наделся, что меня все-таки примут в состав антаркти-
ческой экспедиции. Я искал разные подходы, мне удалось напрямую выйти на
организацию, ответственную за формирование экспедиции и убедить научного
руководителя новой антарктической экспедиции в том, что я смогу применить
свои знания по вопросам переноса тепла для изучения теплового режима ледни-
кового покрова Антарктиды. Я был принят, и в конце 1958 г. отправился на свою
первую зимовку на станцию Мирный в качестве гляциолога-теплофизика 4-й
Советской антарктической экспедиции.
Вода под центральной частью ледникового покрова
Рис. 2.5. Академик А.Ф. Трешников, от-
крывший станцию Восток, которая
находится над озером Восток.
При изучении теплового режима
ледникового покрова Антарктиды мне
действительно очень пригодились мои
знания, полученные при исследовании
метеоритов. Оказалось, что механизмы
и безразмерные уравнения переноса
тепла через толстый ледниковый покров
Антарктиды в его центральной части
около ледораздела (Зотиков, 1962) ока-
зались такими же, как и уравнения теп-
лопереноса от горячей сверхзвуковой
ударной волны к твердой поверхности
головной части моих моделей головных
частей ракет или ориентированных ме-
теоритов. Особенно интересной и нео-
жиданной оказалась ситуация с безраз-
мерными числами Пекле, которые в
обоих случаях были больше 1. Безраз-
мерное число Пекле - это значение “ха-
рактерного” размера, умноженного на
“характерную” скорость, деленное на
коэффициент температуропроводности.
Число Пекле отражает отношение кон-
вективного теплопереноса к теплопере-
носу за счет теплопроводности.
Граничное условие для переноса
тепла между твердым телом моего “ме-
теорита” и жидкостью (слой воздуха между твердым телом и ударной волной)
было также важно в моей работе по изучению теплового режима ледникового
покрова. Ведь в это условие входили не только члены, определяющие потоки тепла
через твердый “метеорит” и обтекающий его воздух вблизи от границы их взаи-
модействия, но и сток тепла, обусловленный плавлением “метеорита”, когда при-
ток тепла к границе раздела превосходит его отток. Иными словами, при условии
квазистационарности процесса разница между величинами этих потоков затра-
чивалась на плавление поверхности твердого тела, т.е. носовой части моих “ме-
теоритов”. Это навело меня на мысль о разработке метода расчета тепловых ус-
ловий у дна ледникового покрова для того, чтобы определить, происходит ли такое
же плавление у этой границы, используя концепцию “критической толщины”
Зубова, но без его “слоя воды со льдом” (рис. 2.1(C)). И, рассчитав поле темпера-
тур в леднике, определяемое прохождением тепла через ледниковый покров с
учетом конвекции льда, я также хотел рассчитать скорость плавления (таяния
льда), если оно существует.
Вообще, плавление на границе сред было обычным явлением в той области
техники, из которой я пришел, и таяние льда на его границе с ложем казалось
мне тоже делом обычным. Я ведь не знал, что в гляциологии в то время примени-
тельно к дну ледникового покрова центральной Антарктиды это было “табу”. Ну,
а уж если есть непрерывное таяние льда, должны существовать и подледниковые
Глава 2
озера этой талой воды. Поэтому я легко вошел в мир толстых ледников - с тол-
щиной больше критической, - в которых шел процесс таяния льда у ложа. При
этом введенное Зубовым понятие “критической толщины” получило реальный
физический смысл. Для ледников, толщина которых превышает “критическую”,
характерным является таяние у ложа, хотя реальная толщина ледника при этом
может быть как угодно большой.
Анализ данных по температуре, толщине льда и ежегодному накоплению снега,
полученных во время движения по маршруту от станции Мирный к станции
Восток и далее до Южного полюса, с помощью уравнения теплопроводности с
учетом конвекции показан на рисунке 2.6.
(К
го
о
а>
го
ь _
I? ф
Ф Q.
Ф
5000
-- *1-
3000
о
о
2
i
О
о
2
о
го
X 2000
о
t
о
го
о
а
ф
X
о
О
ь
о
1200
^Критическая толщина
500 ZDOtT’ 2500 3000
Расстояние от ст. Мирный, км
Область постоянного донного таяния
1300__
500
^с1700
*****
140(
го
о
о
0
bt-’c
Рис. 2.6. Определение зоны постоянного донного таяния в центральной части антаркти-
ческого ледникового покрова.(3отиков, 1962). Кружки представляют данные, полу-
ченные во Второй (1957-1958) и Третьей (1958-1959) САЭ, точки - данные Четвер-
той (1959-1960) САЭ.
Вода под центральной частью ледникового покрова
Как видно из рисунка, толщина ледникового покрова в центральной его части
гораздо больше критической толщины (Зотиков, 1961). Это означало, что в дан-
ной области у дна ледникового покрова температура равна температуре таяния
льда, и поток тепла от дна ледника к поверхности меньше геотермического пото-
ка из-под него из-за высокого теплового сопротивления очень толстого леднико-
вого покрова. Разница между этими тепловыми потоками затрачивается на тая-
ние льда у дна ледникового покрова. Поэтому граничные условия у дна ледника
для этой области были изменены. Был включен некий сток тепла на нижней гра-
нице, то есть введена скорость постоянного донного таяния, и величина этой
скорости таяния на границе льда и коренной породы сделана достаточно боль-
шой, чтобы температура у дна ледника понизилась и стала равна как раз темпе-
ратуре плавления льда.
Итак, по расчетам оказалось, что во всей центральной области рассматрива-
емого ледяного щита идет непрерывное таяние льда у ложа. А дальше уже про-
сто было сделать вывод о том, что талая вода заполняет углубления в подледни-
ковом ложе и образует подледниковые озера. Часть воды перемещается к краям
ледникового покрова и снова замерзает. Станция Восток расположена как раз в
такой области (Зотиков, 1962).
Первые кривые распределения температуры по толщине ледника от поверх-
ности до дна ледникового покрова были рассчитаны для станций Восток и Ком-
сомольская еще тогда, в 1961 году, и показали, что температура у дна в обоих
случаях была равна температуре таяния
Рис. 2.7. Температурные профили по тол-
ще ледникового покрова на станци-
ях Восток и Комсомольская. Безраз-
мерная температура, равная нулю, со-
ответствует температуре плавления
льда у дна ледника (Зотиков, 1961).
льда (рис. 2.7).
Эти результаты стали известны
прессе. Ведущая московская газета
“Известия” в 1963 г. опубликовала
интервью со мной под заголовком
“Тает или не тает”. В статье говори-
лось, что, анализируя процессы пере-
носа тепла в ледниковом покрове
Антарктиды, наша группа сделала
интересный вывод о том, что у дна
ледникового покрова постоянно идет
процесс таяния, и можно предполо-
жить, что под ледниковым покровом
может быть море, наполненное пре-
сной водой и содержащее кислород,
который поступает в воду со льдом,
спускающимся с поверхности за счет
уплотнения. “Возможно также, что
в нем могут существовать неизвес-
тные формы жизни. Какие? Мы не
знаем..." (Тает или не тает, 1962).
Наши расчеты показали (Зотиков,
1962), что скорость постоянного тая-
ния у дна составляет примерно 1-4
мм льда в год. Первоначально этот
лед был образован на поверхности
Глава 2
ледникового покрова за счет выпадения и накопления снега. Во время снегопа-
дов на поверхности образовывался слой снега, который сначала превращался в
зернистый снег - фирн, а затем постепенно уплотнялся в кристаллический глет-
черный лёд. Измеренная плотность льда на границе лед/фирн была около 0,70-
0,75 х 103 кг/м3, т.е. относительно низкой, т.к. во льду было много разрозненных
пузырьков воздуха. Плотность чистого льда без пузырьков составляет 0,90-0,95 х 103
кг/м3. Это значит, что каждый объем растаявшего у дна льда содержит не менее
15% воздуха, при давлении, соответствующем поверхности ледникового покро-
ва. Отсюда несложно подсчитать объем этого воздуха в условиях давления под
ледниковым покровом (около 300 бар). Воздух этот поступает к дну ледника и
попадает при таянии льда в подледниковую воду. В этом смысле ледниковый
покров действует как гигантский воздушный компрессор высокого давления (Зо-
тиков, 1977). Этот воздух должен частично или полностью раствориться в воде.
Время, необходимое для такого “компрессионного цикла”, было порядка милли-
она лет. Это значит, что высота водяного столба, попадающего к дну ледника за
этот период, должна быть порядка 0.001 м/год х 1 000 000 лет = 1000 м, а высота
воздушного столба должна составить 15% от высоты водяного столба: 150 м при
давлении у поверхности или около 0,5 м при давлении 300 бар (давление у дна
ледника). Такой воздушный слой является незначительным, и воздух этот будет ра-
створен в воде, если мы не решим усложнить процесс следующим образом.
Ранее, в нашей прежней модели таяния у дна центральной части ледникового
покрова, мы упоминали, что эта область таяния окружена поясом льда, толщина
которого меньше критической. Мы также говорили, что вода из центральной части
перемещается в область более тонкого льда и постепенно снова замерзает (такой
лед отличается ото льда, образовавшегося за счет накопления и уплотнения сне-
га). Хорошо известно, что в процессе медленного замерзания воды из нее выде-
ляются все посторонние примеси. Поэтому возможно, что вода замерзает по кра-
ям ледникового покрова в виде слоя чистого льда, не содержащего газов. Эти слои
чистого льда, образовавшиеся при повторном замерзании воды, обычно наблю-
даются в перевернувшихся айсбергах. Если такой механизм повторного замерза-
ния талых вод существует, тогда логично предположить, что в конце концов про-
изойдет насыщение воды воздухом, и часть его образует пузыри сжатого воздуха
между водой и льдом над подледниковыми озерами Антарктиды по крайней мере
в некоторых местах. Это дает широкие возможности для разгула фантазии писа-
телей-фантастов (рис. 1.3). (К тому моменту было еще неизвестно, что газы при
давлении и температуре у дна ледникового покрова образуют растворяющиеся в
воде крио- и газо- гидраты) .
Когда я представил эти расчеты и гипотезы на заседании советского комите-
та по Антарктике в 1963 г., глава третьей советской антарктической экспедиции
Е.С. Толстиков, который руководил санно-тракторным походом к Полюсу отно-
сительной недоступности (станция Советская), взволнованно заметил:
“По завершении нашего похода мы решили взорвать на Полюсе относитель-
ной недоступности остатки неиспользованных взрывчатых веществ, предназ-
наченных для сейсмических работ, примерно около тонны. После взрыва мы ис-
пугались, так как поверхность льда под ногами стала ходить взад и вперед, и
изнутри раздались громкие, как бы предупреждающие об опасности звуки. Мы
почувствовали себя так, как будто мы находились на крыше купола, пустого
Вода под центральной частью ледникового покрова
внутри; и крыша эта, и купол были сильно повреждены взрывом. Мы почувство-
вали, что можем сейчас провалиться в пустоту... ”
В отличие от моряков старых времен, которые, рассказывая о диковинных
случаях, приключившихся с ними в различных частях света, радовались им и, не
стесняясь, верили всему, мы, участники собрания, постарались тогда дать наиме-
нее экзотичное “научное” объяснение этому событию типа “возможной интерфе-
ренции акустических волноводных слоев”. Однако и мы подумали на секунду,
что купол действительно пустой и наполнен воздухом под высоким давлением,
который должен быть над подледниковым озером. На рис. 2.8 приведена фото-
графия доктора Зотикова в тот момент, когда он работал над проблемой таяния
льда у дна.
Рис. 2.8. Доктор И.А. Зотиков в 1965 г. в библиотеке станции Амундсен-Скотт (Южный
географический полюс) во времена, когда он писал работы по подледному таянию.
Следующим этапом разработки проблемы таяния у дна в центральной ча-
сти Антарктиды явилась карта, представленная на Международном симпози-
уме ассоциации научной гидрологии в Обергургле (Зотиков, 1963), на кото-
рой была показана область постоянного таяния у дна в центральной части
ледникового покрова Антарктиды со скоростью несколько миллиметров льда
в год, занимающая сотни тысяч квадратных километров и охватывающая об-
ласти станций Восток, Бёрд и Амундсен-Скотт (Зотиков, 1963). Карта этой
области показана на рис. 2.9.
Интересно, что в тот момент возможность обнаружения жизни под леднико-
вым покровом не сильно волновала людей; их больше интересовали другие ас-
пекты этой работы (например, наличие слоя воздуха, находящегося под высоким
давлением над подледниковыми озерами или влияние таяния льда у дна ледника
на баланс масс ледникового покрова Антарктиды).
Глава 2
Рис. 2.9. Карта Антарктиды (Зотиков, 1963), на которой показаны зоны постоянного дон-
ного таяния льда в центральной части антарктического ледникового покрова.
1 - поток тепла к дну ледника снизу в 2 раза превышает средний геотермический
поток (104 мвт/м2). 2 - область таяния, рассчитанная в предположении, что снизу
поступает только средний для земной поверхности геотермический поток тепла
52 мвт/м2.
Такое же почти безразличное отношение к вероятности возможного существо-
вания жизни под ледниковым покровом разделяли и американские ученые, и ког-
да они проникли под ледяной покров и достигли дна ледника под станцией Бёрд,
и когда они достигли дна ледникового покрова над быстро движущимися ледя-
ными потоками в Западной Антарктиде и обнаружили там воду. Эти ситуации
сопоставимы, и их можно объяснить с помощью тех же механизмов.
Глава 3
Существует ли подледниковая вода в действительности?
Теоретическое предсказание существования подледниковой воды в центре
Антарктиды и, в частности, под станцией Восток было сделано в 1961 г., а под-
твердилось оно в 1968 г., когда под ледниковым покровом станции Бёрд ученые
действительно нашли воду.
Очень важные данные для понимания гляциологических процессов в ледни-
ковом покрове в районе станции Восток были получены А.П. Капицей в 1959 г.,
когда он провел первое сейсмическое исследование этой области, используя для
этого новый подход. На основании результатов сейсмического зондирования,
выполненного им в Антарктиде ранее, он пришел к выводу, что размещение дат-
чиков близ поверхности ледникового покрова является источником ошибок при
обработке отраженных сигналов из-за фонового шума на сейсмограммах. Для того,
чтобы уменьшить шум, он разместил их как можно глубже под поверхностью
ледникового покрова, некоторые на глубине до 40 м. Специальная установка шне-
кового бурения скважин для размещения датчиков была доставлена им на стан-
цию Восток, и после этого качество сейсмограмм заметно повысилось. А.П. Ка-
пица (Капица, 1961) показал в 1958 г., что толщина ледникового покрова под стан-
цией Восток была около 3700 м, а не 2000 м, как считалось ранее. На рис. 3.1
представлена фотография А.П. Капицы.
Во время второй серии сейсмических исследований по изучению толщины
льда на станции Восток в 1964 г. А.П. Капица записал два отражения от дна ле-
дяного щита, расположенные на разной глубине. Интерпретируя эти отражения,
он посчитал верхнее отражение, расположенное на глубине 3750 м, отражением
от нижней границы льда с лежащими ниже осадочными породами, определен-
ной им же за 4 года до этого, а нижнее - от нижней границы слоя промерзших
осадочных пород (Капица, 1968), которые, по его мнению, занимали простран-
ство между этими отражениями.
Только через 30 лет научный мир узнал, что пространство между этими дву-
мя отражениями заполнено водой озера Восток. До этого времени сейсмограмма
никогда не публиковалась, и с ней не могли работать другие ученые. Сейсмог-
рамма, полученная в 1964 году, была реинтерпретирована ее автором в связи с
результатами первого международного совещания, посвященного изучению озе-
ра Восток только в 1994, и в этот раз интерпретация показала, что верхнее отра-
жение - это отражение от границы лед/вода, а “слой осадочных пород” является
500-метровым слоем воды озера Восток. Сейсмограмма, подтвердившая существо-
вание толстого водного слоя под ледниковым покровом станции Восток, была
Глава 3
Рис. 3.1. Доктор А.П. Капица
в 1993 году во время
работы над повторной
интерпретацией сейс-
мограмм, полученных
представлена доктором Капицей на заседании На-
учного комитета по изучению Антарктиды - СКАР,
состоявшемся в Риме в 1994 г. Это сообщение было
с большим воодушевлением принято и получило
одобрение участников заседания, а его публикация
произошла в 1996 г. в той самой заметке в журна-
ле “Nature”, рассказом о которой мы начали пер-
вую главу. (Kapitsa at al., 1996 г.). Сейсмограмма эта
показана на рис. 3.2.
Я до сих пор удивляюсь, что ни доктор Капи-
ца, ни я не попытались интерпретировать это вто-
рое нижнее отражение тогда, в 1964 году, с точки
зрения теории существования донного таяния и
подледниковых озер. Мы оба думали об этом, и
находились рядом друг с другом, но не пошли в
этом направлении дальше размышлений. А ведь к
тому моменту уже была опубликована даже наша
совместная работа, в которой мы оба обсуждали
на станции Восток.
вопрос постоянного таяния льда у дна ледниково-
го покрова под станцией Восток. Но, думая о под-
ледниковых озерах, мы считали, что это очень неглубокие озера, образно говоря,
мы шли на охоту на вальдшнепов, а нам навстречу вылетел глухарь, и мы не
приняли его за дичь.
А ведь мы с доктором Капицей в 1963 году даже предложили проект Подлед-
ной автономной станции (ПЛАС) с атомным нагревателем для проникновения в
ледниковый покров Антарктиды со станции Восток ко дну ледника и изучения
слоя воды возможного подледникового озера.
По нашему замыслу ПЛАС должна была содержать в себе комплекс различ-
ных автоматических измерительных приборов и устройств, помещенных в спе-
циальный контейнер, снабженный автономной установкой, вырабатывающей
энергию, необходимую для протаивания. ПЛАС протаивала бы лед и шла вниз в
толщу ледника под действием своего собственного веса.
Мы считали, что в качестве энергетической установки можно будет исполь-
зовать небольшой атомный реактор. Расчеты показали, что при достаточной мощ-
ности ПЛАС сможет проникнуть к нижней поверхности ледникового покрова
Антарктиды в его центральной области за один-два месяца. Не нужно было бы
бурить никакой скважины, ведь ПЛАС протаивает лед вниз, потому что находит-
ся все время на дне каверны, заполненной талой водой, вес станции больше, чем
вес вытесняемой ею воды, а талая вода, находящаяся над ним, снова замерзала
бы. Научная информация при этом могла передаваться на поверхность беспро-
водным способом. Этот проект, горячо поддержанный академиком П.Л. Капицей,
был рассмотрен на специальном заседании Института атомной энергии (теперь
Курчатовский институт) Академии наук СССР с участием будущего академика
Н.Н. Пономарева-Степнова и был одобрен. Более того, Институт атомной энер-
гии согласился предоставить для этого проекта имеющийся у них атомный
реактор мощностью около 100 кВт. Этой мощности было вполне достаточно
для контейнера ПЛАС диаметром в 0,9 м, но этот проект так и не был осуще-
Существует ли подледниковая вода в действительности?
Двойное время пробега, секунды
10 20 24 22 20 2-4 2b 26 27 28 2© i i
«О m у ) AM" V*""' .
Ct ж и 10 О 7Л u*iV с Ь so -cfc-T" 2£ m 1 . •' Л t -- - -
* 'Vl * .V— " .v Л- и • и 1 1 •
• e • »• 1• • .• *» —L-l'" •••'
Отражения от дна озера
Первые отражения от границы лед-вода
Рис. 3.2. Сейсмограмма, полученная доктором Капицей на станции Восток в 1964 г., по-
вторно обработанная им в 1994 г. и представленная на заседании Научного комитета
по изучению Антарктиды в 1994 г. На рисунке показан участок 24-канальной сейс-
мической записи с двумя нижними отражениями в нижней части сейсмограммы.
Пространство между “первыми отражениями” и “вторыми отражениями” в 1965 г.
было интерпретировано как слой осадочных пород (Капица, 1968). Эта точка зрения
не вызывала возражений вплоть до 1993 г. В 1994 г. первые отражения этого рисун-
ка былы реинтерпретированы как отражения от границы лед-вода. На рисунке запи-
сана информация, полученная от сейсмодатчиков, размещенных по вертикальной
линии в скважине на глубине от 49 до 2,5 м и расположенных в 180 м от места
взрыва. Запись охватывает период от 1,85 до 2,9 сек после взрыва 5 кг заряда ТНТ на
глубине 39 м. 12 сейсмодатчиков, расположенных по горизонтали с интервалом в 20
м, записали такие же отражения, которые здесь не показаны. Отражение от дна лед-
никового покрова, интерпретированное как отражение от границы лед-вода достиг-
ло сейсмодатчика, расположенного на самой большой глубине (49 м) первый раз
приблизительно за 1,91 сек. Затем оно поднималось вверх вдоль линии датчиков до
поверхности, откуда оно отражалось снова вниз и достигало самого глубокого дат-
чика (49м) через 50 мсек. Это давало среднюю скорость около 2200 м/сек, типичную
для волн сжатия (Р) в верхней части (50 м) фирна, который расположен в этой обла-
сти. Примерно через 45 мсек после первой волны была зафиксирована вторая серия
волн такой же интенсивности и продолжительности в результате первичного отра-
жения от поверхности взрыва, произведенного на глубине 39 м. Не отмечалось су-
щественного возврата энергии в промежутке времени между 2,00 и 2,63 сек, когда
более слабая серия волн проходила вверх и вниз по датчикам с одинаковой скорос-
тью. Это подтверждает тот факт, что это волны сжатия (Р), единственный вид волн,
которые проникают сквозь воду, а не поперечные волны (PS), которые иногда фик-
сируются при отражениях от шельфовых ледников (Kapitsa at aL, 1996).
ствлен. Наша ошибка заключалась в том, что проект изначально рассматри-
вался нами как национальный проект (ведь шла “холодная война”, и атомный
реактор относился к разряду закрытых, секретных проектов). ПЛАС так и не
была построена. По идее проникновения через лед с ней можно сопоставить
сконструированный позднее Филбертом (Philberth, 1974) “термозонд”, элект-
рический источник энергии которого находился на поверхности, но тепло
выделялось у забоя, и весь запас кабеля, соединяющего термозонд с поверх-
ностью, размещался тоже внизу. Термозонд, опускаясь, протаивал лед под
собой, выпуская вверх кабель как паук паутину. Поэтому кабель был неподви-
жен относительно скважины, вода над термозондом замерзала, и скважина не
сохранялась.
Глава 3
Атомный реактор и был как раз тем элементом, который не позволил довести
наш проект ПЛАС до конца. Уже тогда, в 60-е годы он являлся предметом серь-
езного беспокойства с точки зрения экологии потому, что мы еще не знали, как
нам извлечь ПЛАС на поверхность после того, как станция достигнет нижней
поверхности ледника. Мы не могли оставить его в антарктических глубинах,
потому что Договор об Антарктике запрещал захоронение в Антарктиде радио-
активных отходов или атомных станций. Но само создание этого проекта говори-
ло о том, что мы всерьез задумывались о существовании озера под ледниковым
покровом, которое потом, на протяжении многих лет, так и не было открыто.
Через 12 лет, в 1975 году, мы снова обсудили эту идею. Проблема возвраще-
ния ПЛАС на поверхность ледникового покрова была решена, когда автор пы-
тался опубликовать свою книгу по теплофизике ледников (Зотиков, 1986). В од-
ной из глав книги обсуждалась возможность захоронения радиоактивных отхо-
дов в центральной части Антарктического ледникового покрова (Weertman et al.,
1974; Zeller et al., 1973) с точки зрения теплофизики (затопление контейнеров с
радиоактивными отходами на дно ледникового покрова проплавлением ими льда
за счет выделения энергии этими радиоактивными отходами. Все, связанное с
захоронением радиоактивных отходов, было в то время засекреченным в Совет-
ском Союзе. Автор дошел до самого высшего руководства Комитета по атомной
энергии Советского Союза и показал свою рукопись заместителю председателя
этого комитета, профессору Е. Л. Морохову. Было обсуждено много вопросов, в
том числе ПЛАС и проблема его возвращения. Через несколько минут у Морохо-
ва было готово решение: ПЛАС протаивает свой путь во льду, потому что его вес
больше веса вытесняемой им воды, именно поэтому он тонет в воде образуемой
им каверны, и поэтому каверна перемещается вниз. Если на дне ледникового
покрова или в подледниковом озере его вес будет уменьшен так, что он станет
весить меньше веса воды, вытесненной им, он начнет плавать в каверне с водой.
Если мы переместим теплообменник реактора в его верхнюю часть, ПЛАС нач-
нет протаивать лед в каверне в обратном направлении, то есть вверх (развитие
этой идеи см. в Главе 11 и рис. 11.7).
Возвращаясь к середине 60-х, должен заметить, что я провел вторую антарк-
тическую зимовку на станции Мак-Мёрдо в 1965 г. как ученый в рамках програм-
мы обмена. Во время этой зимовки я пытался использовать самодельные буры
для бурения скважин на краю шельфового ледника Росса около станции Мак-
Мёрдо и тесно общался с группой ученых Лаборатории по научному и инженер-
ному исследованию холодных районов Армии США (КРРЕЛ), занимающихся
бурением льда. КРРЕЛ в то время имела самое лучшее буровое оборудование,
которое имелось на тот момент в мире, и поэтому скоро эти ученые начали буре-
ние на станци Бёрд, в центральной части Западной Антарктиды, с задачей дос-
тичь дна ледника, получить керны льда, провести измерения температуры льда и
т.д. Толщина ледникового покрова там оставляла более 2000 м, и, по моей карте,
станция размещалась в области постоянного донного таяния. Мы с ними обсуж-
дали этот вопрос, но я чувствовал, что буровики не принимают мои предположе-
ния о таком таянии всерьез.
Прошло еще два года, и 2-го февраля 1967 г. на станции Берд была соору-
жена большая 87-футовая (29 м) электромеханическая установка для бурения
льда. Это была первая попытка достигнуть дна ледникового покрова в цент-
Существует ли подледниковая вода в действительности?
aiHii
Крепление кабеля
Инклинометр
Электромотор
Центробежная помпе
Керноприемник
Коробка
снижения
оборотов
Сигнальное
устройство
Режущие зубья
Рис. 3.3. Американская электрическая буровая ус-
тановка на станции Бёрд, (фотография из
работы Ueda and Garfield, 1969). В 1968 г. с
помощью этой установки удалось проник-
нуть на глубину более 2000 м, достичь дна
ледника и обнаружить подо льдом воду.
ральной части Антарктиды. На рис. 3.3. показаны некоторые элементы этого
бурения.
Отчет об этом бурении (Ueda and Garfield, 1969) начинался так:
29 января группа ученых КРРЕЛ, занимающихся бурением, успешно проникла
ко дну ледникового покрова Антарктиды на станции Бёрд на глубину 7100 фу-
тов (2367 м).
Эти слова с гордостью были написаны в начале отчета, в котором описыва-
лись проблемы, связанные с бурением. Большая часть буровых работ была вы-
полнена с помощью электромеханической буровой установки вращательного бу-
рения, которую КРРЕЛ купила в 1964 г. у компании “Reda Pump Со”, которая
находится в г. Бартлесвилл штата Оклахома. Она была изобретена главой компа-
нии, г-ном Армаисом Арутюновым, инженером-нефтяником, работавшим когда-
то на промыслах Баку. После усовершенствования для бурения во льду и испыта-
Глава 3
ний установка использовалась для проникновения под ледниковый покров Грен-
ландии на станции Кэмп Сенчури в 1966 г. (Ueda and Garfield, 1968, 1969), и после
дальнейших модификаций она была установлена на станции Берд для бурения
антарктическим летом 1966-1967 и 1967-1968 г.г.
Стоит отметить, что основными целями бурения, выделенными в этом от-
чете, были: (1) пробурить в ледниковом покрове скважину до дна ледника,
позволяющую проведение измерений теплового режима и движения льда в лед-
никовом покрове и относительно ложа; (2) получить цельный, неповрежден-
ный ледяной керн, пригодный для изучения физических, структурных и гео-
химических характеристик льда; и (3) провести эксперименты, которые в бу-
дущем позволят извлекать атмосферные газы (такие, как углекислый газ), зах-
ваченные ледниковым льдом, что необходимо для определения возраста льда
(Ueda and Garfield, 1969).
Возможность обнаружения воды у дна ледникового покрова или заинтересо-
ванность в ее обнаружении и опасности, связанные с ней, не были выделены среди
основных целей этой работы. Но в отчете отмечалась такая возможность - текст
отчета гласил:
28 января 1968 г. на глубине 7082 фута (2360,7 м) были отмечены первые
частицы пород подледного ложа... При последующем бурении на глубине 7101
фут (2 367 м) было отмечено внезапное падение мощности бурения и соответ-
ствующее сильное увеличение натяжения троса, что указывало на резкое изме-
нение материала породы, в которую вошли режущие зубья бура. Позже, после
анализа всех последующих событий, мы пришли к выводу, что это был слой воды
толщиной менее фута. Через несколько минут мощность снова увеличилась, и
бурение продолжилось до глубины 7105 футов (2368 м). После этой работы был
получен ледовый керн общей длиной 7,5 футов (2,5 м), в котором были вмерзшие
в процессе подъёма к поверхности обломки камней и грунта. Керн подледниково-
го ложа достать не удалось.
К моменту проведения следующего спуска бура, через несколько часов после
предыдущего, остановленного в связи с необходимостью ремонта оборудования,
было отмечено, что уровень жидкости в скважине поднялся с высоты 630 фу-
тов (210м) до 313 футов (104,3 м) от поверхности. Уровень гликоля, находяще-
гося в скважине, поднялся с 5743 футов (1914 м) до 5557 футов (1852 м)...
Через 30 лет после этого драматического события, в 1977 г., я пробурил сква-
жину через шельфовый ледник Росса на глубину 416 ми, столкнувшись с водя-
ным слоем всего в нескольких метрах от воды океана под ледником, испытал те
же трудности, с которыми встретились ученые при бурении на станции Бёрд (Зо-
тиков, 1979). Появление воды значило, что я достиг уровня существования под-
ледниковой воды, и последовавший в результате подъём уровня жидкости в сква-
жине вел к тому, что вода вскоре войдет в контакт с более холодными частицами,
находящимися в верхней части скважины, и замерзнет. Необходимо было удалить
все оборудование из скважины как можно скорее - до замерзания воды, чтобы
избежать его повреждения или даже безвозвратной потери. Но всё стало объяс-
нимым и понятным нам только теперь, после того, как мы проработали в этой
области более 30 лет.
Стоит процитировать дальнейшие комментарии из отчета по бурению сква-
жины на станции Бёрд в конце января 1968 г.:
Существует ли подледниковая вода в действительности?
...На различных поверхностях бурового инструмента были отмечены при-
знаки ржавчины - феномена, с которым ранее никогда не сталкивались. Един-
ственным видимым признаком, по которому можно было судить о типе подлед-
ной породы, была тонкая глинистая пленка на поверхностях бурового инстру-
мента...
Вода, находящаяся в скважине, попала в некоторые части бурового инстру-
мента и замерзла при его подъеме, что привело к серьезным последствиям...
Разрушение частей бура большими распирающими силами, обусловленными за-
мерзанием воды в буре, создало дополнительные проблемы и привели к задерж-
кам в работе... Из-за боязни окончательно потерять бур мы 2 февраля 1968 г.
прекратили попытки получения подледникового керна.
Так случилось, что в начале 1968 г. я закончил черновой вариант моей док-
торской диссертации (Зотиков, 1968), основной темой которой был показ того,
что у ложа центральной части антарктического ледникового покрова Восточной
Антарктиды существует непрерывное таяние льда. Был уже назначен день пред-
варительной защиты на Ученом Совете Арктического и Антарктического науч-
но-исследовательского института (ААНИИ) в Ленинграде - очень важная для меня
дата - 11 июня 1968 г. Но на этой защите должно было присутствовать много
ученых, которые не верили в существование донного таяния и воды у дна цент-
ральной части антарктического ледникового покрова, и я уже получил длинный
абсолютно отрицательный отзыв от ведущего гляциолога страны по этому воп-
росу профессора П.А. Шумского, основной вывод которого был: подледниковое
таяние в центральной Антарктиде не может быть никогда. И мне намекнули, что
весьма сомнительно, что моя точка зрения найдет понимание и отклик среди
большинства членов Ученого Совета ААНИИ.
Но незадолго до защиты я получил очень своевременную и важную телеграмму
от моих американских друзей и коллег, входивших в состав группы по бурению
в Антарктиде. Они писали мне, что достигли дна антарктического ледникового
покрова на станции Бёрд и неожиданно для них обнаружили там воду.
Я приберег это сообщение ко дню защиты, и в нужный момент ученый секре-
тарь зачитал его уже на самой защите. Может быть, именно поэтому Ученый Совет
проголосовал за меня единогласно. И все-таки неуверенность некоторых ученых
была настолько велика, что для утверждения моей защиты в Высшей аттестаци-
онной комиссии потребовалось еще два года.
Что касается бурения на станции Бёрд, то работы были полностью свернуты,
т.к. часть инструмента, без которого невозможно было продолжать работу, выш-
ла из строя и не подлежала восстановлению. Контракт с производителями обору-
дования не был продлен, и весь их накопленный опыт и знания были потеряны,
а самая удачная в мире в то время программа бурения ледового покрова была
прекращена.
Потребовалось еще 15 лет после этого, чтобы американская антарктическая
программа восстановилась и встала вровень с программами глубокого бурения
других стран.
Мне редко встречались статьи, в которых в то время упоминалось существо-
вание воды под ледниковым покровом станции Бёрд. В этих статьях не говори-
лось о том, что было нужно сделать для того, чтобы вода не попала в скважину,
и как уследить за тем, чтобы ее уровень в скважине был всегда таким, как нужно.
Глава 3
Например, повышение высоты столба незамерзающей буровой жидкости, кото-
рая вводится в скважину для компенсации горного давления, сможет уберечь
скважину от ее смыкания и замерзания жидкости внутри бурового инструмента.
Кроме того, надо отметить, что никто тогда, во время бурения на станции Бёрд,
не упоминал о существовании живых организмов в той воде - удивительно, но
об этом начали говорить только через десятки лет.
Глава 4
Открытие подледниковых озер
радиолокационным зондированием
Прошло около 10 лет с момента выхода в свет первой публикации, посвящен-
ной теории таяния у дна ледникового покрова и существованию подледниковых
озер в центральной части Антарктиды до момента нового открытия в этой обла-
сти. Все началось с использования радиовысотомеров для определения высоты
полета самолетов надо льдом в Антарктиде. Пилоты заметили, что в показаниях
этих высотомеров наблюдались ошибки при полетах над ледниками или айсбер-
гами на малых высотах. Отклонения от нормы объяснили как результат наложе-
ния радиоотражений-помех от дна и внутренних неоднородностей ледника на
основное отражение от верхней поверхности ледника. Это навело на мысль, что
при выборе соответствующей частоты и соответствующего оборудования радио-
локационное зондирование можно будет использовать для изучения толщи лед-
никовых покровов.
Первое экспериментальное открытие, сделанное с помощью этого метода, -
это открытие нескольких подледниковых озер под центральной частью леднико-
вого покрова Антарктиды группой британских ученых под руководством докто-
ра Г. де К. Робина, в то время директора Института полярных исследований им.
Скотта (Кембриджский университет) и автора знаменитой статьи, посвященной
тепловому режиму ледниковых покровов Гренландии и Антарктиды (Robin, 1955).
Группа Института полярных исследований им. Скотта работала в тесном сотруд-
ничестве с Электромагнитной лабораторией Технического университета Дании и
Управлением полярных программ Национального научного фонда США (НСФ).
Такое сотрудничество было очень продуктивным, так как подразумевало сочета-
ние опыта в конструировании электронных приборов и антенн Технического
университета Дании, новых разработок в области оборудования Института по-
лярных исследований им. Скотта и логистические возможности американского
самолета С-130 “Геркулес” для установки оборудования и осуществления поле-
тов на дальние расстояния над ледниковым покровом Антарктиды, используя их
высокоточные инерциальные навигационные системы (ИНС) (Robin et al., 1977).
Это было еще до развития систем спутниковой навигации типа GPS, когда нави-
гация над местностью, не имеющей никаких отличительных признаков, была
затруднительна, особенно в тех случаях, когда требовалась точная привязка к
местности. Поэтому большинство полетов, показанных на рис. 4.1 проводилось с
пролетом над станцией Восток и привязкой к ней, что служило гарантией сокра-
щения навигационных ошибок.
В результате этих полетов были получены километры пленок, на которых точки
отражения радиоволн при постоянном мониторинге ледникового покрова во вре-
мя полетов зафиксированы в зависимости от времени. На пленках видна граница
льда с ложем ледника, а также многочисленные, почти параллельные отражения
Глава 4
Рис. 4.1. Маршруты полетов по проведению радиолокационного зондирования при иссле-
довании Антарктиды в 1967-1975 г. (Robin et al., 1977). Сокращения: RIS - шельфо-
вый ледник Росса; антарктические научные станции: В - Бёрд, С - Купол С,
D - станция Дюмон Дюрвиль, Н - Холли Бэй, М - Мак-Мёрдо, S - Южный полюс,
V - Восток.
от неких внутренних слоев. Судя по отражениям, полученным от дна ледниково-
го покрова, дно было неровным, с впадинами и выступами, отличающимися по
высоте до 500 м, на участках протяженностью до 300 км.
Вид и интенсивность отражений сильно отличались, становясь в некоторых
местах горизонтальными. Область, в которой особенно сильны были отражения
такого типа, находилась около станции Советская в центральной части Восточ-
ной Антарктиды, где толщина льда была около 4200 м. Доктор Робин с коллега-
ми объяснили это отражением от границы лед-вода.
При дальнейших исследованиях, проводимых во время полевых сезонов 1971/
1973 г., было показано, что ровные гладкие поверхности (длиной в несколько
километров) с высоким коэффициентом отражения находятся и в других местах
Восточной Антарктиды (Oswald and Robin, 1973).
Изучение особенностей отражений от дна ледника продолжилось в полевые
сезоны 1974/1975 гг. Анализ 17 случаев при изучении Восточной Антарктиды,
когда форма донных отражений была почти горизонтальной, показал, что все они
Открытие подледниковых озер радиолокационным зондированием
Озеро
Рис. 4.2. Данные радиолокационного зондирования, на которых показано подледниковое
озеро (Г. де К. Робин, 1993). Горизонтальная ось соответствует маршруту полета
самолета, с которого велась радиолокация ледяного покрова, вертикальная ось -
направлению посыла радиолокационного сигнала вниз к леднику, через его толщу.
Нижняя граница светлой, горизонтальной полосы в верхней части рисунка соответ-
ствует поверхности ледника. Четко выраженный сигнал с выступами и впадинами
интерпретирован как отражение от границы лед-подстилающая его порода. Левая
часть этого отражения, представляющая почти горизонтальный, расположенный
наиболее глубоко участок, была интерпретирована Г. де К. Робином как озеро.
отмечались в областях, где ложем служила скалистая порода, и скорость движе-
ния ледника была небольшой (это означает, что эрозионная деятельность мала).
Доктор Робин и его коллеги объяснили такие отражения от дна ледника как отра-
жения от подледниковых озер (рис. 4.2).
К сожалению, глубина озер оставалась неизвестной, потому что радиосигнал
в воде не распространяется. Было только понятно, что толща воды больше длины
волны радиосигнала то есть превышала несколько метров.
Как отмечалось ранее, многие полеты по проведению радиолокационного
зондирования были произведены в период 1971/1972 и 1974/1975 гг. около стан-
ции Восток, потому что из-за отсутствия необходимых средств навигации поле-
ты приходилось корректировать визуальным контактом со станцией. Во время
многих из этих полетов были зарегистрированы “отражения от воды”, как под
самой станцией, так и в некоторой области недалеко от нее. Это навело доктора
Робина и его коллег (1977) на мысль, что в этой области находится большое под-
ледниковое озеро, центр которого располагается на расстоянии около 190 км на севе-
ро-северо-запад от станции Восток, и озеро это простирается до самой станции.
Глава 4
Итак, отдельные следы того, что сейчас известно как озеро Восток, были
найдены уже тогда с помощью радиолокационного зондирования, но в то время
этого еще никто не принял всерьез.
Давайте проанализируем ситуацию, сложившуюся вокруг станции Восток:
было известно, что большинство полетов по проведению радиолокационного
зондирования начиналось и кончалось вблизи станции Восток, и каждый из них
подтверждал наличие воды у дна ледникового покрова в этом месте. Однако по
результатам сейсмического зондирования ледникового покрова станции Восток,
проводившегося в 1964 г., был сделан вывод о наличии у дна не воды, а заморо-
женных осадочных пород. Такое расхождение вызывало сомнения в результатах
обработки данных радиолокационного зондирования, потому что традиционно
считалось, что данные сейсмического зондирования точнее тех, что дает зонди-
рование радиолокационное.
Несмотря на это несоответствие, доктор Робин продолжал настаивать на су-
ществовании большого подледникового озера, обращая особое внимание на дан-
ные, полученные во время полета под номером 130 по линии “А-А” (рис. 4.3 и
8.1). Он полагал, что этот полет проходил по продольной оси озера и пересекал
его в самой середине. А сейсмическое зондирование, выполненное на станции
Восток, по его мнению, могло проводиться в стороне от озера. Однако его мне-
ние о том, что этот полет проходил над озером, было в значительной степени
субъективным, никак не зафиксированым.
Дело в том, что при полете номер 130 (линия А-А) над предполагаемым озе-
ром в основной камере непрерывной радиолокационной записи заело пленку, и
хотя наблюдатель видел на экране “водяное отражение”, но большую часть вре-
мени полета запись на пленку не была произведена, факт наличия подледниково-
го озера не был зафиксирован (работа Закона Паркинсона?). Лишь когда самолет
пролетел почти все озеро, эта неполадка была устранена, и камера записала “во-
дяное отражение”, но это было только у самого берега озера. Доктор Робин опи-
сывал эту историю так: “...в одной из камер записи заело пленку, и часть време-
ни полета она не работала, но сложилось такое впечатление, что отражения
от озера поступали непрерывно во время полета по линии А-А (показано на
рис.4.3/ Тщательная обработка записей 1971-1972 г. также показала наличие
отражений от воды при полетах вблизи озера. Мы считаем, что эти отраже-
ния были получены от непрерывного водного резервуара - большого озера, дли-
ной около 180 км и шириной около 45 км” (Robin et al., 1977). Теперь можно ска-
зать, что Робин видел отражение от озера Восток по всей его длине, но не зафик-
сировал его. Интересно, что на борту имелась и все время работала еще одна
камера, которая проводила через равные промежутки времени дискретные фото-
графии радиолокационных отражений от нижней границы ледника. За время
пролета над озером было получено около ста фотографий, показывавших поло-
жение и форму отраженного от дна сигнала. Если бы эти фотографии были ис-
пользованы в работе (Robin et al., 1977), вопрос о существовании сплошного озе-
ра по всей длине А-А не вызывал бы сомнений. Однако пленка эта затерялась и
была найдена доктором Робином и автором этой книги в архивах Полярного ин-
ститута имени Скотта лишь через 20 лет, когда заново пересматривались первич-
ные материалы в связи с подготовкой конференции по подледниковым озерам 1996
года (подробно об этом в главе 8). Это ли не аналогия с тем, что случилось с
Открытие подледниковых озер радиолокационным зондированием
Рис. 4.3. Карта полетов доктора Робина над станцией Восток.
1. (Верхняя часть рисунка); карта, на которой показано расположение следов подлед-
ных озер по данным радиолокационного зондирования в области ледяного щита на северо-
северо западе от станции Восток (Vostok St.). Буквой “В” показано положение центра ледя-
ного купола В (Robin at al., 1977). Линиями со стрелками показаны маршруты полетов в
полевых сезонах 1971-1972 и 1974-1975 гг. Утолщенные отрезки линий полетов указыва-
ют места отражений, соответствующих подледным озерам. Пунктирными линиями показа-
на высота ледяного щита в метрах над уровнем моря.
2. (Нижняя часть рисунка): положение солнца и самолета при которых Р.В. Робинсон
замечал с самолета на поверхности ледяного щита изменения (Робинсон, 1960), которые
мы считаем обусловленными наличием под ним подледпикового озера.
сейсмограммой А.П. Капицы 1964 года? Это ли не удивительное влияние Закона
Паркинсона на многое, что связано с озером Восток? А может быть просто всему
свое время?
Но вернемся теперь снова к поискам озера. База самолетов, проводивших
радиолокационное зондирование под руководством доктора Робина, находилась
на станции Мак-Мердо, и мне посчастливилось быть там в тот момент (я как раз
вернулся с полевых работ по Американской программе исследований шельфово-
го ледника Росса).
Доктор Робин рассказывал мне тогда о результатах своих исследований, а я
поделился с ним своей идеей обнаружения следов больших подледниковых озёр
Глава 4
на поверхности ледяного щита визуальным наблюдением с низко летящего само-
лета. Я рассказал ему о том, что во время моей первой зимовки в составе Совет-
ской антарктической экспедиции в 1958 г. Р.В. Робинсон - главный штурман авиа-
ционного отряда нашей САЭ - рассказывал мне, как он и другие пилоты при
полете со станции Мирный на станцию Восток заметили несколько относитель-
но больших площадей на плоской поверхности ледникового покрова, которые
существенно отличались по виду от остальной его части. Эти участки всегда были
на одном и том же месте, летчики даже использовали их для навигации и назы-
вали “озёрами”. (Робинсон, 1960).
Однако эти “озёра” можно было видеть только при полете на малой высоте
под низком углом зрения и при определенном положении солнца. В письме ре-
дактору Информационного бюллетеня Советской антарктической экспедиции
Робинсон упомянул, что “... к числу природных меток на поверхности конти-
нента, помимо гор и горных хребтов, относились также и овальные углубления
с пологими "берегами”, длина которых была 10-12 км, и глубина 20-30 м. Эти
необычные углубления летчики между собой иногда называли "озерами”. Эти
озера хорошо различимы с высоты - они выглядят как точки на белом фоне
ровной поверхности, особенно когда курсовой угол самолета по отношению к
Солнцу составляет около 180°” (Робинсон, 1960). Я был не согласен с его слова-
ми о том, что глубина озер не более 20-30 м, потому что с поверхности их никто
не обследовал. Слова “углубления” и “глубина” в статью, скорее всего, добавил
сам редактор перед тем, как опубликовать его письмо. Из того, что рассказывал
мне Робинсон о видимой разнице между “берегами” озера и самим “озером”, я
сделал вывод, что это могло бы быть вследствие изменения оптических характе-
ристик, а не только из-за изменения высоты поверхности.
Мы с Р.В. Робинсоном провели вместе целый год в Антарктиде, что дало мне
дополнительную возможность поразмышлять об этих “озёрах”. К сожалению,
вскоре после того, как эта его статья вышла в свет, он погиб в авиационной ката-
строфе в Арктике, а его короткая, в одну страничку, статья забылась. И только
через 15 лет после опубликования ее, здесь, в Мак-Мердо, я понял, что “озёра”
Робинсона на поверхности центральной, следовательно, самой толстой части
ледникового покрова Антарктиды, а также возможное открытие доктором Роби-
ном большого подледникового озера около станции Восток, несли в себе четкое,
простое и очень важное сообщение: конечно же подледниковое озеро, размер
которого на один-два порядка больше, чем толщина ледникового покрова над ним,
должно быть “прозрачным”, т.е. видимым с поверхности. Условия движения лед-
никового покрова по шероховатой наклонной поверхности массивного ледника и
того, который плавает в воде подледникового озера, существенно отличаются. И
эта разница должна быть видна на поверхности, если размер озера достаточно
велик по сравнению с толщиной слоя льда над ним.
И было странно, что эта мысль не пришла в голову ни Р.В. Робинсону, ни мне,
когда мы обсуждали эти “озёра” в 1959 г., потому что к тому времени я уже знал
о постоянном донном таянии льда ледникового покрова Антарктиды и возмож-
ном наличии подледниковых озёр.
Итак, мы уплыли из Антарктиды, и я не попросил Робинсона показать его
карты полетов, чтобы увидеть места расположения озёр, так как считал, что у
нас впереди еще много времени. А вскоре после этого он погиб. Потом я пытался
Открытие подледниковых озер радиолокационным зондированием
получить подтверждение существования озёр от его пилотов, но никто из них не
мог сказать мне ничего определенного. Я понимал, почему Р.В. Робинсон держал
всю информацию при себе. Р.В. Робинсон был выпускником кафедры Полярных
стран географического факультета МГУ и собирался работать над кандидатской
диссертацией в этой области.
Но в 1975 г., находясь на станции Мак-Мердо, я, в память о моем друге, пред-
ложил Робину попытаться обнаружить на поверхности ледникового покрова
Антарктиды признаки существования его огромного подледникового озера. Док-
тор Робин с воодушевлением отнесся к этой идее, и вскоре мы с ним выполнили
специальный полёт для обнаружения видимых признаков озера. Именно “специ-
альный”, потому что для того, чтобы воспроизвести условия полетов Р.В. Робин-
сона на самолете С-130, мы должны были совершить полет на высоте сотни мет-
ров над поверхностью антарктического плато, что требовало очень больших зат-
рат горючего и было даже опасно для такого самолета. Позднее доктор Робин
писал об этом так:
Во время наших разговоров на эту тему ... доктор И.А. Зотиков привлек мое
внимание к отчету мистера Робинсона (1960), ... в котором он отмечал суще-
ствование углублений в неглубоком снежном покрове на территории станции
Восток..,
В ходе полетов над поверхностью большого подледникового озера мы полу-
чили визуальное подтверждение его наблюдениям - по "берегам " озера снег был
белее, что в некоторых случаях совпадало с результатами радиолокационного
зондирования. Мы предположили, что эти "озёра” были видимыми благодаря
тому, что плоская однородная поверхность ("озеро”) и плавные уклоны ("бере-
га ”) выглядели по-разному. Это можно было объяснить изменениями отража-
тельной способности, вызванными разницей относительного угла падения сол-
нечных лучей между двумя поверхностями, или изменениями структуры, связан-
ными с различной скоростью накопления снега.
Существование подледникового озера нельзя было определить безошибочно,
потому что, к сожалению, при проведении радиолокационного зондирования во
время этого полёта заело пленку в одной камере, но создавалось впечатление,
что отражения от озера поступали непрерывно на большей части прерываю-
щегося сечения А-А (рис. 4.3)... Мы считали, что эти отражения идут от прак-
тически непрерывного водного резервуара длиной около 180 км и шириной около
45 км.
Следовало ожидать, что отсутствие трения о ложе ледника на такой боль-
шой территории должно определенным образом повлиять на верхнюю поверх-
ность ледникового покрова, а в нашем случае сделать ее почти горизонтальной,
поэтому относительно горизонтальную верхнюю поверхность можно считать
правдоподобным результатом. Наши измерения недостаточно точны, но пока-
зывают средний уклон поверхности над озером менее 1 на 2000, по сравнению с
общим региональным значением 1 на 700. (Robin et al., 1977)
Большая территория, на которой имеются признаки “воды” у дна и где был
обнаружен эффект Робинсоновского “озера”, видимый с низко летящего самоле-
та, отмечена доктором Робином (рис. 4.3 (1)) на карте темным цветом. Теперь мы
знаем, что там расположено озеро Восток. Поэтому чем-то близким к открытию
озера там, где сейчас озеро Восток, стала публикация этих исследований (Robin
Глава 4
Рис. 4.4. Места размещения подледниковых озёр Антарктиды, определенные с помощью
радиолокационного зондирования (Siegert, 2001). Озёра сконцентрированы в мес-
тах, где ледник наиболее толст, и около ледоразделов.
et al. (1977) в престижном журнале “Philosophical Transactions of the Royal Society
of London”. Она могла бы стать, но не стала. Многие читали эту статью, но она
не вызвала резонанса в научном мире - видимо, было еще рано.
Несколькими годами позже студент доктора Робина, МакИнтайр, составил
карту Восточной Антарктиды, на которой было нанесено большое подледнико-
вое озеро как раз в том месте, где сейчас находится озеро Восток (McIntyre, 1983;
Siegert et aL, 1996) (см. рис.4.4). И это озеро на карте МакИнтайр было названо
озером Восток за 11 лет до того, как это название появилось в остальной литера-
туре. Но и это исследование прошло почти незамеченным.
Глава 5
Необходимость переинтерпретации сейсмических данных
Частью программы работы спутника ERS-1 была точная радиолокационная
альтиметрия поверхности Земли. Наклонение орбиты спутника позволяло изучать
большую часть антарктического ледяного щита. В своей работе Ридли и др. (Ridley
et al., 1993) обобщили эти альтиметрические данные и математически суммиро-
вали результаты, полученные с большого числа разных орбит. Это позволило им
создать очень точную карту поверхности ледникового покрова Антарктиды - с
точностью до 0,5 м в пределах площади 10 км2. Линии равных высот на этой карте,
без всякого сомнения, указывали на то, что существует плоская, почти горизон-
тальная поверхность плавающего ледникового покрова в зоне, где доктор Робин
отмечал отражения, которые он интерпретировал как отражения от воды в 1971—
1972 и 1974-1975 гг. Этот ледниковый покров сильно отличается от склонов лед-
никового щита, лежащего на твердом грунте. Четкие берега озера отмечены ли-
нией небольших углублений со стороны выше по течению льда и линиями мяг-
ких холмов с противопорложной стороны озера. В дополнении к этому он взял
карту с изолиниями равных высот ледникового покрова Антарктиды и смодели-
ровал вид сбоку, как бы с самолета, летящего на малой высоте, нанеся тени, ко-
торые соответствуют положению солнца под низким углом. И вдруг, неожидан-
но, стало понятно (рис. 5.1), что наземный след объекта, похожего на большое
озеро овальной формы длиной более 200 км и шириной около 50 км, существует
в районе станции Восток, на северо-северо запад от нее.
И примерно в это же время Королевское общество Великобритании и Акаде-
мия наук СССР подписали соглашение о начале программы предоставления гран-
тов. В соответствии с этим соглашением советский ученый мог подать заявление
на получение гранта Королевского общества Великобритании и в счет покрытия
расходов отработать определенный период времени в Великобритании, при ус-
ловии, что его пригласит известный ученый из какого либо уважаемого британс-
кого института. Я выразил свою заинтересованность в работе по проблеме под-
ледниковых озер в Институте полярных исследований им. Скотта, и доктор Ро-
бин дал согласие на мое 6-месячное пребывание в Великобритании.
Статья доктора Ридли, его карта, свидетельствующая о наличии предполага-
емого “озера”, имеющего овальную форму, мой приезд в институт и накоплен-
ные данные - все это дало доктору Робину основания для организации одноднев-
ного совещания в Кембридже, посвященного обсуждению научных проблем, свя-
занных с существованием озера. Ведь оставались сомнения в реальности нали-
чия озера (т.е. в том, есть ли там достаточно большой слой воды); следовало так-
же обсудить и другие, относящиеся к озеру вопросы. Американские ученые име-
ли опыт работы по изучению ледяных потоков в Западной Антарктиде и сравни-
Глава 5
Рис.5.1. Карта Антарктиды в изометрической проекции, сделанная на основании косми-
ческих радиолокационных альтиметрических снимков, полученных со спутника
ERS-1 (Ridley et al., 1993). Подробности топографии, включая озеро Восток, сдела-
ны более четко видимыми.
вали их с реками - струя льда двигалась относительно быстро на фоне медленно
перемещающегося окружающего ледникового покрова. Отражения, полученные
от дна этих ледяных потоков при радиолокационном зондировании имели плос-
кие участки, характерные для отражений от воды. Однако глубокое бурение до
дна не обнаружило наличия реального слоя воды в таких струях; был обнаружен
лишь слой, состоящий из множества мелких частиц, похожих на донную морену
и пропитанных в нижней части талой водой, возникающей за счет тепла, выделя-
ющегося при трении о ложе движущегося на большой скорости льда (Blankenship
et al., 1986).
Озеро под станцией Восток было расположено на расстоянии более 100 км от
ледораздела, и лед поступал в озеро со скоростью около 3 м/год (данные были
получены на основании простых расчетов). Впоследствии они были подтвержде-
ны результатами экспериментов, проведенных на озере Восток. Это не очень
высокая скорость, но она говорит о том, что в ледяном покрове постоянно обра-
зуются частицы морены на границе лед-ложе, которые захватываются потоком
движущегося льда и с ним приносятся в озеро и осаждаются в нем (рис. 5.2). Но
оставался вопрос о том, сколько эрозионного материала было перенесено, и как
долго продолжался этот процесс.
При подготовке совещания мы оценили, какой была бы глубина озера, если
бы в него не попадали продукты эрозионной деятельности ледника в виде дон-
ной морены, приносимой ледником в озеро сверху, от ледораздела ледяного щита.
Мы брали пленки отражений от дна ледника, полученные доктором Робином в
1971-1972 и в 1974-1975 гг. во время полетов по проведению радиолокационно-
го зондирования, и определили, что средняя “шероховатость” - разница высот
Необходимость переинтерпретации сейсмических данных
10
Рис. 5.2. Схематическое изображение подледникового озера в центральной части толстого
ледяного щита антарктического типа (Зотиков, 1986): (1) углубление в коренной по-
роде подо льдом (резервуар озера); (2) коренная порода; (3) толщина ледникового
покрова; (4) частицы, которые попадают на границу коренной породы и ледниково-
го покрова; (5) верхняя поверхность ледникового покрова; (6) граница “озера”, спро-
ецированная на поверхность ледника; (7) верхняя поверхность ледникового покрова
над озером (см. гл. 4); (8) направление движения льда; (9) подледниковое озеро; (10)
слой осадков на дне озера.
поверхности самых высоких и самых низких частей “сухого” дна Восточной Ан-
тарктиды - около 500 м на базе в 300 км (приблизительная длина озера Восток).
Было оценено также, что ледяной покров, движущийся над озером, мог при-
нести сверху около 100 м осадочных пород и отложить у берега озера, располо-
женного выше по потоку льда, и значительно меньше у противоположного бере-
га. И хотя эти расчеты были очень грубы, они указывали на то, что озеро по всей
вероятности не полностью заполнено продуктами эрозии ледника, и что в нем
остается место и для воды. Это и был наш уровень представления об озере на
момент проведения совещания “Геофизическое изучение озера Восток”. И тогда
же в первый раз озеру было дано это имя - так удобнее было называть его. Никто
из участников этого совещания не возражал против такого названия, так как для
всех озеро было тесно связано со станцией Восток. Я было предложил назвать
его “Озером Робинсона”, в честь человека, который первым обнаружил на повер-
хности признаки, указывающие на существование подледниковых озер, и кото-
рый вскоре после этого погиб при выполнении служебного долга, изучая поляр-
ные страны. Его отец был англичанином, а мать - русской, и в некотором смысле
он символизировал тесное русско-британское сотрудничество в деле изучения
этого озера. Но доктор Робин со мной не согласился, и я убежден теперь, что
название “озеро Восток” много лучше. Интересно отметить однако, что к концу
2004 г. это название еще не было принято официально органами, занимающими-
ся географическими наименованиями.
Вот как описано озеро Восток в отчете о Совещании:
Совещание рассмотрело существующий уровне знаний и предложило даль-
нейшее изучение вопроса, чтобы расширить границы нашего понимания этого
“самого удаленного озера Земли ”... Площадь озера составляет около 10 000 км2,
что равно примерно 1/3 территории озера Байкал в Азии. Оно лежит под при-
мерно 4 км льда севернее станции Восток. Глубина слоя воды неизвестна, но
Глава 5
похоже, что она в среднем составляет от нескольких десятков до первых сотен
метров.
Совещание было организовано Институтом полярных исследований им. Скотта
Кембриджского университета и проходило в здании Британской Антарктической
службы. На нем присутствовали: Г. де К. Робин и П. Кларксон (Институт Скот-
та); И.А. Зотиков и А.П. Капица (российские ученые, работавшие в Институте
Скотта); Дж. Ридли (Космическая лаборатория Милларда); а также С. Доак,
Д. Вогхан, Б. Сторей, А.М. Смит, Е. Кинг и Д. Дж. Дрюри (Британская Антарк-
тическая служба). В повестку дня совещания входило 5 основных вопросов:
(1) обзор данных; (2) геофизическая интерпретация данных; (3) дальнейшие про-
граммы; (4) долгосрочные цели и (5) выводы.
Сейчас интересно вспомнить, как выглядело краткое изложение этих пунктов
в отчете о Совещании, сделанном Г. де К. Робином и И.А. Зотиковым 29 ноября
1993 г.
(1) Обзор данных. Во время первых советских полетов над территорией Ан-
тарктиды в 1959 г. были отмечены овальные углубления с границами с неболь-
шим уклоном, или “берегами”, которые служили для летчиков естественными
навигационными метками на ледниковом покрове, хотя и не были отмечены на
карте (Робинсон, 1960). Интенсивное изучение подледникового рельефа с помо-
щью радиолокационного зондирования с самолетов, проведенное по программе,
разработанной Национальным научным фондом США (НСФ) - Институтом по-
лярных исследований им. Скотта Кембриджского университета (СПРИ) - Техни-
ческим университетом Дании (ТУД), позволило найти отдельные сильные отра-
жения, соответствующие наличию воды под ледником по маршруту полетов про-
тяженностью в сотни километров. Они являлись особым типом отражений от
границы слоя льда с водой, глубина которой была не менее 1 м. Первые такие
отражения были получены во время полевого сезона 1967-1968 г. около станции
Советская. 17 “подледниковых озёр” были зарегистрированы после сезона 1971—
1972 г., когда их характеристики обсуждались более детально (Oswald and Robin,
1973). Во время полевого сезона 1974-1975 г. подобные отражения найдены по
маршруту некоторых полетов и обозначены толстыми участками линий полетов
на рис. 5.3. Возможное существование большого подледникового озера также
показано в работе Робина с соавторами (Robin et al., 1977). Толщины льда там
изменялись в пределах от 3600 до 4200 м. Отмечалась также относительно ров-
ная ледниковая поверхность над подледниковым озером. Все данные этих поле-
тов по толщине льда и высотам поверхности в цифровой форме в настоящее вре-
мя сохранены в компьютере Британской Антарктической Службы. Материалы по
работе любой секции могут быть представлены по любому запросу доктором
Д. Вогханом (БАС), а все оригиналы пленок и данные о полетах архивированы в
Полярном институте имени Скотта.
(2) Геофизическая интерпретация данных. Карта высот поверхности лед-
никового покрова Антарктиды, полученная с помощью спутниковой альтимет-
рии с ERS-1, дала подробную информацию об изолиниях высот вплоть до 82°
южной широты. На рис. 5.3 показана карта этого района вблизи станции Восток.
Она построена с использованием около 2700 высотных отметок поверхности, со
средней вероятностью ошибки до 2 м. Ошибки уменьшаются до 0,2 м в плоской
центральной части озера. Эти ошибки связаны с топографией местности. Поми-
Необходимость переинтерпретации сейсмических данных
Рис. 5.3. Карта с изображением зоны озера Восток
по состоянию на 1993 г. Изолинии высот по-
верхности реконструированы Ридли с соав-
торами (Ridley et al., 1993) на основе данных,
полученных с спутника ERS-1. Показаны так-
же маршруты полетов по проведению радио-
локационного зондирования. Толстыми уча-
стками линий показаны места получения
сильных отражений от дна, соответствующих
наличию воды под ледником (Robin at al.,
1977). Затемненная область - предполагаемое
озеро.
мо этого, следует также учиты-
вать ошибку, связанную с орби-
той спутника, которая составля-
ет ±15 м. Очень интересным на
этом Совещании было обсужде-
ние возможной глубины пред-
полагаемого озера. Все данные
теоретических расчетов, а так-
же результаты радиолокацион-
ного зондирования, проведен-
ного доктором Робином, указы-
вали на то, что в этом месте
должно быть озеро. Если это
так, это могло бы стать одним
из главных географических от-
крытий конца XX века. Но хотя
данные, полученные доктором
Робином, показывают суще-
ствование озера под станцией
Восток, сейсмические данные
Капицы говорят об отсутствии
озера. В то же время сейсмичес-
ким данным больше доверия,
чем к данными радиолокацион-
ного зондирования. Скептики
считают, что результаты сейс-
мических данных по другим
областям, которые обрабатывал
доктор Робин, и где он обнару-
жил озера, также могут быть
отрицательными. Такое же со-
мнение выразили и редактора
журнала “Nature”, отказавшись
принять рукопись доктора
Робина, посвященную откры-
тию озера Восток, сделанного
на основании оценки данных
по отложению осадков леднико-
вой эрозии, полученных нами.
Свой отказ редакторы журнала
объяснили тем, что они уже
публиковали статью о подлед-
никовых озерах этого автора
несколько лет назад, и пообеща-
ли опубликовать представлен-
ную статью об озере под и у
станции Восток только при ус-
Глава 5
ловии, если в ней будут новые доказательства существования озера, полученные
независимым путем (например, определение толщины слоя воды сейсмическим
зондированием). Однако это дополнительное подтверждение пока невозможно
получить. Такое положение возникло из-за интерпретации сейсмического зонди-
рования, проведенной доктором Капицей на станции Восток (1968). И все же
какой-то ответ был получен и в отчете о совещании он описан так:
...Измерения толщины льда с помощью сейсмического зондирования прово-
дились доктором Капицей на станции Восток и в трех других местах вдоль и
вблизи западной границы озера (1968). Он интерпретировал второе, более глубо-
кое отражение, полученное при сейсмическом зондировании на территории стан-
ции Восток, как отражение от мерзлого слоя осадочных пород, но имеющаяся
на данный момент информация говорит о том, что его можно объяснить и
отражением от дна озера, слой воды в котором около 70 м. Поэтому надо про-
сить доктора Капицу провести повторную интерпретацию своих сейсмог-
рамм 1964 года.
На расстоянии 50 км от мест, где были проведены два других зондирования,
слой снега был очень мягким, и затруднял движение санно-тракторного поезда.
Это могло быть связано с тем, что поверхность здесь была плоской, почти
горизонтальной и эффект стокового ветра - скатывания воздуха со склона -
здесь был минимальным, а значит и плотность снега минимальной.
Капица присутствовал на совещании, согласился с такой просьбой Совеща-
ния об переинтерпретации, и пообещал еще раз проверить свои данные, о чем
свидетельствует его следующее высказывание:
... На основании настоящей новой информации можно сделать предположе-
ние, что отражение идет от слоя воды толщиной около 70 м. Я повторно
переинтерпретирую эту сейсмограмму и три других, сделанных у границы озе-
ра, когда приеду в Москву. К сожалению, однако, я не уверен что эти сейсмог-
раммы сейчас существуют. Весь мой научный архив, за исключением двух ящи-
ков уничтожен пожаром на моей даче, и целы ли эти сейсмограммы, я не знаю.
(3) Будущие программы изучения озера. В качестве основных задач после-
дующего изучения были поставлены такие: (а) в течение месяца-двух провести
более точную оценку данных; (б) провести повторную обработку данных радио-
локационного зондирования, особенно по уточнению координат и топографии ок-
ружающей местности; (в) результаты сейсмического зондирования в области озера
должны быть повторно пересмотрены группой доктора Капицы в Москве.
В качестве второстепенных задач стояло получение дополнительных полевых
данных стандартными методами в ближайшие годы, (а) Определение поверхно-
стного движения с помощью спутников в выбранных точках, используя оборудо-
вание, имеющееся у партий, работающих на поверхности, или сброшенное с са-
молета. Применить новый способ радарной интерферометрии с помощью радара
с синтетической апертурой (САР) со спутника ERS-1 для измерения скоростей
таким образом, как это было сделано для ледяного потока Ратфорда, что позво-
лило бы получить важные и ценные данные с малыми затратами. Доктор Доук
(Британская Антарктическая Служба) должен выяснить, возможно ли это.
(б) Определение толщины льда: необходимо дополнительное радиолокационное
зондирование с воздуха для более точного определения топографии берегов озе-
ра и прилежащих склонов. Это следует сделать как можно скорее. Важно выяс-
Необходимость переинтерпретации сейсмических данных
нить, являются ли маленькие участки озёр около станции Восток (рис. 5.3) от-
дельными озёрами или они - части одного большого озера, (в) Толщина слоя воды:
лучшим методом для этого будет сейсмическое зондирование. Эти измерения
могут дать информацию о происхождении и толщине слоя донных осадков и
строении подледникового ложа, (г) Длительный мониторинг с помощью пробу-
ренной на станции Восток скважины. Провести длительный (10-100 лет) мони-
торинг геотермического теплового потока и микросейсмической и акустической
активности. Это измерения приобретает особую ценность по мере приближения
датчиков к подледниковому озеру.
(4) Долгосрочные цели. Основная долгосрочная цель - изучение геофизики
и биологии системы озера. Поскольку применение методов дистанционного зон-
дирования, которые мы уже обсуждали, поможет лишь расширить наши знания
об озере, прямой отбор образцов для изучения химических и биологических
свойств и постоянный мониторинг воды озера с помощью помещенных в нее
приборов может считаться одной из главных долгосрочных целей. Для этого тре-
буется найти лучший способ отбора проб из озера. Особое внимание следует
уделить вопросу предотвращения загрязнения воды озера при попадании в нее
инородного материала, такого, например, как буровая жидкость при глубоком
бурении.
До того, как существующая на территории станции Восток скважина будет
углублена до уровня озера, решение этой проблемы должно быть найдено, в про-
тивном случае потребуется разработка нового способа бурения и отбора проб.
(5) Заключение. Существование самого изолированного от нашего мира озе-
ра на Земле, озера вблизи от станции Восток, приблизилось к стадии его под-
тверждения с помощью геофизических методов. Но для того, чтобы сделать окон-
чательное заключение о толщине слоя воды в нем, нам нужны более точные зна-
ния. Рекомендуется сначала проверить, полностью ли использованы имеющиеся
данные (в течение следующих года-двух). Дальнейшая программа геофизичес-
ких исследований содержится в пункте (3), и ее выполнение может быть начато
в это же время и продолжено на протяжении 2-5 лет. Для выполнения этой про-
граммы может также потребоваться разработка новых методов для отбора проб
воды и донных осадков, а также средств длительного мониторинга, но это после
того, как будут решены связанные с этим технические проблемы - возможно, это
начнется через 5-10 лет.
Глава 6
Толстый слой воды под станцией Восток существует!
Просто было написать в нашем отчете о Совещании слова “пересмотреть
результаты сейсмических данных, полученных на станции Восток”, но на самом
деле такая возможность могла и не представиться в связи обстоятельствами, воз-
никшими в прошлом. Доктор Капица публично пообещал, что он сделает все
возможное для выполнения этой задачи, но он также упомянул, что эти сейсмог-
раммы хранились в его личном архиве на даче, а она была частично уничтожена
огнем. Очень вероятно, что, по закону Паркинсона, эти драгоценные данные могли
быть утеряны. Тем не менее, Ее Величество Удача повернулась к нам лицом, как
это не раз случалось в отношении озера Восток, и доктор Капица обнаружил эти
сейсмограммы в целости и сохранности.
Пересмотр результатов сейсмического зондирования, полученных в 1964 г. на
станции Восток, был завершен через 30 лет, в 1994 г., в Москве и Кембридже.
Сейсмика очень четко зафиксировала P-волну второго отражения, что вместе с
подтверждающими существование подледникового озера данными, полученны-
ми при радиолокационном зондировании вблизи предполагаемого озера, свиде-
тельствовало о наличии слоя воды глубиной даже не 70, а более 500 метров под
толщей ледникового покрова. Это было окончательным подтверждением суще-
ствования озера (рис. 3.2).
В том же 1994 г. на XXIII заседании СКАР, проходившем в сентябре в Риме,
доктор Капица представил свою переинтерпретацию данных на разных рабочих
группах СКАР, и удивительная новость о существовании 500-метрового слоя воды
под станцией Восток поразила всех делегатов и гостей заседания.
В связи с этим открытием профессор В.М. Котляков, как делегат СКАР от
России, привлек внимание делегатов СКАР от других стран к феномену озера,
подчеркнув огромный интерес для науки, которой оно представляло и само по
себе, и потому что его изучение было частью выполняющейся программы буре-
ния ледяного керна на станции Восток.
Он попросил делегатов высказать свое отношение к изучению феномена под
названием “Озеро Восток”, объяснив, что этот вопрос связан с тем, что озеро
находится прямо под российской станцией, и что вот уже на протяжении 25 лет
советская (а теперь российская) экспедиция проводила здесь глубокое бурение.
К тому времени глубина скважины была более 2500 м при общей толщине льда
3750 м. В результате этой дискуссии и с учетом отчета о совещании в Институте
полярных исследований им. Скотта в ноябре 1993 г. делегаты СКАР приняли
“Рекомендации СКАР XXIII-12”, которые были адресованы российскому, фран-
цузскому и американскому национальным комитетам. О важности этих рекомен-
даций вы можете судить из следующего:
. Толстый слой воды под станцией Восток существует!
Рекомендации СКАР XXIII-12, связанные с сообщением о существовании
подледникового озера под станцией Восток.
Признавая чрезвычайную научную ценность глубокого бурения ледяного керна
на станции Восток, и в связи с этим признавая, что бурение, проводимое для
изучения озера Восток, возможно, изолированного от атмосферы Земли милли-
оны лет или больше, также будет иметь огромную научную ценность; признавая
также и тот факт, что озеро ни в коем случае не должно быть загрязнено буровой
жидкостью, как и то, что в данный момент нижняя часть скважины находится
еще на расстоянии 1000 м от дна ледникового покрова, СКАР рекомендует рос-
сийскому, французскому и американскому национальным комитетам:
(1) проводить бурение ледяного керна на станции Восток до глубины, при
которой не будет нарушена экологическая чистота данного озера;
(2) не проводить бурение глубже этой отметки до тех пор, пока не будет
проведено углубленное научное изучение этого вопроса и оценка воздействия
бурения на окружающую среду;
(3) должно быть проведено совещание для обсуждения всех аспектов ситу-
ации, сложившейся вокруг озера.
В рекомендациях предполагалось, что глубокое бурение на станции Восток
будет продолжено, но вместе с этим отмечалась необходимость предотвращения
проникновения бурового оборудования и попадания буровой жидкости в воду
озера или загрязнения озера любым другим способом до тех пор, пока ученые не
закончат научное изучение этого вопроса, а также не разработают технические
методы для экологически чистого проникновения в озеро, и пока не будет изго-
товлено оборудование в соответствии с этими методами.
После неформальных консультаций решили, что лучшим местом для проведения
встречи ученых будет Кембридж. Доктор Хипп, в то время директор Института по-
лярных исследований им. Скотта, писал в своем письме 30 марта 1995 г.:
В ответ на мое предложение профессор Котляков, председатель Российско-
го национального комитета по СКАР, выразил согласие на проведение совеща-
ния для обсуждения вопросов, затронутых в “Рекомендациях СКАРXXIII-12”, в
Институте полярных исследований им. Скотта 22-24 мая 1995 г. Профессор
Миллер, руководитель рабочей группы по гляциологии СКАР, согласился быть
председателем этого собрания. Совещание, являющееся продолжением неофи-
циальной встречи в Кембридже 23 ноября 1993 г., позволившей переоценить
данные, должно поддержать “Рекомендации СКАРXXIII-12”. Цель проведения
совещания, в работе которого будут участвовать 15-20 ученых, представляю-
щих различные отрасли науки, - разработать серьезные положения и рекомен-
дации основным национальным комитетам и СКАР относительно научной цен-
ности бурения для изучения озера и его осадочных пород. Так каку нас осталось
мало времени, я обсудил вопрос о составе участников с Игорем Зотиковым, Гор-
доном Робином, Владимиром Котляковым, Клодом Лориусом, Бобом Ратфордом
и Питером Кларксоном (исполнительный секретарь СКАР)...
Глава 7
Глубокое бурение на станции Восток
Станция Восток
Станция Восток расположена прямо над озером Восток, и доступ к озеру
обеспечивает скважина, пробуренная на глубину 3663 м. До озера остается слой
льда толщиной 130 м. Вспомним, что же это за станция, и какова была история
бурения скважин во льду со станции.
Станция Восток находится на полюсе холода нашей планеты (Саватюгин и
Преображенская, 2008). Это место назвали полюсом холода, потому что это са-
мое холодное место на Земле. Средняя температура в августе -68°С, и минималь-
ная температура, которая также считается рекордно низкой температурой на Зем-
ле, была зафиксирована в 1974 г.: -89,4°С. Станция расположена в центральной
части ледникового покрова Восточной Антарктиды. Высота станции над уров-
нем моря около 3500 м, и толщина слоя льда под станцией примерно 3750 м. Это
означает, что ложе ледникового покрова находится в этом месте ниже уровня моря,
и станция находится так высоко над уровнем моря только благодаря толщине слоя
льда. Скорость накопления осадков на станции Восток около 2,4 см/год". Эту об-
ласть можно назвать ледяной пустыней из-за столь низкого уровня осадков. Тем-
пература на глубине немного понижается (на отметке 48 м составляет -57,13°С)
по сравнению со средней температурой поверхности (-56°С), а еще глубже, на
отметке 507 м, уже становится выше (-53,7°С). Далее температура постепенно
растет, становясь у дна ледникового покрова равной температуре таяния льда, что
при соответствующем этой глубине давлении (около 300 бар) составляет -2,4°С.
Начиная с 1957 г. и заканчивая сегодняшним днем, станция Восток работает
постоянно. Она была закрыта только на протяжении одной полярной зимы 1962-
1963 г. в связи с трудностями финансирования. На следующее лето станцию вновь
открыли под давлением ученых, и с тех пор она непрерывно работает. С 1957 по
1995 г. доставка провианта и топлива на станцию каждый год производилась
санно-тракторными поездами из поселка Мирный. Ученые и персонал доставля-
лись на станцию российскими двухмоторными самолетами, не способными пе-
ревозить большие объемы грузов.
С 1996 г. по 2000 г. Российская Антарктическая экспедиция (РАЭ) испытыва-
ла трудности в доставке продуктов и топлива, но благодаря помощи США удава-
лось проводить работы на станции постоянно. Между Россией и США было под-
писано специальное соглашение по выполнению совместной программы буре-
ния и совместному использованию ледяного керна для научного изучения. В со-
ответствии с этим соглашением доставка оборудования и грузов на станцию не-
сколько лет производилась с помощью американских самолетов С-130 Геркулес.
Основной целью бурения ледникового покрова на станции Восток до 1996 г.
было получение ледяного керна с различных глубин для изучения изменений
Глубокое бурение на станции Восток
климата, температурного режима ледникового покрова Антарктиды и других
параметров в зависимости от времени. Изучение изменений во времени по ана-
лизам кернов с различных глубин базируется на двух положениях. Первое осно-
вано на том, что существует строгая взаимосвязь между глубиной, с которой взят
ледяной керн и временем, которое прошло с того момента, когда лед находился
на поверхности в виде снега (Nye, 1959; Dansgaard, 1964). Второе положение
основано на наличии четкой связи между отношением стабильных изотопов кис-
лорода 16 и кислорода 18 в снегу, находящемся на поверхности ледникового по-
крова и температурой на этой поверхности (Dansgaard, 1964; Dansgaard et al., 1973)
и знании того, что каждая частица льда на любом горизонте сохраняет такое же
отношение кислорода 16 к кислороду 18, которое она имела, когда была на по-
верхности.
Первая попытка бурения ледникового покрова на станции Восток была сде-
лана начальником станции В.С. Игнатовым в середине зимы 1958 г. (Игнатов,
1960). Он прикрепил груз к электрическому нагревателю и поместил это устрой-
ство на поверхность льда. Ему удалось протаять верхний слой ледникового по-
крова на глубину 40 м, образовав скважину, в которой не было воды. Очевидно,
вода уходила из скважины, просачиваясь сквозь стенки. Но тепловое бурение не
могло быть проведено глубже, потому что талая вода на более глубоких горизон-
тах, где фирн превращался в непроницаемый для воды лед, не уходила из сква-
жины и оставалась в ней. А тепло, которое выделялось от бурового инструмента,
только увеличивало диаметр скважины.
Стало понятно, что для дальнейшего использования установки теплового
бурения для получения более глубоких скважин требовалось найти способ уда-
ления воды из скважины. Под руководством А.П. Капицы несколько скважин
глубиной до 40м были пробурены на станции Восток к концу 1959 г. с помощью
шнекового бурения. Автор в конце 1959 г. пытался проводить бурение на стан-
ции Восток с помощью установки теплового бурения, оснащенной насосом для
откачки талой воды из нижней части скважины в резервуар для сбора воды, рас-
положенный в верхней части термобура. Однако насос отказал на глубине 50 м,
и бурение пришлось прекратить.
Глубокое бурение и изучение ледяных кернов на станции Восток
Первое успешное бурение глубокой скважины на станции Восток с помощью
установки теплового бурения, оснащенной насосом для откачки талой воды из
нижней части скважины, которую можно было также использовать и для извле-
чения керна, было начато в 1970 г.
В создании этой установки, ее изготовлении и проведении глубокого бурения
на станции Восток активное участие принял Ленинградский горный институт и
его кафедра бурения, руководимая профессором Б.Б. Кудряшовым.
Идея бурения скважин путем простого протаивания льда горячим кольцом,
нагреваемым электричеством, была простым и естественным решением пробле-
мы. Никто не мог даже предположить тогда, что бурение ледникового покрова
Антарктиды до дна потребует более 30 лет напряженной работы сотрудников
института в Ленинграде и на станции Восток. Не дожил до успешного заверше-
ния работ профессор Б.Б. Кудряшов, который был научным руководителем про-
екта на протяжении 25 лет (стоит отметить, что он не разделял нашей веры в
Глава 7
42
44
существование озера, и вплоть до 1997 г. готовил себя и оборудование к тому,
что, достигнув дна ледника, они сразу будут бурить твердое подледниковое ложе).
Первая “сухая” скважина на глубину 500 м была пробурена на станции Вос-
ток термоэлектрической буровой установкой в 1970 г. (Кудряшов и др., 1982). Для
того, чтобы достичь этой глубины, было сделано в общей сложности 293 спуска
и подъема бурового инструмента со средней величиной проходки 1,73 м на каж-
дый спуск (приблизительно равный длине керна). Средняя скорость бурения была
около 1,3 м/час. В мае 1972 г. при “сухом” бурении на станции Восток удалось
достичь глубины 952,5 м. 45
Однако, начиная с глубины 500 м инструмен-
ту требовался большой промежуток времени для
того, чтобы опуститься до дна скважины. Было
понятно, что скважина смыкалась за счет давле-
ния окружающего льда, и поэтому ее требовалось
заполнить какой-то жидкостью, достаточно тяже-
лой для того, чтобы компенсировать это давление
и предотвратить смыкание скважины. Для залив-
ки в скважину была выбрана смесь из авиацион-
ного керосина, тетрахлорводорода, тетрабромэта-
на и фреона. Полученная смесь обладала высо-
кой температурной стабильностью, не расслаива-
лась и не вступала во взаимодействие ни с водой,
ни со льдом. Вязкость смеси была низкой, что
важно, потому что для проникновения на боль-
шую глубину бурильный инструмент должен со-
вершить сотни спусков и подъемов.
Буровая установка состояла из стальной тру-
бы длиной Юме наружным и внутренним диа-
метрами 180 и 130 мм. У ее нижней части имел-
ся кольцевой электрический нагревательный эле-
мент мощностью 3,5 квт (Рис. 7.1).
Труба удерживалась в вертикальном положе-
нии на коаксиальном кабеле в металлической
оплетке. Керн, диаметр которого немного мень-
ше внутреннего диаметра трубы, поступал в тру-
бу до тех пор, пока не заполнит весь ее объем.
Затем талая вода из нижней части скважины с
9
40
8
Рис.7.1. Термоэлектрическая буровая установка, которая применя-
лась для глубокого бурения на станции Восток (Кудряшов и
др., 1982): 1 - кольцевой нагревательный элемент; 2 - кер-
норватель; 3 - контейнер керна; 4 - дренажное устройство;
5 - трубы для отвода воды; 6 -- силовой кабель нагреватель-
ного элемента; 7 - нагреватель воды; 8 - резервуар для воды;
9 - труба для отвода воды; 10 - штуцер помпы; 11 - помпа;
12 - секция электрооборудования; 13 - окончание кабеля; 14
- юрцевая пробка; 15 -электрический армированный кабель.
Глубокое бурение на станции Восток
помощью насоса откачивалась в ту часть трубы, которая находится выше контей-
нера для крена. В верхней части трубы находилось электрическое оборудование.
Когда контейнер для ледяного керна наполнялся, кабельная лебедка, находящая-
ся на поверхности ледникового покрова, поднимала буровой инструмент вместе
с керном льда. “Зубья” специально сконструированного кернорвателя, установ-
ленного в нижней части трубы, отрывали керн от льда нижней части скважины и
предотвращали его выпадение при подъеме бурового инструмента до вершины
буровой мачты. Буровая мачта была защищена кожухом от окружающей среды.
Вышка, лебедка и регистрирующее оборудование вместе с оборудованием управ-
ления и мониторинга находились внутри бурового помещения, состоящего из двух
передвижных металлических домиков на санях. После того, как ледяной керн и
талая вода удалялись из бурового инструмента, бур спускался ко дну скважины и
начинался новый цикл бурения. Температура внутри бурового помещения с по-
мощью двух обогревателей поддерживалась на уровне выше 0°С даже тогда, ког-
да окружающая температура была ниже -70°С. Температура керна внутри буро-
вого инструмента и кабеля сразу после подъема была ниже 0°С.
Пять лет ушло на разработку, изготовление и испытание новой буровой уста-
новки для бурения в скважине, заполненной жидкостью, и создание новой 14-
метровой буровой мачты, усовершенствование конструкции лебедки и соедини-
тельного оборудования. Эта новая буровая установка была впервые доставлена
из поселка Мирный на станцию Восток санно-тракторным поездом в 1980 г. За-
полненная жидкостью скважина была пробурена с помощью этого инструмента
в 1981 году до глубины 1415 м, а в августе 1985 г., в самый разгар полярной ночи
в Южном полушарии, ее глубина достигла 2002 м. Буровая установка, которую при-
меняли для бурения этих глубоких скважин на станции Восток, показана на рис. 7.2.
Рис. 7.2. Буровой комплекс керново-
го бурения глубоких скважин
во льду на станции Восток
(Кудряшов и др., 2002):
1 - буровое помещение; 2 - бу-
ровая мачта; 3 - подъемная ле-
бедка; 4 - кабель; 5 - пульт уп-
равления; 6 - буровой снаряд;
7 - устройство для спуска и
подъема бурильного инстру-
мента; 8 - электрический ге-
нератор постоянного тока;
9-электродвигатель; 10-чер-
вячный редуктор; И, 12 -
шкивы; 13 - геофизическая
лебедка.
Глава 7
Длина этого бурового комплекса 18 м, ширина 4 м и высота 15 м. Мощность
электродвигателя лебедки 20 кВт, нагревательных элементов 12 кВт и освещения
5 кВт. Средняя скорость спускоподъемных операций при максимальной глубине
скважины до 3000 м с кабелем в металлической оплетке диаметром 16 мм соста-
вит 0,7 м/сек (Кудряшов и др., 2000 г.).
Бурение самой глубокой скважины (номер 5G), дно которой находится сей-
час почти в 100 м от поверхности озера, было начато в 1990 г. с использованием
термоэлектрического бура типа ТЕЛГА 35-й Советской Антарктической экспеди-
цией (Кудряшов и др., 2000 г). Для бурения более глубоких горизонтов использо-
вался термоэлектрический бур типа ТБЗС. Тепловое бурение скважин было за-
вершено на глубине 2755 м в 1993 г.
В 1994 году все операции по бурению были приоста-
новлены в связи с недостаточным финансированием и
трудностями доставки оборудования, продуктов и горю-
чего на станцию. С этого времени бурение и изучение
ледяных кернов некоторое время проводилось совместно
с Францией и США.
Самая последняя фаза бурения выполнялась с помо-
щью электромеханического снаряда типа КЕМС, который
был разработан и изготовлен в Ленинграде с расчетом и
на то, что сразу под ледником может оказаться не озеро, а
твердое ложе, которое этот бур будет в состоянии бурить.
Этот бур показан на рис. 7.3.
Этот снаряд вместо нагреваемого кольца имел кольцо
с режущими зубьями, вращающееся от электродвигателя,
и анти-торсионные пружины в верхней части.
Бурение на станции Восток было прекращено в ян-
варе 1996 г., когда глубина скважины достигла 3300 м.
Окончание буровых работ и консервация скважины
были произведены по рекомендации Научного комите-
та по изучению Антарктики (СКАР) с целью предотв-
ращения опасности загрязнения озера, несмотря на то,
что до поверхности воды оставалось еще несколько
сотен метров льда. Но под давлением ученых, заинте-
ресованных в изучении полученных с самых глубоких
слоев ледникового покрова Антарктиды ледяных кер-
нов, бурение было продолжено в полевой сезон 1997-
Рис. 7.3. Электромеханический буровой снаряд типа КЕМС (длина
8-13 м, диаметр 132 мм, длина кернового контейнера 3 м, вес -
240 кг) для бурения самой глубокой части скважины на станции
Восток (Кудряшов и др., 2000 г.): 1 - бурильная головка; 2 - кер-
новый контейнер; 3 - камера для сбора ледяной стружки с филь-
тром; 4 - редуктор; 5 - электродвигатель; 6 - помпа; 7 - анти-
торсионная система; 8 - боек молота; 9 - электрическое обору-
дование; 10 - хомут кабеля; 11 - кабель.
Глубокое бурение на станции Восток
1998г. (43-я РАЭ). Глубина скважины 5G достигла 3623 м и оставалась в этом
состоянии до осени 2004 г.
Получение и исследование ледяного керна по всей глубине скважины 5G на
станции Восток позволило построить кривые изменения климата за последние
420 000 лет. Удалось определить, что за это время было четыре четко выражен-
ных периода потепления и похолодания. Результаты, полученные в рамках рос-
сийско-французской программы сотрудничества по изучению ледяных кернов со
станции Восток российскими учеными в Институте Арктики и Антарктики и
Горном институте в Санкт Петербурге, в Институте географии РАН, а также фран-
цузскими учеными в Лаборатории гляциологии и геофизики окружающей среды
в Гренобле и в Лаборатории моделирования климата и условий окружающей сре-
ды в Сакли, оказались поистине уникальными. Некоторые результаты представ-
лены на рис. 7.4 и 7.5. Было также показано, что на той глубине скважины, кото-
рая была достигнута, кривые соотношения изотопов и величин электрической
проводимости становились гладкими и больше не являлись эффективным сред-
ством для расшифровки изменений, происходивших на поверхности ледника. Это
означало, что двадцатилетняя история получения ледяных кернов, которые дава-
ли информацию для палеонтологического и климатического изучения процессов,
происходивших на протяжении 420000 лет, подошли к концу.
Глубина, метры
Рис. 7.4. Изменение температуры поверхности Антарктического ледяного щита за после-
дние 420000 лет (Kotlyakov, Lorius, 2000). Верхняя кривая построена на основе дан-
ных об изменении “дельта18О °/00” (дейтерийный профиль), измеренных в ледяных
кернах, полученных с разной глубины (верхняя шкала) при глубоком бурении сква-
жины 5G на станции Восток или для разных возрастов этих кернов (нижняя шкала).
Нижняя кривая показывает изменение общего объема льда на Земле, реконструиро-
ванное по данным профиля “дельта’8О °/00”, полученного из ледяных кернов сква-
жины 5G. На графике четко видны четыре климатических цикла в истории Земли по
100 000 лет каждый.
Глава 7
Рис. 7.5. Изменение температуры льда в толще и содержания твердых частиц в ледяных
кернах по результатам изучения данных кернового бурения до глубины 3330 м в
скважине 5G на станции Восток (Kotlyakov and Lorius, 2000). (А) дейтерийный про-
филь, (В) профиль содержания натрия, полученный из образцов, с осреднением 3-4 м,
(С) профиль содержания пыли для образцов, с осреднением 4м- концентрация пыли
выражается в частях на миллион (промилях), основываясь на допущении, что плот-
ность пыли в Антарктиде составляет 2,5 х 103 кг/м3.
Намерзший из воды лед под станцией Восток
Выше мы уже упоминали одобрение СКАР проведения нового цикла бурения
в глубокой скважине для получения и изучения новых ледяных кернов, в соот-
ветствии с которым была начата совместная программа России, Франции и США.
Этот цикл бурения был остановлен на глубине 3623 м, на расстоянии около 130 м
от озера. В результате была получена новая интересная информация. Были обна-
ружены очень резкие и значительные изменения стабильных изотопов и концен-
трации пыли на глубине вблизи отметки 3320 м. Эти изменения были явно не
климатического происхождения (рис. 7.6). В объеме льда, находящемся между
отметками 3538-3607 м, были видны инородные включения миллиметрового
размера, которые могли бы принадлежать ложу ледникового покрова (глубину до
ложа трудно определить). Однако этот слой поразил исследователей - в нем со-
держались очень большие кристаллы льда, размером несколько метров (размер
измерялся в вертикальном направлении, вдоль керна). Электропроводность этого
слоя была на два порядка ниже электропроводности предыдущих слоев, но со-
держание стабильных изотопов изменилось очень мало. Было понятно, что этот
слой указывал на начало новой эры в исследовании керна, но какое?
Все были удивлены, когда в результате изучения изотопного состава, измере-
ний электропроводности и содержания газов во льду стало ясно (Jouzel et al., 1999),
что самые нижние слои ледяного керна (ниже отметки 3538 - 3539 м) состоят из
Глубокое бурение на станции Восток
льда, образовавшегося при замерзании воды озера Восток. Эта часть слоя пока-
зана на рис. 7.6 под буквой Е .
размер зерен, F (mm2)
10 0 10
ю
2700
2800
20
2900
3000-|
го
зюо-
3200
си
I
S
ю
к
S
I
(D
2
(D
5
J3
Q
ф
1 о
В
6 D
F
0)
0)
1 0
3400 -
си
си
3500 Н
- 5
3700 4
зона, в которую нельзя проникать
Вода ?
3800 -
6 D (%о) -475 -450 -425
fe
&
с
5
а>
Рис. 7.6. Строение нижней части ледникового покрова Антарктиды на станции Восток по
результатам глубокого кернового бурения (Липенков и Барков, 1998; Souchez et al.,
2000). Лед выше отметки 3310 м ледникового происхождения. Лед ниже отметки
3310 м (до глубины 3539 м) представляет собой ледниковый, но сильно деформиро-
ванный в нижней части толщи лед. Лед ниже 3539 м и до 3609 м это намерзший из
воды лед с видимыми следами пыли. Лед ниже отметки 3609 м и до нижнего конца
керна 3623 м - это намерзший из воды снизу лед без видимых признаков посторон-
них частиц грязи (Липенков и Барков, 1998 г.; Souchez et al., 2000).
10 4 v (m/s)
3000 5000
3300-I
? Е ж
збоо< *
V -
Поиски жизни в толще льда под станцией Восток
Начиная с 1975 г., на станции Восток постоянно велись работы, посвященные
решению проблемы возможного существования жизни в озере Восток. Первые
образцы ледяного керна для биологических (точнее микробиологических) иссле-
Глава 7
дований были взяты на станции Восток доктором С.С. Абызовым, сотрудником
Института микробиологии РАН. Им использовалась специально созданная для
этого передвижная микробиологическая лаборатория с буровой установкой. По-
лучение и анализ образцов из ледяных кернов проводились с соблюдением тре-
бований стерильности. Передвижная микробиологическая лаборатория размером
9 х 3,7 м и 2,5 м в высоту была поставлена на санях в 400 м на запад от станции
(с учетом основного направления ветра). Сначала лаборатория была оснащена
электрической буровой установкой для термического бурения. Были приняты
определенные меры для стерилизации бурильного инструмента и его компонен-
тов перед началом бурения. Схема размещения оборудования в микробиологи-
ческой лаборатории представлена на рис. 7.7.
Рис. 7.7. Помещение бурения глубоких скважин для микробиологических исследований на
станции Восток (Абызов, 2001): I - секция бурения; II- микробиологическая секция;
III - тамбур; IV - туалетная комната; 1 - устье скважины; 2 - лебедка; 3 - пульт
управления бурением; 4 - основания буровой мачты; 5 - стол; 6 - ящик для хранения
стерильных образцов ледяного керна; 7 - ящик для анализа стерильных образцов
льда; 8 - рабочий стол; 9 - термостат; 10 - автоклав; 11 - резервуар для воды.
Получение образцов для микробиологического исследования проводилось с
помощью специально сконструированного устройства (рис. 7.8). После того, как
образцы ледяного керна извлекались на поверхность, их внутренняя, не загряз-
ненная часть выплавлялась в стерильный сосуд.
Анализ образцов льда керна до глубины 2570 м, показал наличие в нем мик-
роорганизмов. Растаявшие образцы были помещены в стерильные сосуды, кото-
рые немедленно герметично запаивали и замораживали. Сосуды были доставле-
ны в лабораторию института, открыты в стерильной камере, и их содержимое
было высеяно на различные питательные среды. Часть образцов была профиль-
трована через фильтры с размером пор 0,2 мкм для сбора микрофлоры и других
микроорганизмов, а также различных инородных частиц, размер которых боль-
ше диаметра пор фильтра. Изучение материала, осажденного на эти фильтры,
проводилось посредством методов эпифлюоресценции и сканирующей электрон-
Глубокое бурение на станции Восток
Рис. 7.8. Устройство для извлечения
стерильных образцов льда ле-
дяного керна на станции Вос-
ток (Абызов, 2001): 1 - ледя-
ной керн; 2 - нагреватель; 3 -
трубка для стока стерильной
талой воды; 4 - контейнер для
сбора этой воды; 5 - опора на-
гревательного элемента; 6 -
кольцевое устройство для от-
рывания кольца керна; 7 - на-
правляющий цилиндр для ле-
дяного керна; 8 - стерильный
сосуд.
ной микроскопии. На разных горизонтах
были обнаружены различные виды микро-
организмов - среди них были и те, кото-
рые принадлежали к различным таксоно-
мическим группам, отличающимся боль-
шим морфологическим разнообразием.
Прокариотные микроорганизмы (бактерии
различных форм и размеров) были обна-
ружены в образцах, взятых по всей длине
ледового керна. На рис. 7.9 представлены
морфологические типы микроорганизмов
в древних ледяных кернах, добытых с глу-
бин от 1500 до 2500 м (Абызов и др., 1998).
С.С. Абызов, используя результаты по-
сева образцов в питательную среду, пока-
зал, что микрофлора нижних горизонтов
в основном состояла из спорообразующих
бактерий (Абызов, 1993). Возможно, что
это вегетативные клетки спорообразую-
щих бактерий, которые в основном отно-
сятся к грамположительным бактериям,
особенно устойчивым к воздействию хо-
лода и способным к длительному анабио-
зу с сохранением всех жизненных функ-
ций (Абызов, 1993). Количество клеток
микробов в образцах, полученных с раз-
личных горизонтов, составило от 0,8 х 103
до 10,8 х 103 в 1 мл льда.
На рис. 7.10 (Абызов, 19986) показано
количественное распределение микроорга-
низмов и частиц пыли в образцах льда, по-
лученных с разных глубин, соответствую-
щих разному возрасту льда.
Кажется, что в этом распределении от-
сутствует какой-либо закон, связывающий
количество микроорганизмов с глубиной
залегания, а значит и с возрастом того слоя
льда, в котором они обнаружены. Но гля-
циологическое изучение распределения
частиц пыли по длине ледяного керна го-
ворит о том, что колебания концентраций пыли зависят от изменения климати-
ческих условий (Jouzel et al., 1993).
На основании данных о количестве клеток микробов на глубине 1500-2759 м
в ледниковом покрове под станцией Восток, а также с учетом того факта, что они
оставались жизнеспособными на протяжении 110000-240000 лет, С.С. Абызов
впервые сделал заключение, что микроорганизмы могут существовать во льдах
Антарктиды в анабиозе на протяжении этого времени с сохранением своих жиз-
5 цт
Рис. 7.9. Микрофлора ледяных кернов с различных горизонтов ледяной толши под станцией Восток: (а-е) и (g) - данные, полученные методом
флюоресцентной микроскопии и (f) - при исследовании в сканирующем электронном микроскопе; (а) - клетки бактерий; (Ь) - гифы
(нити) актиномицета; (с) - различные дрожжи; (d) - частично лизированные гифы низших грибов (верхний ряд) и конидии некоторых
низших грибов (нижний ряд); (е) и (f) - микроводоросли; (g) - частицы пыли с захваченными ими бактериями (Абызов и др., 1998).
;g>
5 цт
Глава 7
Глубокое бурение на станции Восток
Возраст, 103 лет
115 130 173 200 223 20
-400 -г*------------ » ---- । < । । .
Глубина, метры
Рис. 7.10. Распределение количества клеток микроорганизмов и частиц пыли по длине (воз-
расту) ледяного керна станции Восток (Абызов, 1998 б).
ненных функций. Однако количество жизнеспособных клеток уменьшается с
увеличением глубины (возраста) и не коррелирует с общим количеством клеток
на этом же горизонте (рис. 7.11).
Обнаружение намерзшего из воды льда в нижней части ледникового покрова
открывало возможность дальнейшего микробиологического исследования воды
озера Восток путем изучения ледяного керна (Priscu et al., 1999; Karl et al., 1999;
Abysov et al., 2001). Весь слой льда, отделяющий дно скважины от границы лед
- вода озера, составлял по-видимому более 100 метров. Но, явная или мнимая,
опасность загрязнения озера не позволила в тот период продолжить бурение.
Существуют признаки присутствия двух различных слоев в пласте наросше-
го льда. Считается, что верхний 70-метровый слой (3538-3609 м), в котором вид-
ны посторонние минеральные частицы, намерз в условиях турбулентного пере-
мешивания воды озера (Wuest and Carmack, 2000). Данные по содержанию газа и
изотопов (Souchez et al., 2000; Lipenkov and Istomin, 2001) говорят о том, что об-
разование льда в верхней части озера сопровождалось захватом и замерзанием
Глава 7
Рис. 7.11. Процент живых микроорганизмов разных видов, который уменьшается при уве-
личении глубины (возраста) ледяного керна (Абызов, 2001): 1 - не спорообразую-
щие бактерии; 2 - спорообразующие бактерии; 3 - дрожжи; 4 - мицелиевые грибы;
5 - изменение общего количества живых микроорганизмов.
еще и отдельных водяных включений (так называемых “водных карманов”). С
другой стороны, очень низкое и однородное содержание газа во льду и отсутствие
минеральных частиц в нижней части пласта намерзшего из воды льда (от 3609
до 3623 м и, возможно, ниже - до границы лед-вода) свидетельствует против того,
что “водяные карманы” из воды играли значительную роль в процессе намерза-
ния. Эта самая глубокая часть льда, добытая из-под станции Восток, скорее все-
го, была наморожена на максимальной глубине водяного слоя, где конвекция воды
озера была очень низкой (Wuest and Carmack, 2000). И в соответствии с этой те-
орией, содержание газа и концентрация основных ионов оказались на несколько
порядков выше в верхнем слое намерзшего льда по сравнению с его нижним
слоем.
Выше уже упоминалось, что при предварительном изучении намерзшего из
воды льда с различных глубин, в керне было обнаружено наличие микроорганиз-
мов. Количество и многообразие этих микроорганизмов зависело от глубины и
было связано с содержанием органических и неорганических частиц в образцах
льда. Однако не получено четкого подтверждения гипотезы о том, что количе-
ство и тип микроорганизмов в намерзшем из воды льде сильно отличается от льду
ледникового происхождения.
Исследование намерзшего льда включает изучение химического состава воды
озера, наличия и типа микроорганизмов в нем. Экстраполяция данных, получен-
ных при изучении намерзшего льда, может быть поставлена под сомнение. На-
пример, наличие жидкости на межзеренных границах не обязательно свидетель-
ствует о химических примесях в общей массе льда (Montagnat et al., 2001). По-
этому с осторожностью следует относиться к идее использования данных о со-
ставе и типе намерзшего льда для предсказания состава воды озера.
Глубокое бурение на станции Восток
В намерзшем льду был обнаружен ряд микробов, но их разнообразие было
невелико, и их ДНК оказалось тем же, что и у современных особей (Priscu et al.,
1999; Karl et al., 1999). На рис. 7.12 показаны (стрелками) бактериальные клетки,
обнаруженные Priscu et al. (1999) с помощью электронного сканирующего мик-
роскопа (рис. 7.12 (А-Е)) и с помощью микроскопа атомного разрешения (рис.
7.12 (F)).
Рис. 7.12. Клетки бактерий в намерзшем льду, взятом из нижней части скважины на стан-
ции Восток (Priscu et al.,1999). Клетки (отмечены стрелками) при увеличении под
сканирующим электронным микроскопом (А-Е) и микроскопом атомного разреше-
ния (F).
Однако биологическое изучение намерзшего льда на молекулярном уровне
(Bulat et al., 2001) дает некоторые основания для предположения об очень малом
количестве микробов в нем. Может быть, их и совсем нет, и большую часть об-
наруженных до настоящего времени микробов можно объяснить загрязнением
вследствие воздействия буровой жидкости и атмосферного воздуха при работе с
керном. Некоторые новые данные, полученные с помощью “сверхчистой” техно-
логии показали, что концентрация бактерий в предыдущих исследованиях была
несколько завышена, возможно, на порядок. В ледниковом и в намерзшем льду
обнаружено несколько вирусов с различной и необычной морфологией. Проис-
хождение этих вирусов неизвестно, но в настоящее время проводится изучение
ДНК для их идентификации. М. Зигерт и другие (Siegert et al., 2003) считают, что
микробы, обнаруженные в намерзшем льду, мигрировали через лед и попали в
поверхностные воды озера Восток с талой водой в то время, когда лед таял, и, не
успев попасть в более глубокие слои воды озера, быстро замерзли и остались в
намерзшем льду. В ходе некоторых биологических исследований был обнаружен
бактериальный штамм, ДНК которого подобна ДНК термофильных бактерий
(Bulat et al., 2001), что может свидетельствовать о возможной гидротермальной
активности озера Восток. Если это будет доказано, то возможны новые идеи от-
носительно видов жизни, которые можно ожидать в воде озера Восток (Bulat et
al., 2004).
Глава 8
Станция Восток стоит на шельфовом леднике
Второе совещание по изучению озера Восток состоялось в мае 1995 г. в Ин-
ституте полярных исследований им. Скотта Кембриджского университета, Вели-
кобритания, по рекомендации Научного комитета по изучению Антарктики. Грант,
полученный автором этой книги от Королевского Общества в Лондоне, вместе с
поддержкой, оказанной Институтом полярных исследований им. Скотта, дали
возможность начать подготовку к этому совещанию за 6 месяцев до него. Доктор
Робин, бывший директор этого Института, предоставил мне свободный доступ к
архивам, где хранились данные всех полетов по радиолокационному зондирова-
нию, проводимых в Восточной Антарктиде. В частности, была найдена и изуче-
на пленка из архивов, содержащая более 100 негативов изображений, получен-
ных с экрана осциллографа с координатами, показывающими интенсивность от-
раженных сигналов в зависимости от времени возвращения этих сигналов - так
называемые изображения типа “A-запись”. Эти изображения были особенно важ-
ны, потому что они были получены во время полета номер 130 1 января 1974 г.,
единственного полета вдоль всего озера Восток по продольной оси (рис. 8.1), того
полета, во время которого к сожалению, отказала аппаратура непрерывной запи-
си отраженного от дна ледника сигнала.
По сообщению доктора Робина, основное оборудование для постоянного
мониторинга дна ледникового покрова было неисправно во время этого полета,
заело пленку, и камера не работала большую часть полета над озером. Поэтому
на рис. 8.1 только два небольших отрезка сплошных толстых линий показывают
отражения от границы лед - вода “озера”, полученные непрерывной записью во
время небольшой части полета, когда камера работала. Пунктирной линией в
правой стороне рисунка 8.1 показаны отражения от границы лед - сухая порода
ложа. Однако оборудование, с помощью которого было получено изображение
типа “A-запись”, работало нормально на протяжении всего полета над озером.
Черными точками на рис. 8.1 отмечены места, которые соответствуют снимкам
“A-записи” для границы лед-вода.
На рисунках 8.2 и 8.3 показан вид “A-записей”, полученных во время полета
номер 130 над озером Восток для нижней границы типа “лед-вода” и “лед-твер-
дое ложе”.
Резкий сигнал с левой стороны каждого изображения на рис. 8.2 интер-
претирован как отражение от поверхности ледникового покрова. Далее спра-
ва показаны отражения от внутренних слоев, интенсивность которых посте-
пенно уменьшается при перемещении вправо, в глубь ледника. Внезапное
резкое повышение интенсивности отражения в дальнем правом углу говорит
об отражении от дна ледникового покрова. Если эти отражения от дна были
узкими и высокими, с острыми пиками, как на этом рисунке, доктор Робин
Глава 8
105°Е
Рис. 8.1. Поверхность озера Восток как относительно плоская горизонтальная площадка
на фоне меняющихся отметок высоты ледяной поверхности берегов озера. Тонкой
линией или темными и светлыми кружками показан маршрут полета номер 130 с
радиолокационным зондированием толщи льда (1 января 1974 г.) - единственного
на то время полета по продольной оси озера Восток. Светлые точки соответствуют
местам, где имелись только дискретные изображения типа “A-запись” (рис. 8.3) во
время полета, и они показывали, что подо льдом твердое ложе ледника. Черные точ-
ки соответствуют местам, где имелись только дискретные изображения типа “А-
запись” (рис. 8.2), говорящие, что подо льдом вода озера. Утолщенные отрезки пря-
мой на линии полета показывают места, где граница лед-вода была зафиксирована
на пленке в виде непрерывого отражения от озера, как это было показано на рис. 4.2.
Отрезки пунктирной линии полета показывают места, где лед лежит на твердом ложе
и эта граница зафиксирована на пленке в виде непрерывного отражения, как это
было показано на рис. 4.2.
Станция Восток стоит на шельфовом леднике
Рис. 8.2. Изображение типа “A-запись”. Это фотография с экрана осциллографа, сделанная
над озером Восток. На ней показано отражение радиосигнала от границы лед-вода
озера Восток в координатах: интенсивность сигнала в зависимости от времени, ког-
да этот сигнал вернулся (Робин, частное сообщение). Резкий острый сигнал он ин-
терпретировал как отражение от воды озера Восток. Сигнал проходит расстояние от
озера до поверхности за 47 мксек.
Рис. 8.3. Еще один тип изображения “А-занись”. На этом рисунке показано отражение ра-
диосигнала от границы лед - твердая порода ложа. Обрати те внимание на широкий
сигнал, который приходит на поверхность от границы в том месте, где лед находится
на “сухой” породе ложа (Робин, частное сообщение). Сигнал от ложа проходи т рас-
стояние до поверхности примерно за 30 мксек.
Глава 8
интерпретировал их как отражения от границы лед-вода, подтверждая тем
самым возможность существования одного большого озера подо льдом (чер-
ные точки на рис. 8.1). Такая интерпретация кадров этой пленки была бы очень
важна к моменту публикации Робина (Robin at al., 1977), когда Робин и мы,
его коллеги, пытались доказать, что под станцией Восток и на северо-северо
западе от него находится одно огромное озеро (рис. 5.3), сейчас известное как
озеро Восток. Но пленка-то эта была потеряна, и мы нашли ее только в 1995
году. Как непросто открывалось это озеро!
Левая часть изображения типа “A-запись” на рис.8.3 аналогична изображе-
нию на рис. 8.2, но правая часть сильно отличается. Заметно резкое повышение
интенсивности отражений справа, как на рис. 8.2, но оно не такое острое, как
при отражении от границы лед-вода, сигнал более широкий.
Доктор Робин интерпретировал его как отражение от границы с твердой по-
родой ложа ледника. Места такого типа отражений от дна по всей длине маршру-
та полета номер 130 отмечены на рис. 8.1 светлыми точками. Обратите внимание
также на то, что большая часть маршрута отмечена на рис. 8.1 черными точками,
указывающими, что самолет действительно летел вдоль длинной оси озера, а
потом пересек его. И только в одном месте в середине озера, при пересечении
его, отражения от нижней границы ледника изменились. Они стали шире. По-
видимому, самолет пролетал над участком сухого твердого ложа - островом или
полуостровом (дальнейшее изучение подтвердило это предположение).
Через несколько лет (Попков и др., 1998; Масолов и др., 2001) было проведе-
но совместное изучение данных сейсмического и радиолокационного зондирова-
ния по линии 2-2’ (рис. 9.1) восточнее станции Восток. Оно показало, что отра-
жения типа “A-запись” от границ лед-вода и лед - твердое ложе были правильно
интерпретированы на рис. 8.2 и 8.3 (см. рис. 8.4).
Общей чертой всех изображений, показанных на “A-записях”, было монотон-
ное постепенное по длине озера изменение расстояния между верхним (поверх-
ность ледника) и нижним, донным отражением, что определяет толщину слоя льда
над озером (линия из заштрихованных квадратиков на рис. 8.5). Толщина льда
увеличивалась с 3700 м в южной части озера около станции Восток, когда само-
лет пролетал над станцией, до 4200 м около северной оконечности озера, когда
самолет покидал озеро, как показано на рис. 8.5. Разница в толщинах льда оказа-
лась около 500м.
По карте (рис. 8.5), па которой нанесены изолинии высот поверхности, мож-
но видеть, что ледниковый покров над озером в северной части расположен на
высоте 3550 м над уровнем моря, и высота эта к южному берегу озера понижает-
ся примерно на 50 м. При этом толщина его в направлении с севера на юг умень-
шается примерно на 500 м. Очевидно, что плавающий над озером ледниковый
покров, растекаясь, движется в направлении с севера на юг. Только таким движе-
нием и растеканием льда в указанном направлении можно объяснить изменение
толщины слоя плавающего в воде льда почти в 500 м между южной и северной
частями озера. Наблюдается явное сходство с тем, что происходит с шельфовы-
ми ледниками, - они растекаются. Поэтому кажется естественным назвать лед
над озером “шельфовым ледником озера Восток”.
Существует ряд черт, общих для всех шельфовых ледников. Применительно
к нашему случаю это циркуляция воды в подледниковой каверне - озере Восток.
Станция Восток стоит на шельфовом леднике
Рис. 8.4. Пример радиолокационного зондирования толщи льда над озером Восток (по
линии 2-2’ восточнее станции Восток, как показано на рис. 9.1) и отражения от гра-
ницы лед-вода (точка S1) и лед - твердое ложе (точка S2), которые подтвердили
интерпретацию Г. де К. Робина (Масолов и др., 1999).
Глава 8
Рис. 8.5. Подледниковое озеро Восток в изолиниях высот поверхности его ледникового
покрова с интервалом 2 м (нижняя часть рисунка). В верхней части рисунка на гра-
фике показано изменение толщины ледяного покрова по длине озера (линия А-А на
этом рисунке и на рис. 8.1). Эта толщина определена как расстояние от поверхности
ледника до пиков отражений от дна ледяного покрова (пиков на “A-записях” типа
приведенных на рис. 8.2 ирис. 8.3) (Зотиков, 1998). Черными прямоугольниками (1)
показано положение границы лед - вода озера, полученное по данным “А-записей”
типа приведенных на рис. 8.2. Светлыми прямоугольниками (2) показано положение
границы лед-твердое ложе, полученное по данным “A-записей” типа приведенных
на рис.8.3 (высота прямоугольников указывает на степень неопределенности в опре-
делении толщины ледника по “A-записям” из-за конечной ширины пиков отражений
от дна ледника); (3) остров или полуостров в центре озера; (4) высота над уровнем
моря в метрах; (5) - маршрут полета номер 130 (график построен по маршруту поле-
та, см. рис. 8.1).
Эта циркуляция определяется разницей в высоте над уровнем моря границы лед-
вода вдоль шельфового ледника. Изменение температуры воды вдоль этой грани-
цы определяется температурой замерзания воды, зависящей от давления. Анало-
гичная циркуляция воды наблюдается под шельфовым ледником Росса. По-види-
мому, в случае шельфового ледника озера Восток с одной стороны озера проис-
ходит подъем, с противоположной стороны - опускание воды. А на дне и повер-
хности озера существуют горизонтальные потоки, имеющие противоположное
направление. Этот процесс может оказывать влияние на интенсивность биологи-
ческой жизни в различных местах озера, и его следует учитывать при выборе
самого благоприятного места для поиска жизни в озере. Вертикальное движение
воды озера (вверх или вниз) в различных местах производит перераспределение
потока геотермического тепла, который идет из-под земли и через воду достигает
нижней части ледникового покрова озера, изменяя тем самым тепловой баланс у
Станция Восток стоит на шельфовом леднике
Рис. 8.6. Ледяной покров озера Восток в изолиниях высот его поверхности, (1) векторы
скорости движения ледяного покрова озера; (2) берега озера Восток; (3) высота над
уровнем моря (в метрах). Обратите внимание на движение ледяного покрова озера
как шельфового ледника, вдоль длинной оси озера. Составляющая скорости движе-
ния ледяного покрова озера, направленная вдоль длинной оси озера и обусловлен-
ная растеканием его как шельфового ледника, должна увеличиваться в направлении
с севера на юг.
границы лед-вода в различных частях озера. Можно предположить, что в одних
местах происходит усиленное таяние ледяной крыши озера, а в других оно умень-
шается, вплоть до намерзания воды озера, что сейчас и обнаружено под станци-
ей Восток. Этот шельфовый ледник сильно отличается от тех, которые располо-
жены по периметру побережья Антарктиды. Во-первых, он гораздо толще, чем
любой современный шельфовый ледник, хотя есть предположение, что в прошлом
такие ледники были. Во-вторых, такой шельфовый ледник не имеет открытой
стороны, которая обозначала бы уровень открытой воды. Следовательно, такой
ледник можно назвать “внутренним” шельфовым ледником, а уровень “открытой
воды” следует просто рассчитать.
Итак, на рис. 8.6 представлен шельфовый ледник озера Восток. Видно, что
он движется вдоль озера в направлении с севера на юг, и скорость такого движе-
ния, раз он растекается, должна увеличиваться в указанном направлении, как
показано на рис. 8.6.
Разница толщин льда и высота его поверхности в различных частях леднико-
вого покрова озера были использованы для того, чтобы определить плотность и
Глава 8
Рис. 8.7. Зависимость высоты поверхности шельфового ледника Восток над уровнем моря
(Н) (ось ординат на рисунке), от его толщины (h) для разных мест его (ось абсцисс),
определенных по положениям пиков, соответствующих дну лед яного покрова на “А-
записях”, в местах, свободных от возмущающих эффектов берегов, вдоль и поперек
озера по данным полета номер 130. Прямые линии на графике - теоретические зави-
симости, наклон которых определяется плотностью (Б), а значит соленостью воды
озера Восток (см. текст и формулу на рисунке). Одна из этих линий соответствует
солености воды озера 35°/ОО, вторая - пресной воде озера. Из положения точек, соот-
ветствующих реальному ледниковому покрову озера Восток ясно, что вода озера
пресная или мало соленая (Kapitza at al., 1996).
соленость воды озера Восток, не проникая в воду озера. Исследования, прове-
денные автором книги, показали, что для части шельфового ледника, которая
находится в состоянии гидростатического равновесия с водой, находящейся под
ней, существует простое теоретическое соотношение между изменением высоты
поверхности Н, толщиной h, средней плотностью ледника (рльда) и плотностью
воды, в которой плавает ледник (рводь1). Это соотношение можно изобразить гра-
фически, если значения Н будут расположены по вертикальной оси для различ-
ных мест ледника и h - по горизонтальной оси: Было показано, что в этом случае
теоретически такой график должен представлять собой прямую линию. Наклон
линии представляет отношение средней плотности льда ледника к плотности воды,
в которой ледник плавает (Kapitza at al., 1996 г.).
На рис. 8.7 можно видеть, что график, построенный нами по эксперименталь-
ным точкам, определенным по изолиниям высоты поверхности шельфового лед-
ника озера Восток и данным о его толщине, полученным во время полета номер
130, представляет собой почти прямую линию, а наклон линии характерен для
пресной или мало соленой воды.
Точно так же определялся уровень “открытой воды”, то есть уровень, до ко-
торого должна подняться вода в буровой скважине во льду, когда она достигнет
воды озера, если бы скважину оставить пустой, и вода поднималась бы в ней, не
Станция Восток стоит на шельфовом леднике
замерзая. Этот уровень, соответствующий в обычных шельфовых ледниках уров-
ню моря, оказался в данном случае равным 3100 м над уровнем моря. Этот ре-
зультат очень важен, так как свидетельствует о том, что вода озера Восток, по
крайней мере сейчас, не контактирует с водой окружающего Антарктиду океана.
Мы с доктором Робином представили эти данные, наряду с другими, на сове-
щании по озеру Восток, которое проводилось в Институте полярных исследова-
ний им. Скотта 22-24 мая 1995 г. Доктор Хипп, директор института, выступил с
приветственным словом перед участниками и объяснил его предысторию (сове-
щание было организовано по его просьбе, изложенной в письме от 30 марта 1995 г.).
Предыстория совещания, содержащаяся в проекте отчета о его работе, содер-
жала следующие слова: “Местный организационный комитет Института по-
лярных исследований им. Скотта (доктора Робин, Зотиков и Хипп) полагает,
что для эффективной работы совещания достаточно будет ограничить круг
участников числом до 15 человек. Было также признано, что в рекомендациях
СКАР XXIII-12, параграф 3, учтены не все аспекты, и доктор Хипп предложил,
чтобы при оценке воздействия на окружающую среду (ОВОС) было учтено мне-
ние специалистов по анализу глобальных экологических проблем. Их решение в
пользу возобновления глубокого бурения на станции Восток во многом должно
зависеть от степени доказанности необходимости для науки такого бурения льда
вплоть до проникновения в озеро и изучения донных отложений озера. При этом
доктора Робин и Зотиков считали, что совещание следует ограничить кругом
наиболее значимых научных исследований, которые смогли бы существенно рас-
ширить наши знания о природе озера и его донных отложениях.
Однако доктор Хипп внес предложение сделать главной целью совещания
проработку проблемы о путях наилучшего соблюдения условий параграфа 1 ре-
комендаций СКАР по бурению льда до проникновения в воду озера Восток, обсу-
дить возможные незагрязняющие технологии бурения, а также определить круг
научных исследований, которые смогут расширить наши знания о природе озе-
ра и того, что его окружает".
Отчет о совещании был написан докторами Доудесвел и Воген (гляциология)
и докторами Вин-Вильямс и Эллис-Эванс (вода подледникового озера и отложе-
ния у дна), и интересен тем, что в нем содержалось наше представление об озе-
ре, сформированное на основании знаний того времени, (первые предположения
о существовании подледниковых озер в Антарктиде объясняли наличие обшир-
ных районов ровной, почти горизонтальной поверхности льда вблизи станции
Восток). Подтверждения были получены позже, когда при радиолокационном
зондировании с самолетов в некоторых частях толстого льда, особенно вокруг
ледоразделов, удалось зарегистрировать области непрерывных отражений, соот-
ветствующих подледниковым озёрам.
Был составлен список ученых, специализация и опыт которых были близки к
проблемам озера: Барков Н.И., Россия, изучение ледового керна; Бентли С.Р.,
США, сейсмическое зондирование; Доудесвел Дж. А., Великобритания, гляцио-
логическая геоморфология; Кэмб Б., США, динамика льда; Котляков В.М., Рос-
сийский национальный комитет, гляциология; Лориус С., Франция, изучение ле-
дового керна; Рис В.Г., Великобритания, радиолокационное зондирование; Рат-
форд Р.Х., США, Национальный комитет, президент СКАР гляциологическая гео-
логия; Табако И.Е., Италия, радиолокационное зондирование; Уолтон Д.В.Х.,
Глава 8
Великобритания, СКАР и группа специалистов СКАР по проблемам охраны ок-
ружающей среды; Ватанабэ О., Япония, гляциология и Вин-Вильямс Д.Д., Вели-
кобритания, микробиология. Многие другие ученые выразили заинтересованность в
участии, и потому список участников работ увеличился. Отметим, что единственным
участником от США, который приехал на эту встречу, был президент СКАР.
На повестке дня совещания предполагалось рассмотреть четыре основных
источника сведений о районе озера Восток: (1) данные сейсмического зондиро-
вания, (2) данные радиолокационного зондирования с самолета, (3) данные спут-
никовой альтиметрии и (4) геофизические данные, полученные из исследований
в буровой скважине на станции Восток. Основные моменты обсуждения этих
вопросов:
(1) Сейсмическое зондирование. Сохранилось только две вертикальных сей-
смограммы с момента проведения полевых работ в 1964 г. Обе они были повтор-
но обработаны и показали наличие границы лед-вода на глубине 3700 м и столба
воды толщиной в 500 м под ней. А ранее ошибочно считалось, что ниже 3700 метров
находится слой осадочных пород толщиной 180-200 м и затем скальное ложе.
(2) Радиолокационное зондирование с воздуха. Полет вдоль продольной оси
озера Восток показал, что крыша озера находится на глубине 3700 м около стан-
ции Восток и 4200 м на расстоянии 250 км от нее. Это означает, что температура
плавления льда у границы с водой изменяется от -2,4°С до -3,15°С, что может
вызвать циркуляцию воды (действует как ледяная помпа) в подледниковой кавер-
не озера Восток (“эффект шельфового ледника”). Верхняя граница озера на рис.
8.8, показанном на совещании, построена по данным радиолокационного зонди-
Ст. Восток
Юг
Дно озера
Север
Рис. 8.8. Поперечный разрез озера Восток, впервые представленный на втором совещании
(1995 г.) по изучению подледниковых озер. Дно ледникового покрова озера изобра-
жено на основании данных о толщине льда, полученных при изучении кадров “А-
записи” во время полета номер 130. Рельеф дна озера Восток построен по одной
экспериментальной точке (сейсмическое измерение, проведённое на станции Вос-
ток), остальная часть дна нарисована гипотетически, и измерения, проведенные поз-
же, показали, что рельеф был воспроизведен неправильно. Изогнутыми стрелками
показано гипотетическое направление основных течений в озере (дальнейшее изу-
чение изменило это направление на обратное).
Станция Восток стоит на шельфовом леднике
рования полета номер 130 вдоль длинной оси озера (“A-записи”). Дно озера пред-
ставлено гипотетически, имелась лишь одна точка под станцией Восток. Кроме
того, на этом рисунке, сделанном в 1996 году, стрелками были показаны направ-
ления течений, однако было отмечено, что они могут быть и иными, в зависимо-
сти от величины плотности воды в озере. В отчете о совещании было написано
“Плотность воды озера была рассчитана на основании данных радиолокацион-
ного зондирования толщины льда и данных по высоте над уровнем моря, полу-
ченных с помощью спутниковой альтиметрии (рис. 8.7). Расчеты говорят о том,
что вода едва ли может быть соленой. Согласно полученным данным, лед над
поверхностью большей части озера движется, сохраняя гидростатическое равно-
весие на всей площади озера, за возможным исключением нескольких областей,
где он касается ложа. Были изучены также внутренние слои льда над озером
Восток (рис.8.9), так как они содержат важную информацию по динамике льда и
его деформациям в этой области”.
(3) Спутниковая альтиметрия. Для определения топографии поверхностного
слоя льда над озером Восток и площади его водосбора с высокой степенью точ-
ности использовали данные альтиметрии, полученные со спутника ERS-1. Точ-
ность измерений рельефа поверхности льда составляет ±1м, с допуском ±0,2 м, и
получена с интервалом 350 м по маршруту полета спутника (в то время). Высот-
ные отметки показывали среднюю высоту поверхности на базе 3 км. Эти данные
были использованы при определении протяженности озера и расчетах плотности
воды озера. Углубления порядка 5 м характерны для того берега, со стороны ко-
торого лёд в своем движении подходит к озеру, а цепь холмов высотой до 12 м
идет вдоль линии берега со стороны, где ледник покидает озеро (рис. 8.6).
(4) Изучение геофизических данных, полученных при изучении буровой сква-
жины на станции Восток. Начиная с 1980 г. вблизи станции Восток были пробу-
рены 3 скважины. Имеющиеся в то время модели движения льда говорили о том,
что лед на глубине 2000 м пришел с поверхности, расположенной на 200 км выше
по течению льда, и керн с этой глубины представляет более чем 250000-летний
климатический ряд данных. Голоцен, последний ледниковый период, с его ос-
новными и промежуточными эпизодами, теплый и относительно стабильный
Эмский межстадиал и еще как минимум один ледниково-межледниковый цикл
видны из кривых изменения изотопов кислорода, электропроводности и других
химических данных. Например, концентрации метана и газообразных углеводо-
родов меняются в зависимости от ледниково-межледниковых периодов. Кроме
того, изучение уменьшения диаметра скважин показало, что коэффициент степе-
ни в степенном реологическом законе течения льда оказался равным 3,2. Темпе-
ратурный профиль в скважинах оказался также очень важен при расчете темпе-
ратуры на границе лед-озеро. Было изучено и содержание микробов в кернах льда
со станции Восток.
Другие подледниковые озера
Для получения сведений о подледниковых озёрах были проанализированы
данные радиолокационного зондирования, причем общая протяженность поле-
тов на то время составила более 370 тысяч километров. В результате под ледни-
ковым покровом Антарктиды удалось обнаружить более 70 подледниковых озёр
размером до 50 км в длину. Большая часть этих озёр оказалась расположенной
Глава 8
Рис. 8.9. Поперечное сечение средней части озера Восток по маршруту второй части поле-
та номер 130 (линия С-D на рис. 8.1). (1) дно ледникового покрова озера Восток по
данным непрерывной записи радиолокационных отражений от дна; (2) “внутренние
слои” по данным непрерывной записи радиолокационных отражений из толщи лед-
никового покрова над озером Восток; (3) дно озера Восток на основании анализа
кадров “A-записей”, показанных на рис. 8.2 и 8.3 (черными прямоугольниками пока-
зано положение границы лед-вода по длине озера; светлыми прямоугольниками по-
казано положение границы лед-твердое ложе; высота прямоугольников указывает
на неопределенность в точности положения нижней границы ледника из-за конеч-
ной ширины пиков отраженных сигналов; (4) два самых заметных отражения от “внут-
ренних слоев” по данным постоянной записи отражений из толщи; (5) высота повер-
хности ледникового покрова. Обратите внимание на тот факт, что, в соответствии с
типом “A-записей”, возвышенность дна ледника в левой его части характерна тем,
что у вершины ее, которую можно назвать левым (западным) “островом”, отсутству-
ет вода подо льдом. Расстояния вдоль лини С-D измеряются в километрах от этого
“острова”. Стрелками показано направление движения льда.
Станция Восток стоит на шельфовом леднике
около ледоразделов самой толстой части ледникового покрова Восточной Антар-
ктиды. В отчете сообщалось, что места расположения этих озёр, проверенные по
данным спутниковой альтиметрии, полученным со спутника ERS-1, и озёра раз-
мером более 10 км будут нанесены на топографическую карту Антарктиды.
На совещании была обобщена вся гляциологическая информация того време-
ни об озере Восток: его координаты - 78.3°-78.5° южной широты, 102°-106° вос-
точной долготы; площадь 10000 км2; длина 230 км, максимальная ширина 50 км;
толщина льда 3700-4200 км; глубина воды 500 м (по одной экспериментальной
точке на станции Восток); скорость движения льда 3 м/год (по одной экспери-
ментальной точке на станции Восток); и скорость аккумуляции снега 2,3 г/см2.
Участники совещания обсуждали и другие проекты глубокого бурения в цен-
тре Антарктиды. По Европейскому проекту исследования ледяного керна в Ан-
тарктиде (EPICA) тогда было запланировано только глубокое бурение на станции
Купол С. На совещании обсуждался также вопрос о возможности проведения
глубокого бурения Японской антарктической экспедицией на станции Купол Ф
(Купол Фудзи).
Члены совещания, проводимого в 1995 г., сформулировали требования к про-
ведению дальнейших гляциологических исследований, необходимых для изуче-
ния озера Восток, в такой последовательности: (1) продолжение глубокого буре-
ния и исследование ледяного керна, поддержание буровых скважин в рабочем
состоянии; (2) проведение простых экспериментов по вертикальному зондирова-
нию с использованием существующих скважин; цель этой работы - получение
новых, более точных сейсмических данных по толщине льда, глубине воды озера
и толщине слоя осадочных пород, если он существует; (3) проведение дальней-
шего радиолокационного зондирования озера для получения более подробных
данных; (4) измерение поверхностной скорости и сдвиговых напряжений во льду
(по возможности) в одном или нескольких местах озера Восток или рядом с ним
методом интерферометрии с помощью радара с синтетической апертурой (SAR),
как это было сделано на ледяной струе Ратфорда, и/или с помощью системы Джи
Пи Эс (GPS) для определения поля скоростей движения льда и режима его течения.
Результаты этого обсуждения получили немедленный отклик, и российская
антарктическая экспедиция полярным летом 1995/1996 г. провела сейсмическое
и радиолокационное зондирования по продольной оси озера Восток и в двух
местах поперек озера (рис. 8.10). Был более точно определен рельеф дна озера, а
также факт существования и толщина слоя осадочных пород на дне озера (Масо-
лов и др., 1999).
Интересное обсуждение развернулось вокруг вопроса о воде озера и слое
осадочных пород у его дна. Согласились, что отраженный сигнал радара может
проникать сквозь пресную воду на глубину 15-25 м и не глубже чем на 50 м, и
пришли к выводу, что озеро Восток - это пресноводное озеро. Констатировали
возможность циркуляции воды в озере в связи с тем, что существует уклон дна
ледникового покрова озера от северной к южной части с перепадом 500 м и даю-
щий различие температуры плавления льда на 0,7°С из-за зависимости темпера-
туры замерзания воды от давления на границе лед-вода, которая меняется от -
3,15°С в северной части озера до -2,45°С в его южной части. Было записано, что
конвекция воды, обусловленная такой разницей температур, “может быть предель-
но малой, вплоть до течений со скоростью 1-2 м/год, но этого достаточно, чтобы
s
00
X
tJ
p
CD
40
40
40
Co
CD
О
X
о
хс
X
x
2
X
X
О
X
p
CD
О
я
о
О
Я
CD
CD
О
о
а
Р
х
X
X
Е
X
X
о
О
bQ
о
о
£
о
X
X
Е
X
X
о
§
X
Р
tJ
X
CD
CD
P
рз
О
О
И
□
s
X
X
CD
Xc
Р
X
CD
tJ
X
X
>0
X
CD
ro
о
Xc
□
CD
tJ
CD
X
ь
P
н
о
X
X
хс
CD
CD
J=J
Р
О
w
CD
P
P
X
О
о
40
X
О
О
X
P
X
CD
X
w
CD
CD
P
О
О
X
2
CD
К
40
40
Ch
40
40
04
О
О
о
X
Xc
О
X
Хс
Р
X
ч
р
X
ГО
X
о
Хс
о
X
о
CD
p
о
о
О
Я
ГО
го
X
2
CD
О
P
X
X
о
X
о
X
CD
CD
X
2
CD
CD
X
X
о
о
я
X
X
X
ьа
UJ
X
Р
X
о
о
Р
р
CD
Р
X
X
CD
CD
Хс
О
ГО
Е
CD
tJ
P
X
X
ro
CD
О
CD
XC
2
X
X
CD
о
X
X
я
P
X
О
О
о
tJ
X
о
и
р
X
X
ьа
о
го
CD
Ja
CD
X
Глава 8
Станция Восток стоит на шельфовом леднике
Пресная вода
Соленая вода
Рис. 8.11. Циркуляция воды в озере Восток, в пространстве между ледяным покровом озе-
ра и его дном (Siegert et al., 2003). Слева циркуляция рассчитана методом численно-
го моделирования, исходя из того, что вода пресная (Williams, 2001; Wuest and
Carmack, 2000). Справа - если вода озера соленая (Souchez et al., 2000). Светлыми
стрелками показана циркуляция воды у дна, черными стрелками - циркуляция воды
на более близких к ледяной крыше уровнях. Кружки с точкой в середине соответ-
ствуют направлению воды из глубины на читателя, кружки с крестиками - направле-
нию от читателя вглубь листа. В верхней и нижней частях озера пресной воды пока-
заны два круга циркуляции воды по часовой стрелке в горизонтальной плоскости.
Вертикальное перемешивание воды происходит в основном в двух третях южной
части впадины озера Восток, но обмен этот довольно ограничен. Циркуляция в со-
леном озере показана на рисунке справа (Souchez et al., 2000).
оказать сильное влияние на тепловые потоки в этой системе”. Используя этот
подход, уже другие ученые через несколько лет разработали компьютерную мо-
дель циркуляции воды в озере Восток под шельфовым ледником Восток: направ-
ление цикуляции, как на рис. 8.8, для соленой воды и в противоположном на-
правлении для пресной воды (рис. 8.11).
Заключительными словами на совещании, посвященном озеру Восток, кото-
рое проходило в Кембридже 22-24 мая 1995 г., были слова предупреждения о том,
что местные условия переноса тепла у границы лед-вода в различных частях озера
могут отличаться, и этим, по-видимому, объясняется наличие зоны локального
намерзания воды на нижнюю поверхность ледника, обнаруженное позднее под
станцией Восток.
Глава 8
Совещание положило начало новому, более серьезному подходу к биологи-
ческому изучению озера. Ученые пришли к убеждению, что единственным ви-
дом жизни, который может быть обнаружен в озере или в осадочном слое дна
являются микробы (бактерии). Более того, в воде озера нет достаточного количе-
ства питательных веществ для поддержания жизнедеятельности любого вида
живых бактерий, и науке не известны бактерии, которые могут существовать в
воде на протяжении столь долгого времени в состоянии временного прекраще-
ния жизненных функций. Поэтому здесь не может обитать животное, подобное
чудовищу озера Лох-Несс. Однако ученые признали, что в самых нижних слоях
льда может содержаться бактериальная флора, которая способна возобновить свою
жизнедеятельность, когда вода озера поднимется и войдет в нижнюю часть буро-
вой скважины, а потом просочится внутрь стенок скважины. Был признан и тот
факт, что движущийся лед может переносить в воду озера органическое веще-
ство из месторождений угля и других углеводородов, если они располагаются
выше озера по движению льда, а также из источников вулканической активнос-
ти, если они располагаются там же. Однако такие соединения не могут использо-
ваться бактериями.
Замечания совещания по поводу важности наличия
микроорганизмов во льду
Учитывать наличие микробов важно, потому что они обладают способнос-
тью к логарифмическому росту в подходящих условиях. Одна бацилла, если у
нее будет достаточно питания и пространства, может всего за 36 часов произве-
сти массу, равную массе всего живого вещества Земли, при условии, что образу-
ющиеся токсины будут выводиться. Благоприятной средой для их роста может
оказаться и самая, казалось бы, неподходящая среда, потому что микробы растут
и в экстремальных условиях. Различные микробы, выделенные из ледяных кер-
нов, могут использоваться как генетический материал, ДНК которого может быть
усилена методами генной инженерии с помощью полимеразной цепной реакции
(ПЦР). Этот генофонд способен послужить не только ценным научным инстру-
ментом для описания новых микробов, изучения истории микробов и структуры
микробного сообщества, но также может оказаться и потенциально ценным ма-
териалом большой медицинской и экономической важности. Микробы, находя-
щиеся во льду и донных осадках, являются чувствительными индикаторами из-
менений климата, и, как это было показано С.С. Абызовым (2001), могут свиде-
тельствовать об изменениях климата, например, на 8°С приблизительно за 200000
лет. Важно отметить, что эти микробы представляют микробиоту, которая существо-
вала задолго до того, как начались основные процессы глобального загрязнения.
“Микроорганизмы, обнаруженные до сегодняшнего дня в самых молодых, т.
е. верхних слоях льда на станции Восток доктором С.С. Абызовым, относились к
не спорообразующим бактериям хорошо известного типа (Абызов, 1993), при этом
только 1% от всей микробиоты может дать рост при современных условиях вы-
ращивания культур. Поэтому их генетический потенциал может быть более эф-
фективно раскрыт с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР). Дрожжевые
грибки были выделены из льда, образовавшегося 3000 лет назад, а мицелиаль-
ные грибы - из льда, образовавшегося 36600 лет назад. Актиномицеты, разветв-
Станция Восток стоит на шельфовом леднике
ленные бактерии (бактероиды), выживают на протяжении 2200 лет, включая но-
вые споры. Одноклеточная морская водоросль была обнаружена во льду, имею-
щем возраст 119000 лет, тогда как спорообразующие бактерии могут выжить как
минимум 200000 лет (на глубине 2395 м). Научная ценность этих материалов
состоит в фундаментальном изучении структуры и функции мембраны микроор-
ганизмов, их "сверхструктурной” адаптации и их способности к выживанию.
Особенности структуры клеток определяют их выносливость в условиях низких
температур, высоких давлений, высоких осмотических давлений в клетках, не-
достатка питания и высокой концентрации кислорода (гипероксии) в связи с
выделением его и других газов из воды при повторном замерзании” писали Вин-
Вилльямс и Эллис-Эванс в записках к этому совещанию.
В условиях отсутствия свободной воды (в верхней части ледникового покро-
ва при температуре -55°С) микробы сохраняют жизнеспособность на протяже-
нии столь долгого времени благодаря защите таких молекул, как протеины, от
осмотических напряжений с помощью подходящих растворенных веществ (ан-
тифризов). Жизнеспособность бактерий в чистом льду, полученном на станции
Восток, не так высока, как у бактерий, обнаруженных в сибирской вечной мер-
злоте (до 3 миллионов лет), поскольку в мерзлоте защитную функцию оказыва-
ют минеральные частицы, в которых скапливаются питательные вещества, обес-
печивающие взаимную поддержку внутри биологических пленок (Gilichinsky et
al., 1995). Эту функцию могли выполнять частицы моренного материала со стан-
ции Восток. Некоторые представители антарктической флоры, такие как эндоли-
тические сообщества, обитающие внутри скал, могут сохранять жизнеспособность
до 23000 лет, т. к они очень медленно растут во льду, имеющем низкую темпера-
туру. Ранее уже было известно, что в условиях вечной мерзлоты происходит по-
вреждение ДНК микробов длительной радиацией. Споры бактерий и других
микробов, включая дрожжевые грибки и мицелиальные грибы, оставались жиз-
неспособными от 25 до 135 миллионов лет в кишечнике пчел, сохранившихся в
янтаре (Cano and Borucki, 1995), хотя их углерод мог быть использован повторно
в этом замкнутом объеме. Это говорит о возможности существования жизнеспо-
собных очень старых видов микробов во льду над озером Восток, в пока еще
остающемся не исследованном слое на глубине 3600-4200 м. С точки зрения
микробиологии огромный интерес представляет переходная зона над озером, в
которой под давлением кристаллы льда тают с выделением свободной воды.
Организмы, находящиеся в этой зоне возможного скопления питательных веществ
и активного метаболизма при низкой температуре, попадают в олиготрофную воду
озера (с малым содержанием питательных веществ) и, погибая, оседают на дно
озера. Изучение этой микрофлоры требует строгого соблюдения стерильности,
включая такие меры контроля, как применение специальных бактерий, например
Serratia marcescens, для проверки попадания туда буровой жидкости, кусочков льда
и загрязненного бурового оборудования (Абызов, 1993, 2001).
Биологические основания для проникновения в озеро
(по материалам Совещания 1995 г.)
Озеро изолировано от окружающей атмосферы на протяжении сотен тысяч
лет, и в этом заключается его уникальность. Неизвестно, образовалось ли оно из
Глава 8
озера доледникового периода, или это система, образованная гляциальными про-
цессами. Озеро доледникового периода должно было оставить после себя какие-
то следы (даже живой, способный к развитию в благоприятных условиях матери-
ал) в самом нижнем слое осадочных отложений. Это, скорее всего, должна быть
более разнообразная реликтовая флора и фауна, чем та, которая имеется в более
молодых слоях. Скорее всего, живые организмы не выжили в “реликтовом озе-
ре”, но в нем могли сохраниться нуклеиновые кислоты.
Сам столб воды озера, скорее всего, не содержит большого количества мик-
робов из-за большого дефицита питательных веществ и ограниченного переме-
шивания. Присутствие свободной воды усилит рост микробов, но постепенно
создаст ряд неблагоприятных условий для тех организмов, которые выделяются
изо льда. Таких отрицательных факторов несколько. Во-первых, это низкая тем-
пература (около -2°С), угнетающая метаболизм для находящихся в воде организ-
мов. Во-вторых, давление, оказываемое четырехкилометровым льдом, слишком
велико для организмов, переходящих изо льда в воду. При таком переходе сразу
сказывается острейшая нехватка питательных веществ в воде, что окажет немед-
ленное и отрицательное воздействие на клетки после их выделения изо льда. Далее
- в тех местах, где под ледниковым покровом может происходить намерзание льда
из воды озера, будут выделяться находившиеся в замерзающей воде газы, в ос-
новном кислород и азот. А в тех местах, где идет постоянное таяние ледяной
крыши озера, кислород и азот, принесенные из верхних слоев ледяного покрова,
будут постоянно выделяться в воду, благодаря таянию. В результате возникнет
повышенное содержание газов в воде. Высокая концентрация кислорода являет-
ся смертельной для многих микроорганизмов, хотя, тем не менее, они обнаруже-
ны в нескольких антарктических озёрах, находящихся под слоем льда. Те орга-
низмы, которые могут пережить сильнейший физиологический шок, который они
испытывают при выходе из переходной зоны льда в воду, будут, возможно, суще-
ствовать в виде спор или угнетенных микроклеток. Итак, толща воды озера не-
благоприятна для микробов.
Основная область возможного интереса микробиологов - это осадочный слой
у дна, толщина которого может достигать 200 м. Он постоянно пополняется за
счет выпадения осадков из тающего льда, а также за счет отложений моренного
материала с боков, которые вносят даже более существенный вклад в формиро-
вание осадочного слоя. Моренный материал в основном состоит из неорганичес-
кого материала с очень малым содержанием органического. Но не исключено, что
присутствие минеральных частиц играет определенную роль в сохранении орга-
ники, так как эти частицы могут служить подложкой для микробных биопленок.
Постоянная подпитка осадочного слоя озера выделениями ледяной крыши
повышает статистическую вероятность обнаружения жизнеспособных видов
микробов в этом слое, и кажется весьма вероятным, что, несмотря на отрицатель-
ные нагрузки, жизнеспособные микроорганизмы могут существовать в осадоч-
ном слое. Горячие точки очагов геотермальной активности также могут создать
благоприятные условия для усиленного развития местных сообществ бактерий в
ареале, изолированном от текущих климатических изменений и результатов воз-
действия человеческой деятельности на окружающую среду. Имеющие возмож-
ность возникнуть в таких ареалах популяции могут дать ценный генофонд мик-
рофлоры ледяного керна для науки, медицины и экономики.
Станция Восток стоит на шельфовом леднике
Применение метода полимеразной цепной реакции (ПЦР) для воздействия на
ДНК организмов может дать ценную информацию по истории и биохимическо-
му потенциалу древней микрофлоры озера. Были также высказывания о проведе-
нии в озере экзобиологических исследований, которые связаны с возможностью
существования внеземных форм жизни.
Запасы углерода применительно к озеру Восток очень ограничены, и, учиты-
вая низкоэнергетический статус рассматриваемых процессов, большую его часть
будет невозможно использовать, т.к. требуется очень много энергии для того,
чтобы разложить его и реализовать. Знания о структуре сообщества помогут ре-
шить вопрос о происхождении озера - является ли оно “реликтовым” или изна-
чально подледниковым водным образованием. Можно также обратиться к вопро-
су возможного катастрофического таяния ледникового покрова в плейстоцене.
Микрофлора осадочного слоя укажет на динамику озера, что будет выражаться
в характере отложений моренного материала, биотических и минеральных, тем-
пературных градиентах, конвекции, повторном замерзании и геотермальной ак-
тивности. Если в озеро удастся проникнуть с минимальным загрязнением воды
(определенные экологические последствия неизбежны, но должны быть сведены
к минимуму за счет тщательного планирования), много ценной микробиологи-
ческой информации может быть получено скорее из исследования керна осадоч-
ного слоя, чем из исследований столба воды.
Краткий обзор отобранных рекомендаций
Совещания мая 1995 года
Участники совещания проанализировали признаки, говорящие о существова-
нии большой водной массы под континентальным льдом в районе станции Вос-
ток и простирающейся севернее области. Они выработали следующие рекомен-
дации:
(1) Ведущееся в данный момент на станции Восток бурение с отбором керна
может быть продолжено, но только не до проникновения в воду, находящуюся
подо льдом. Бурение должно быть прекращено на основании данных измерения
температуры льда и толщины оставшегося до поверхности воды слоя льда. По
имеющимся на текущий момент данным, толщина оставшегося слоя льда долж-
на быть не менее 25 м.
(2) Следует провести дополнительные геофизические исследования для луч-
шего определения гляциологических и геологических условий в озере. Для под-
тверждения существования большой водной массы и находящихся под ней отло-
жений приоритет должен быть отдан сейсмическим измерениям.
(3) При условии, что будут получены подтверждения существования большой
водной массы, должны быть проведены исследования по определению методов
проникновения в воду озера и отбора проб воды и донных отложений озера с
нанесением минимального вреда его экосистеме. Следует уделить внимание воп-
росу предварительного испытания этих методов на альтернативных площадках,
там, где возможен мониторинг.
Эти рекомендации опубликованы здесь для того, чтобы подчеркнуть, что уча-
стники этого совещания, обладая всей информацией, связанной с открытием озе-
Глава 8
ра, старались избегать признания факта существования озера, предоставив опре-
делить это научной общественности. В настоящий момент нам известно, что су-
ществование озера с воодушевлением признано широкими научными кругами.
Глава 9
Новые данные об озере Восток
Новые данные об озере Восток были представлены на двух Симпозиумах,
состоявшихся после Совещания в Институте полярных исследований им. Скотта
в 1995 году. Это были: (1) Международный симпозиум “Изучение озера Восток:
научные задачи и технологические требования”, который состоялся 24-26 марта
1998 года в ДАНИИ в Санкт-Петербурге и (2) “Международный симпозиум, по-
священный вопросам изучения подледниковых озер” СКАР, который проходил в
Кембридже, Англия, в сентябре 1999 г.
На заседание в Санкт-Петербурге предполагалось пригласить как можно боль-
ше ученых из ДАНИИ, которые занимались проблемами, связанными с озером
Восток на протяжении более 40 лет, начиная, пожалуй, с 1957 г. Были также при-
глашены ученые из Горного института Санкт-Петербурга. Ученые этого институ-
та на протяжении 26 лет, начиная с 1976 г., занимались разработкой бурового
оборудования для кернового бурения глубоких скважин в ледниковом покрове
станции Восток. Именно их бур был тем инструментом, который работал на стан-
ции Восток и позволил достичь глубины в 3623 м. В день открытия Симпозиума
дно скважины находилось примерно в 130 м от воды озера. Присутствовали так-
же ученые из других российских научных институтов, которые изучали ледяные
керны, полученные на станции Восток, и само озеро. Одним из них был
С.С. Абызов из Института микробиологии РАН, который установил наличие мик-
роорганизмов в толще ледникового покрова под станцией Восток на большой глу-
бине и работал над этой проблемой более 20 лет. Присутствовали и сотрудники
Полярной морской геологоразведочной экспедиции (Санкт-Петербург), которая
несколько последних лет занималась дистанционным зондированием в области
станции Восток.
После приветствия и вступительного слова директора и заместителя директо-
ра Института Арктики и Антарктики, руководитель Российской антарктической
экспедиции, В.В. Лукин выступил с сообщением на тему “Результаты исследова-
ний Российской антарктической экспедиции на станции Восток”. Были рассмот-
рены вопросы истории открытия озера и возможные средства его дальнейшего
изучения, а также представлены данные новых исследований, полученных с тех
пор, как факт существования озера получил широкую известность.
Международный семинар СКАР 1999 года в Кембридже проходил при под-
держке Британской антарктической службы, Национального научного фонда
США, Европейского научного фонда и Американской астробиологической про-
граммы НАСА.
Заседание в Кембридже по просьбе Президента СКАР профессора Р. Ратфор-
да всл Эллис-Эванс, и этот выбор определил общее биологическое направление
Глава 9
работы Симпозиума. Ученые из ААНИИ, Горного института Санкт-Петербурга,
из Лаборатории гляциологии и геофизики окружающей среды Гренобля, Фран-
ция, и Лаборатории моделирования климата и окружающей среды в Сакли, Фран-
ция, сообщили о том, что после семинара 1995 г. в Кембридже в рамках выполне-
ния работ по программе совместного изучения ледового керна, полученного из
скважины 5G, пробуренной на станции Восток Россией, США и Францией, буре-
ние было продолжено. Во время полевых сезонов 1996-1997 и 1997-1998 гг. глу-
бина скважины увеличилась с 3350 м до 3623 м. Со всего этого интервала глу-
бин, в непосредственной близости от озера, был получен ледяной керн и прове-
дено его предварительное изучение (Petit et al., 1998). Было показано, что, начи-
ная от поверхности ледового покрова и до глубины 3300 м, данные по измере-
нию количества стабильных изотопов, концентрации пыли и электрической про-
водимости в кернах на всех глубинах соответствуют тем, что были в момент об-
разования их на поверхности. Именно поэтому удалось провести непрерывную
регистрацию климатических изменений вплоть до 420000 лет. Однако на глуби-
нах ниже 3400 м данные по изотопам и электрической проводимости стали на-
столько неинформативными, что по ним стало невозможным расшифровывать
такие изменения. Это означало, что двадцатилетняя история бурения и связанно-
го с ним изучения изменений климата по керну из скважины у станции Восток
подошли к концу. Уникальность этого керна заключалась в том, что он открыл
доступ к обширному пласту нетронутых ранее палеонтологических и экологи-
ческих данных о нашей планете, охватывающих 420000 лет, включая 4 после-
дних климатических цикла (Petit et al., 1997).
Однако завершение работ этого этапа не снизило интереса к получению сле-
дующего керна, поскольку стала появляться новая и интересная информация. Были
обнаружены очень резкие и сильные изменения в соотношении стабильных изо-
топов и концентрации пыли на глубине около 3320 м, которые не могли иметь
климатическое происхождение. Во льду, расположенном на глубине между 3538
и 3607 м, просматривались заметные посторонние включения миллиметрового
размера, которые могли принадлежать ложу ледника. Кроме того, в этом слое
наблюдались очень большие кристаллы метрового размера (диаметр керна был
около 10 см и длина около 6м- следовательно, такие большие кристаллы льда
могли быть измерены только по длине керна). Электрическая проводимость была
на два порядка ниже электрической проводимости предыдущих слоев, но содер-
жание стабильных изотопов отличалось не намного. Было понятно, что мы дос-
тигли новой области в теле ледника, но что это могло значить? В ответ на этот
вопрос ученые ААНИИ представили результаты изучения внутренней нижней
части ледяного керна, полученного на станции Восток, которые представляли в
тот момент большой интерес (Липенков и Барков, 1998).
Нижний пласт, обнаруженный на глубине ниже 3538 м и исследованный до
дна скважины (3623 м), состоит из льда, содержащего беспорядочно располо-
женные частицы морены. При этом оказалось, что самая нижняя часть слоя
(3606-3623 м) состоит из относительно чистого льда. Кристаллы большого
размера (1 м и более) принесли мало пользы в определении структуры льда. На-
личие частиц моренного материала внутри самой нижней части керна, возмож-
но, свидетельствует о наличии намерзшего из воды слоя льда в нижней части
ледникового покрова, толщиной более 100 метров...
Новые данные об озере Восток
В то время авторы еще не знали, что слой льда в этой области действи-
тельно был образован намерзанием из воды озера (это стало известно через
несколько лет, при проведении дальнейших исследований). В заключение
выступления было сказано, что “в качестве следующего этапа на пути изуче-
ния озера Восток целесообразно продолжение кернового бурения в буровой
скважине 5G-1 до глубины, разрешенной Научным комитетом по изучению
Антарктиды (3700 м)”.
Следует отметить, что в 2004 г., всего через 6 лет после этого симпозиума,
большинство ученых согласились с мнением, что нижний слой ледника был сфор-
мирован при намерзании льда из воды озера. На этом симпозиуме были также
представлены и расчеты, дающие научное объяснение возможности намерзания
на границе ледовый покров-вода озера под станцией Восток (Саламатин, 1998).
В нашем случае, когда сдвиговая деформация ледникового покрова над озером и
нагревание за счет такого сдвига пренебрежимо малы, наилучшее соответствие
между рассчитанным и измеренным значением температуры в буровой скважине
на станции Восток было получено для потока тепла, уходящего от границы раз-
дела в лед, равного 0,043 Вт/м2 и средней скорости намерзания льда на границе -
0,75 мм/год. Следствием такого намерзания может стать образование вновь на-
мороженного слоя льда толщиной 20-30 м у дна ледникового покрова вблизи
станции Восток.
Полярной морской геологоразведочной экспедицией (Санкт-Петербург) на
протяжении 3-х лет (1996-1998 гг.) вблизи станции Восток проведена сейсмика
по меридиональному и широтному профилям и в самой буровой скважине. Она
показала, что толщина ледникового покрова в месте бурения скважины 5G-1 рав-
на 3750 м, и под ним расположен водный слой толщиной 670 м. На рис. 9.1 пока-
заны места дистанционного зондирования в районе озера Восток, проведенного
с 1959 по 2000 г.
По результатам обсуждений на симпозиуме в Санкт-Петербурге в 1998 г. были
составлены новые планы проведения радиолокационного зондирования и сейс-
мического изучения района озера Восток (рис. 9.2).
Один из докладов, сделанных на симпозиуме, был посвящен обсуждению текто-
ники района озера Восток (Лейченков и др., 1998 г.). В нем впервые было показано,
что озеро расположено на границе большого блока коренных пород, находящихся
под толстым слоем ледникового покрова Восточной Антарктиды. Блок можно счи-
тать докембрийским кристаллическим щитом. Рельеф коренных пород и имеющие-
ся геофизические данные по этому району дают основание предположить, что озеро
Восток связано с межконтинентальной рифтовой зоной, подобной тем, что существуют
и в других регионах Земли (например, рифты в Восточной Африке, Байкальский рифт,
рифт Святого Лаврентия и др.) (рис. 9.3 и 9.4).
Следует особо подчеркнуть, что основная буровая скважина на станции Вос-
ток и место проведения А.П. Капицей первого сейсмического зондирования на-
ходятся поразительно близко от берега озера. Береговая линия озера Восток на-
ходится на расстоянии всего 3 км на запад, 4 км на восток и 4 км в юго-западном
направлении от буровой скважины 5G-1, то есть на расстояниях порядка 1% дли-
ны озера.
Измеренная толщина льда на станции Восток по субмеридианальному про-
филю длиной 6 км составила около 3750 м, т.е. была такой же, как в месте буре-
Глава 9
Рис. 9.1. Места дистанционного зондирования в районе станции Восток, проведенного с
1959 по 2000 год. Озеро Восток показано затенением (Масолов и др., 1999). Обозна-
чения: ПМГРЭ - Полярная морская геологоразведочная экспедиция (Россия);
ААНИИ - Арктический и Антарктический научно-исследовательский Институт (Рос-
сия); ANARE - Австралийская национальная антарктическая экспедиция;
SPRI - Институт полярных исследований им. Скотта (Англия); NSF - Национальный
научный фонд (США).
Новые данные об озере Восток
Рис. 9.2. Радиолокационное зондирование ледникового покрова (жирные линии) и места
проведения сейсмики, запланированные Полярной морской геологоразведочной эк-
спедицией (как части Российской Антарктической экспедиции 2000-2001 г.). Тонки-
ми линиями и белыми кружками показаны результаты прежних исследований. Изо-
линии высот поверхности льда указаны в метрах (Масолов и др., 2001).
иия скважины 5G-1. Расстояние между дном буровой скважины и границей лед-
вода было всего 130 метров (Попков и др,, 1998 г.).
Слой воды подо льдом был измерен дистанционным методом и показал су-
щественное изменение его толщины (глубины озера) вдоль оси озера: от 490 м в
южной части рельефа дна озера до 670 м в северной части.
Глава 9
Рис. 9.3. Положение рифтовой зоны озера Восток в тектонической структуре Антарктиды
(Лейченков и др., 1998). Области, покрытые точками, обозначают предполагаемый
докембрийский кристаллический щит Антарктиды, тонкими линиями показан рель-
еф ложа ледникового покрова; жирными линиями - границы рифтовых зон.
В симпозиуме приняли участие следующие активно работающие над пробле-
мой ученые: биологи - доктора С.С. Абызов и Е.А. Воробьева из России, доктор
Дж.С. Эллис-Эванс из из Британской Антарктической Службы и доктор П.Т. Доран
из США. С.С. Абызов подвел итог своим многолетним изучениям микробов, по-
лученных из керна скважины на станции Восток (Абызов, 2001).
“Найдем ли мы уникальные организмы в озере Восток? - спрашивал
Дж.С. Эллис-Эванс (Ellis-Evans, 1998). - Из антарктических озёр был получен
широкий спектр микробных форм, несмотря на то, что было проведено сравни-
тельно мало исследований. Работы, проведенные в Вестфолд Хиллс, выявили уни-
кальные простейшие биологические виды, окруженные галло бактериями, соеди-
ненными тонкими жгутиками с этими простейшими видами. Это сообщество
взаимодействует на уровне обмена веществ, вероятно, с обоюдной выгодой, и
существует только около кислородно-бескислородной границы. Данные, получен-
ные при изучении антарктических озёр, дают основания для предположения о
Новые данные об озере Восток
75° 60°
80°________________________________75° 120°_________________70°
Рис. 9.4. Аэрогеофизические исследования, запланированные по американской программе
изучения Антарктиды (USARP) в первые годы после открытия озера Восток (на 2000-
2001 г.) и зона, предложенная для изучения Полярной морской геологоразведочной
экспедицией (Россия) на последующие годы (затенена) (Масолов и др., 1999). Зона
маршрутов полетов по американской программе получена благодаря любезной по-
мощи доктора Р. Белл.
том, что в микробных сообществах происходят экофизиологические адаптации.
В озере Восток, как и в других антарктических озёрах, существуют места, где
питательных веществ больше, чем в других областях. Такими местами, по-ви-
димому, являются слои донных осадков озера и вода у границы со льдом. Именно
там и следует искать жизнь.
Питательные вещества имеются в осадочных отложениях, но для того,
чтобы их использовать, требуются большие затраты энергии. А есть ли эта
энергия? Доказательства, полученные при изучении воды из озёр Антарктиды,
при посеве культур микроорганизмов на питательные среды, позволяют предпо-
ложить, что отдельные группы микробов сохраняют жизнеспособность при
очень низких уровнях углерода и азота. Считается, что в естественных услови-
ях большинство водных микробов находятся в состоянии длительного голода-
ния, которое изредка прерывается “пирами”... Определенные фундаментальные
Глава 9
процессы по поддержанию жизнедеятельности должны происходить в клетке
микроба для продолжения жизни, при этом клетка неизбежно будет терять
свои запасы. Бактериальные споры использовали процесс выживания в полной
мере, но и у них все же есть пределы, а спорообразующие бактерии не сильно
распространены в Антарктиде. Впрочем, доктор С.С. Абызов в настоящее вре-
мя показал, что это не относится к самым глубоким горизонтам ледяного кер-
на станции Восток. Реальность существования в условиях дефицита питания
такова, что микробы, находящиеся в процессе лизиса, служат основным источ-
ником питательных веществ, и этот круговорот очень четок. Накладывает ли
это ограничения на видовое разнообразие и будет ли ограничено создание новых
микромолекул из-за того, что для этого процесса требуются большие затраты
энергии? В условиях многих окружающих сред, содержащих холодную воду, рас-
пад макромолекул служит главным барьером на пути круговорота питательных
веществ, и для озера Восток этот барьер может быть даже более важным".
Доктора Е.А. Воробьева и Д.А. Гиличинский (факультет почвоведения МГУ
и Институт почвоведения и фотосинтеза РАН) внесли оптимистическую ноту в
работу симпозиума. Они подчеркнули, что большая численность популяций мик-
робов в вечной мерзлоте Антарктиды, наличие быстро восстанавливающихся
клеток и признаки стабилизации клеток, а также сохранение таксономического и
физиологического разнообразия микробных сообществ в условиях длительного
холода - все это указывает на адаптацию микробов к условиям длительного хо-
лода (Воробьева и др., 1998 г.). Учитывая это, можно предположить, что меха-
низмы выживания микробов универсальны для широкого диапазона водно-газо-
во-минеральных систем, и этот оптимизм увеличивается при поисках жизни на
других мирах.
Доктор Р.Т. Доран указал, что находящиеся под толстым слоем льда озёра в
Сухих долинах Земли Виктории следует рассматривать как водные аналоги окру-
жающей среды озера Восток. “Экосистема озера Восток может быть целиком
заселена микробами, как и экосистема озёр, расположенных в Сухих долинах, а
метаболизм может быть очень низким. В обеих системах имеется водное тело,
воспринимающее микробы и органический углерод из находящегося над ним
ледникового покрова, даже с учетом того, что свет не проникает ни в озёра Сухих
долин, ни в озеро Восток. Системы Сухих долин принадлежат к архаическому
типу и существуют длительное время. Вода озера Восток может быть также пе-
ренасыщена атмосферными газами, как и вода озёр Сухих долин...” (Doran, 1998).
Новая отрасль науки, которую можно назвать “изучение внеземных объектов”,
была представлена на Совещании тремя специалистами из Лаборатории Ракет-
ного Движения Калифорнийского технологического института. Они внесли про-
ект по использованию робототехники при изучении озера Восток в НАСА и в
Национальном научном фонде США (F.D. Carsay, J. Catts, J.C. Horvath). В более
отдаленном будущем такое изучение должно быть тесно связано с изучением
глубинного строения других планет, особенно спутника Юпитера Европы.
Глава 10
Один из планов международного сотрудничества
В связи с открытием и исследованием озера Восток в начальный период (до
1996 года) возникает вопрос, а где же были американские ученые, которые в то
время тоже занимались изучением условий у дна ледникового покрова централь-
ной Антарктиды? Практически никто из них, за исключением доктора Р. Ратфор-
да, не участвовал в двух первых совещаниях и даже не высказал интереса к тому
объекту, который позднее стал называться озером Восток... Дело в том, что аме-
риканские ученые занимались тогда в основном Западной Антарктидой. Главной
же особенностью этой области является наличие не подледниковых озёр, а боль-
шого числа ледяных струй и подледниковых рек быстро текущей по дну ледника
талой воды. Именно этими подледниковыми реками и ледяными струями и про-
цессами у их дна и занимались американцы. Все было то же: и радиозондирова-
ние дна ледникового покрова и глубокое бурение, но не то... Однако интерес
американских ученых к подледниковым озёрам резко возрос, как только появи-
лась возможность обнаружения новых (или старых) форм жизни в подлёдной воде
и связь этих исследований с исследованиями НАСА на других планетах.
Этот интерес США стал очевидным в тот момент, когда был назначен срок
проведения следующего совещания - 7-8 ноября 1998 г. в городе Вашингтоне
(столице), всего через 6 месяцев после проведения симпозиума в Санкт-Петер-
бурге и за 11 месяцев до такого же совещания СКАР, посвящённого проблемам
изучения подледникового озера Восток, которое должно было состояться в Кем-
бридже. Основная тема Совещания в США, организованного Национальным на-
учным фондом США, была отражена в названии отчета Совещания “Озеро Во-
сток: любопытный факт или объект серьезного международного изучения?”
(рис. 10.1).
Членами оргкомитета Совещания были доктор Р. Белл из Геологической об-
серватории им. Ламонт и Доэрти (Колумбийского университета) и доктор Д. Карл
из Школы Наук о Земле и Океане Гавайского университета. Доктор Р. Белл кури-
ровала геологические и геофизические аспекты проблемы, а доктор Д. Карл -
микробиологические. Ниже представлены 4 выдержки (части) со страниц 2-8
заключительного отчета Совещания (Bell and Karl, 1998).
Часть 1, со страниц отчета 2 и 3.
Жизнь продолжает проявляться в самых необычных и экстремальных местах,
начиная от горячих потоков в трещинах на морском дне до покрытых льдом озер,
в том числе и с высоким содержанием соли, в Антарктиде. Подледниковая среда
- это одна из самых олиготрофных сред на Земле, то есть среда, в которой очень
мало питательных веществ и которая поэтому населена лишь популяциями низ-
ших живых организмов. Это также одно из самых труднодоступных мест Земли.
Глава 10
LAKE VOSTOK WORKSHOP
LAKE VOSTOK
met water
FINAL REPORT
Lake Vostok:
A Curiosity or a Focus for
Interdisciplinary Study?
National Science Foundation
Sponsored Workshop
Conveners:
Robin E. Bell
Lamont-Doherty Earth Observatory
of Columbia University
David M. Karl
University of Hawaii
Washington D.C.
November 7 & 8, 1998
Рис. 10.1. Обложка отчета Совещания по озеру Восток, которое состоялось в Вашингтоне
в 1998 г., под эгидой Национального научного фонда США. Надписи на обложке
сверху вниз: “LAKE VOSTOK WORKSHOP. FINAL REPORT. “Lake Vostok: A Curiosity
or a Focus for Interdisciplinary Study”. National Science Foundation Sponsored Workshop.
Convenors: Robin E. Bell Lamont Doherty Earth Observatory of Columbia University.
David M. Karl University of Havai’i. Washington D. C. November 7&8. 1998” - “КОН-
ФЕРЕНЦИЯ ПО ОЗЕРУ ВОСТОК. ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ ОТЧЕТ. “Озеро Восток:
любопытный факт или объект серьезного международного изучения”. Конференция
спонсирована Национальным Научным Фондом США. Конвиноры: Робин Е. Белл
Обсерватория изучения Земли имени Ламонт Доэрти Колумбийского университета.
Давид М. Карл Гавайский университет. Вашингтон Д. К. Ноябрь 7—8. 1998”.
Один из планов международного сотрудничества
Недавно, после нескольких открытий, начиная с открытия бактериальных сооб-
ществ под альпийскими ледниками - подтверждения того, что в неопротерозой-
скую эру Земля была полностью покрыта льдом и снегом, и заканчивая получе-
нием изображений ледяной поверхности спутника Юпитера Европы, стала оче-
видной важность изучения сообществ, находящихся подо льдом. Если жизнь раз-
вивается даже в таких условиях, то ее развитие может и должно зависеть от того,
какими источниками энергии она пользуется, и каковы способы выживания в этих
условиях. Определение этих способов позволит по-новому взглянуть на энерге-
тический баланс жизни.
Выявление важности деятельности бактерий, существующих подо льдом, а
также изучение сообществ, живущих в вечной мерзлоте, даёт основания для пред-
положений о том, что жизнь может продолжаться, и, возможно, даже развиваться
при низких температурах. Но ни среда, в которой находятся бактериальные со-
общества под альпийскими ледниками, ни условия вечной мерзлоты не являются
такими же экстремальными, как среда под континентальным ледниковым покро-
вом современной Антарктиды. В отличие от условий альпийских ледников, где
существует постоянный интенсивный приток питательных веществ через глубо-
кие трещины в поверхности, в подледниковые области Антарктиды не поступает
поток талой поверхностной воды, и эти области, следовательно, более изолиро-
ваны. Помимо этого, они также являются областями высокого давления из-за
покрывающего их слоя льда.
Условия жизни под ледниковым покровом Антарктиды могут быть подобны
тем, что существовали под многочисленными ледниковыми щитами неопротеро-
зойской эры, соответствующей периоду времени от 750 до 543 миллионов лет
тому назад. Предполагается, что в этот период Земля пережила несколько круп-
нейших оледенений, покрывавших каждый раз большую часть планеты пример-
но на 10 миллионов лет. Подтверждением того, что в древности лёд покрывал
планету, являются широко распространенные толстые осадочные комплексы, за-
легающие в основании крупных ледяных образований. Эти ледниковые отложе-
ния перемежаются толщами карбонатных горных пород - теплых осадочных
отложений, соответствующих небольшим глубинам. Можно предположить, что
эти комплексы, состоящие из двух компонентов, свидетельствуют о длительном
периоде, когда Земля то превращалась в очень холодную планету, полностью
покрытую льдом (“снежный шар”), то в планету с тепличными условиями. Неко-
торые ученые предполагают, что эти крайности в климате Земли того времени
создали сильный так называемый “экологический фильтр”. Имеется в виду то,
что некоторые участки под антарктическим ледниковым покровом, изолирован-
ные от свободного обмена вещества с атмосферой на протяжении как минимум
10 миллионов лет, сохраняются в тех же условиях, которые соответствовали древ-
ней глобальной окружающей среде. Понимание влияния нагрузок на окружаю-
щую среду и ответа на них, который дают микробы под толщей современного
льда, возможно, поможет нам разгадать процессы, которые происходили около
500 миллионов лет назад.
Важным аналогом современной антарктической подледниковой среды явля-
ются условия на ледяной луне Юпитера Европе. Недавно полученные с Европы
изображения, похожие на морской лед, в сочетании с очень высоким альбедо этой
луны, дают основания предполагать, что она покрыта льдом. Считается, что подо
Глава 10
льдом, покрывающим Европу, должен быть океан. Жидкий океан под толстым
слоем льда может быть хорошим местом для жизни. Интересно, что условия в
Антарктических подледниковых озерах подобны имеющимся на Европе.
При изучении процессов под ледниковым покровом Антарктиды внимание
должно быть сконцентрировано на уникальном значении, которое подледнико-
вые озёра могут иметь в качестве “спускового механизма” быстрых изменений
среды. Это важно для понимания глобального круговорота углерода в ходе ос-
новных оледенений и их роли в процессах на Земле как аналоге того, что проис-
ходит на других небесных телах...
После краткого описания того, что мы уже знаем об озере Восток (см. выше),
авторы перешли к тому, что мы назвали частью 2 (страница 5 отчета), и что тоже
интересно.
Часть 2, со страницы 5 отчета.
Длительная сохранность жизнеспособных микроорганизмов может быть
преобладающей в условиях, существующих под антарктическим ледниковым
покровом. В этом случае возможно, что в озере Восток и других антарктичес-
ких подледниковых озерах могут существовать микроорганизмы. Однако изо-
ляция их от внешних источников углерода и солнечной энергии, а также изве-
стные или ожидаемые экстремальные физические и геохимические условия,
в которых они находятся, могут препятствовать развитию функционирующей
экосистемы озера Восток. На самом деле, подледниковые озера можно отнес-
ти к разряду самых олиготрофных (то есть бедных питательными вещества-
ми и живыми организмами) ареалов на Земле. “Горячие точки” геотермаль-
ной активности могут создать местные источники энергии и благоприятные
для роста температуры, точно так же, как это происходит вокруг глубоковод-
ных гидротермальных кратеров. Однако стоит отметить, что без осуществле-
ния прямых измерений предполагать наличие органических остатков или
живых микроорганизмов в этих ареалах, изолированных от внешних воздей-
ствий на протяжении почти 500000 лет, сомнительно.
Итак, озеро Восток может считаться уникальной областью для проведения
детальных научных исследований в силу следующих причин:
• Оно может быть активным тектоническим рифтом, изучение его позво-
лит улучшить или изменить наше понимание геологического строения Восточ-
ной Антарктиды.
• Его осадочные породы могут воссоздать картины изменения климата
Земли, и в особенности дать информацию о начале оледенения Антарктиды.
• Оно может быть еще не описанным ранее экстремальным ареалом Зем-
ли с уникальными геохимическими характеристиками.
• Оно может содержать новые, не описанные реликтовые или ископаемые
микроорганизмы, обладающие уникальными способностями адаптации к жизни.
• Оно может оказаться полезным находящимся на Земле аналогом и тех-
нологической испытательной моделью для разработки проектов проникновения
к подледниковому океану спутника Юпитера Европы.
Такое разнообразие целей и потенциальных возможностей увлекли обществен-
ность и побудили группу ученых различных научных направлений начать плани-
рование более углубленного изучения этого необыкновенного подледникового
Один из планов международного сотрудничества
ареала. Частью этой общей программы планирования и является это совещание.
Оно созвано Национальным научным фондом США в Вашингтоне. Его цель -
определить, быть ли озеру Восток просто любопытным фактом, или оно должно
стать важным объектом серьезного междисциплинарного научного исследования.
Озеро Восток расположено в одном из самых удаленных мест Земли и покрыто
толстым слоем льда. Для его изучения требуются измерения и отбор проб на месте
(in situ), в ледяной тоще. Затем их нужно доставлять на поверхность и к исследо-
вателям, находящимся в научных центрах. Это потребует значительных инвести-
ций для материально-технического обеспечения работ.
На протяжении двух дней велись оживленные дискуссии о сравнительной
ценности необходимого интеллектуального и финансового вклада в изучение озера
Восток и ожидаемых результатов.
Совещание выработало такие основные рекомендации:
Расширить круг ученых, знающих о существовании озера Восток, опублико-
вав результаты научных исследований, которым было уделено внимание на сове-
щании. Целью являлась активизация дискуссии по озеру Восток среди американ-
ских ученых. Особенно это касалось вынесения вердикта, является ли озеро Во-
сток просто интересным природным явлением, или оно дает возможность для
создания уникальных научных программ на стыке различных наук.
Часть 3, страницы отчета 6-7.
Обсуждение основных препятствий для выработки хорошо разработанных
научных основ создания плана изучения озера Восток осложнялось несколькими
факторами:
• Программа исследований должна была быть выработана в условиях не-
достатка данных об этой малоизученной области. Отсюда затруднения при обо-
сновании детальных научных планов. Необходимы были новые технологические
разработки, которые гарантировали бы контроль над загрязнением озера, если
признать тот факт, что озеро Восток - это уникальная экосистема, нетронутый
характер которой должен быть сохранен.
• Требовалось полное единодушие в американских научных кругах для
признания озера Восток важным объектом исследования и того, что международ-
ное сотрудничество является необходимым элементом в работе.
• Логистическая составляющая плана такого изучения велика, должна быть
научно обоснована и тесно связана с другими программами.
• В научных кругах США существует недостаток понимания современного
уровня знаний об озере, что создает трудности в привлечении ученых США к
поддержке такого плана и участия в нем.
Эти факторы были учтены при создании представленного ниже плана много-
летнего исследования озера.
Часть 4, со страницы 7 отчета.
Главной целью научного плана является понимание истории озера Восток и
её динамики как сочетания уникальных геологических и гляциологических фак-
торов. Эти факторы создали особую экологическую нишу, изолированную от
внешних воздействий. Научные цели по изучению этой ниши включают:
Глава 10
• Определение геологических причин образования озера Восток на основе
лучшего понимания того, что происходит в Восточной Антарктиде. Уточнение в
результате граничных условий, определяющих экосистему этого озера.
• Лучшее понимание гляциологической истории озера Восток, включая
движение воды, осадков, питательных веществ и микробов в экосистеме озера
Восток.
• Изучение структуры столба воды озера Восток для оценки возможности
циркуляции воды в озере, обусловленной ее плотностью и связанной с процесса-
ми таяния-намерзания или геотермическим потоком тепла, возможным наличи-
ем стратифицированных криогидратов и органического углерода.
• Оценку структуры и функционального разнообразия биоты озера Восток
как изолированной экосистемы, которая может быть аналогом таких же систем
на других планетах.
• Извлечение и определение современных и прошлых микробиологических
сообществ не только из кернов льда, но и из анализа изменений газовых гидра-
тов и осадочных отложений озера Восток.
• Создание технологий для выполнения перечисленных задач, удовлетво-
ряющих требованию экологической чистоты озера.
План поэтапного исследования озера, позволяющий достигнуть поставленные
цели, представлен на страницах 7-8 отчета (Bell and Karl, 1998) в таком виде:
1999-2000 Год планирования. Моделирование. Создание международной кооперации. Проведение конференции по озеру Восток под эгидой СКАР. Начало создания нужных технологий.
2000-2001 Выбор места для проникновения в озеро. Объединенные заявки НСФ и НАСА на исследование озера Восток. Исследование места проникновения в озеро с воздуха. Предварительные наземные измерения. Рассмотрение возможных мест проникновения в озеро.
2001-2002 Выбор места для проникновения в озеро - год второй. Наземное изучение этого места. Полная съемка с воздуха района места проникновения (если необходимо). Апробация устройства для проникновения в озеро на шельфовом леднике Росса. Окончательное определение места проникновения.
2002-2003 Год измерений на месте (in situ). Бурение скважины до озера для измерений in situ. Апробация in situ устройств определения наличия микробиологической жизни в озере. Установка приборов для длительных наблюдений. Измерения по толщине слоя донных отложений. Проведение съемки у поверхностей раздела (“лед - вода озера» и «вода - слой осадочных пород”). Международная конференция по планированию будущих работ и обмену данными.
2003-2004 Год извлечения проб и получения образцов. Извлечение кернов придонного льда. Получение образцов воды и газовых гидратов. Извлечение образцов донных отложений у границы “вода - дно озера”. Логистика и определение второго места для долговременных исследований озера. Международная конференция по планированию будущих работ и обмену данными.
Один из планов международного сотрудничества
2004-2005 Установка второй станции для долговременных исследований озера. Анализ полученных данных. Построение новых моделей. Международная конференция по планированию будущих работ и обмену данными.
2005-2006 Год извлечения кернов. Начало извлечения длинного керна. Международная конференция по планированию будущих работ и обмену данными.
Здесь следует отметить, что эта книга была еще в работе в начале 2006 года
и что к этому времени ни один из пунктов рассматриваемого пятилетнего плана
не был выполнен. В главе 11 будет отчасти показано, почему так произошло.
Глава 11
Проникновение в озеро Восток
В озеро Восток ещё не проникли. Скоро мы получим образцы воды из озера,
узнаем его глубину и откроем многие его тайны. Новые экспериментальные дан-
ные по солености воды и течениям в озере, а также по биологическому материа-
лу, если он будет обнаружен, возможно, изменят наше представления об этом
феномене, находящемся в отдаленной и мало изученной части ледникового по-
крова Антарктиды.
Существуют закономерные вопросы относительно проникновения в озеро:
зачем, где и как? Мы уже знаем размеры озера, соленость его воды (скорее всего
пресная), и у нас есть какая-то информация о течениях. Изучение намёрзшего
льда, образованного из воды озера, показало, что в озере существуют несколько
видов бактерий. Они подобны тем, что обнаружены в ледяных кернах леднико-
вого покрова озера. Так может быть, лучше совсем не проникать в воду озера,
или по возможности отложить это событие (Roura, 1999)? И если уж мы решили
сделать это, то следует использовать методы, которые гарантировали бы не толь-
ко физическое проникновение в озеро, но также и то, что это проникновение
принесет как можно меньше вреда, будет экологически чистым.
Керновое бурение глубокой скважины на станции Восток было остановлено,
когда оставалось 130 м льда между дном скважины и водой озера Восток. Сейчас
это расстояние уменьшилось, и группа опытных специалистов, оснащенная спе-
циальным оборудованием, в настоящее время продолжает бурение. Еще одна груп-
па занята созданием приборов для проникновения в озеро и подготовкой к изуче-
нию образцов, которые будут из него получены. Время проникновения в озеро и
получения проб воды и донных отложений уже приближается, и результаты этих
достижений могут иметь первостепенное значение для многих аспектов науки.
Неважно, кто первым проникнет сквозь ледниковый покров и получит пробы из
озера - британские, американские, российские ученые или ученые из других стран.
Важно, однако, что отношение российских ученых к проблеме проникновения в
озеро в настоящее время сильно отличается от того, что существует в других стра-
нах.
“Российская” концепция основана на более чем 30-летнем опыте кернового
бурения на станции Восток, включая керновое бурение микробиологически чис-
тых глубоких скважин. Это бурение позволило получить огромный опыт, прин-
ципиально важный для того, чтобы найти правильное соотношение между ха-
рактеристиками бурового оборудования, предназначенного для работы в антарк-
тических условиях, и требованиями минимального загрязнения озера. Такой ба-
ланс можно считать достигнутым, даже если некоторого загрязнения озера не-
возможно будет избежать. Кроме того ясно, что микроорганизмы, которые могут
попасть в озеро из-за его возможного загрязнения буровым раствором или буро-
вым инструментом (несмотря на их очистку), имеют очень мало шансов на вы-
живание в чужеродной для них среде, бедной питательными веществами.
Проникновение в озеро Восток
Понятно также, что опыт исследователей из группы, которая более 30-ти лет
занималась бурением на станции, находящейся над озером Восток, пробурила
скважину до глубины 3620 м и сохранила её открытой в течение многих лет, яв-
ляется очень ценным для продолжения бурения последних метров льда, остав-
шихся до воды озера. При подборе группы бурильщиков этих последних метров
очень важно как можно дольше сохранить в её составе ученых и инженеров, ра-
ботавших над этой проблемой многие годы и накопивших знания, необходимые
для завершения работы.
Другая концепция основывается на возможности проникновения в озеро Во-
сток в других местах, в стороне от станции Восток. Время, которое потребуется
для воплощения в жизнь этого предложения, включает годы материально-техни-
ческой подготовки, связанной со строительством новой внутриконтинентальной
станции в Антарктиде, и время, необходимое для глубокого бурения. И, конечно,
это приведет к загрязнению ледникового покрова озера вследствие доставки со-
тен тонн оборудования, топлива, буровой жидкости, продуктов питания и лю-
дей, которые будут находиться на этой станции многие месяцы, не говоря о
затратах для того, чтобы достичь запланированной цели, произведя при этом
на последней стадии все равно не поддающееся контролю загрязнение воды
озера Восток.
Но ведь всех этих затрат и потерь можно избежать, достигнув цели значи-
тельно более оптимальной ценой, если продолжить работу на станции Восток.
Получения проб воды из озера Восток ждут ученые разных специальностей.
Поскольку есть нужда в проведении бурения, и есть возможность его осуществ-
ления, оно обязательно будет проведено без всякого откладывания “на потом” -
такова проверенная жизнью практика.
Стратегия проникновения в озеро Восток однажды была рассмотрена прези-
дентом Научного комитета по изучению Антарктиды (СКАР) профессором Р.
Ратфордом на его выступлении перед участниками проходившего в Кембридже
(Англия, сентябрь 1999 г.) Международного семинара по изучению подледнико-
вого озера Восток. Р. Ратфорд напомнил аудитории об опыте, полученном в ходе
выполнения других проектов, особенно во время работы по американскому Про-
екту исследования шельфового ледника Росса (РИСП). Большинство участников
не восприняли его замечания всерьез, в отличие от меня, потому что я работал по
этому проекту с 1974 по 1978 г., когда его директором был тот самый профессор
Р. Ратфорд. Основной целью этого проекта было бурение шельфового ледника
толщиной 416 м для проникновения в море в районе лагеря J-9, расположенного
в 500 км к югу от барьера шельфового ледника. К тому времени не было инфор-
мации о том, может ли существовать жизнь под шельфовым ледником в удален-
ных от открытого океана местах, таких, как лагерь J-9. Группа анонимных экс-
пертов решила, что одним из требований к оборудованию для проникновения в
море, находящееся под шельфовым ледником, должно быть отсутствие возмож-
ности любого загрязнения окружающей среды под шельфовым ледником Росса в
районе J-9. В результате этих нереальных и усложненных требований, выдвину-
тых специалистами (некоторые из них работали в областях науки, не связанных
с предметом обсуждения), американцы изготовили очень дорогостоящее и слож-
ное оборудование, не приспособленное для работы в реальных условиях Антар-
ктиды. В результате буровое оборудование замерзло в скважине и утратило рабо-
Глава 11
тоспособность в разгар выполнения буровых работ по проекту, во время летнего
антарктического полевого сезона 1976-1977 гг.
Бурение проникающей в море скважины в шельфовом леднике было все-таки
завершено во время следующего сезона, 2 декабря 1977 г., но в это время оно
велось методом огнеструйного бурения, производимого непрерывным горением
керосина в воздушном потоке под высоким давлением - в специальной горелке,
опускавшейся в создававшуюся ею скважину на тросе вместе со шлангами пода-
чи керосина и сжатого воздуха. Скважина глубиной 416 м и диаметром более
полуметра была сделана этим методом и достигла моря под шельфовым ледни-
ком за 7 часов (Browning, 1978). Но скважина эта была наполнена большим коли-
чеством смеси керосина и сажи от неполного его сгорания. Не была она чистой
и в микробиологическом смысле этого слова. Много смеси попало в море под
шельфовым ледником. Но никто уже не рассматривал всерьез проблему загряз-
нения, кроме инженера Л. Хансена, знаменитого буровика и конструктора того
бурового оборудования, которое осталось вмороженным в скважине при прове-
дении первой попытки бурения экологически чистой скважины в шельфовым
леднике. Господин Хансен говорил всем в лагере: “Если бы мне было разрешено
вылить хотя бы один галлон из бочек и бочек той грязи, которая поступила под
шельфовый ледник при огневом бурении, я бы сконструировал совсем другую и
гораздо более надежную буровую установку, которая никогда бы не сломалась!”
Однако его никто не слушал: “Не омрачай радость победы, Хансен...”
Первое проникновение в озеро из буровой скважины
на станции Восток
Стремление увеличить глубину скважины и закончить 30-летнюю сагу буре-
ния на станции Восток, достигнув озера и выполнив рекомендации, выработан-
ные на семинарах в Кембридже (1995, 1999) и Санкт Петербурге (1998) по про-
никновению в озеро Восток и получению образцов, без загрязнения озера, выли-
лось в то, что буровые группы Горного института Санкт Петербурга и ДАНИИ,
предложили проект под названием “Обоснованность и разработка экологически
чистой технологии проникновения в подледниковое озеро Восток”.
Основной идеей этого проекта было использование скважины 5-G глубиной
3623 м на станции Восток, пробуренной группами ученых из этих двух институ-
тов. Было предложено пробурить оставшийся слой льда толщиной около 130 м с
применением специального кремнийорганического бурового раствора, который
обеспечивал бы минимальное биологическое, физическое и химическое загряз-
нение озера.
Буровая установка, которая применялась для электромеханического керново-
го бурения основной части буровой скважины, должна быть заменена новой тер-
моэлектрической буровой установкой, которая должна преодолеть последние
десятки метров скважины до границы лед-вода озера за счет протаивания льда
без отбора керна. Во время бурения в скважине должна поддерживаться толщина
слоя кремнийорганического бурового раствора около 100м и давление немного
ниже давления воды на границе лед-озеро.
В этом случае вода озера поднимется за счет разницы давлений в озере и
буровой скважине, когда установка теплового бурения проникнет в озеро, при этом
разница давлений позволит воде из озера подняться на высоту на 50 м выше гра-
Проникновение в озеро Восток
ницы лед-вода. После этого установка теплового бурения будет поднята на по-
верхность, а скважина, в которой находится слой воды из озера толщиной 50 м и
слой кремнийорганического бурового раствора толщиной около 100м над ним,
останется нетронутой до тех пор, пока вода из озера внутри нее полностью не
замерзнет. Затем на дно буровой скважины опускается приспособление для буре-
ния с отбором керна, и несколько десятков метров замерзшей воды озера подни-
маются на поверхность ледникового покрова в виде ледяного керна.
Эта часть проекта очень важна, поэтому стоит рассмотреть ее подробнее в
формулировках авторов (Verculich at al., 2002). Проникновение в озеро должно
быть выполнено в три этапа:
(1) Керновое бурение верхних 100 м оставшегося слоя льда должно прово-
диться с помощью той же установки электромеханического бурения, которую
применяли ранее. Было запланировано пробурить первые 50 м льда в полевой
сезон 2004-2005 г. и следующие 50 м в 2005-2006 г. Однако в связи с некоторы-
ми трудностями бурение первых 50 м было отложено на 2005-2006 год.
Извлеченные на поверхность образцы намерзшего льда должны быть поделе-
ны на три равные части и отправлены для изучения во Францию, США и Рос-
сию. Результаты этого изучения должны быть использованы для внесения изме-
нений в методику проникновения в озеро.
(2) Специально сконструированный контейнер должен был доставить эколо-
гически чистую, гидрофобную жидкость ко дну скважины (возможно, это будет
кремнийорганическое масло, плотность которого ниже плотности воды озера, но
выше плотности бурового раствора). Эта жидкость создаст “буферный слой” тол-
щиной около 100 м на дне скважины (рис. 11.1). Давление на дне скважины (Рсква.
жины) будет поддерживаться на уровне примерно на 0,3 МПа ниже, чем давление
воды в озере на границе лед-вода (Розера ) под станцией Восток.
(3) Специально сконструированная и экологически чистая термоэлектричес-
кая буровая установка должна пробурить последние 30 м льда до границы лед-
вода и войти в озеро. Длина этой установки должна быть около 7 м и диаметр -
0,132 м (рис. 11.2).
Этот бур должен протаять лёд с помощью своей маленькой, передней (ниж-
ней) термобуровой коронки диаметром 50 мм (1), нагреваемой электричеством, и
главным нагреваемым буровым кольцом бура диаметром 132 мм (2), имеющим
форму усеченного конуса. Маленькая буровая коронка диаметром 50 мм должна
находиться на 2 м ниже главного бурового кольца бура диаметром 132 мм. Пакер,
то есть устройство, которое может плотно закрывать зазор между стенкой сква-
жины и буром (3), датчики давления (4, 5, 6), клапан (7), насос (8), работающий
от электродвигателя (9), электронный блок (10), электрический отсек (11), дат-
чик нагрузки дна скважины (12), зажим троса (13) с тросом (14), передвижная
втулка (15) и пружина (16) должны быть расположены в цилиндрическом кон-
тейнере диаметром 132 мм, находящемся выше главного нагреваемого кольца бура.
Контактный датчик (17) состоит из опоры (18), чувствительных элементов (19,
20) и пружины (21). Пружина должна поддерживать опору в таком положении,
чтобы ее конец находился на уровне нагреваемой коронки (1) при бурении, но в
тот момент, когда коронка проткнет ледниковый покров, проникнет в воду озера,
и опора перестанет упираться в лед дна скважины, она “прыгнет” вниз, подав
соответствующий сигнал.
Глава 11
Рис. 11.1. Схема первого этапа приближе-
ния к проникновению в озеро Вос-
ток из буровой скважины, пробу-
ренной на станции Восток.
Рис. 11.2. Термоэлектрический буровой снаряд
для первого проникновения в озеро Вос-
ток (Verculich at al., 2002). Бур должен про-
таять последние 30 м льда в безостановоч-
ном режиме со скоростью около 4 м/час,
пока не достигнет границы лед-вода. Его
передняя (нижняя) термобуровая коронка
должна войти в озеро. Длина установки
около 7 м, диаметр - 0,132 м. Описание
деталей снаряда дано в тексте.
С помощью этой установки, возможно, будут пройдены последние 30 м льда,
остающиеся до озера, полярным летом 2007-2008 г. со скоростью около 4 м/час.
Скважина, протаянная этой установкой, будет состоять из двух частей: (1) ниж-
няя часть длиной 2 м и диаметром 50 мм, и (2) верхняя, основная часть, диамет-
ром 132 мм. Еще раз: опора (18) коронки будет давить на лед на дне скважины,
пока не достигнет своего нижнего положения, когда головка нагреваемой корон-
ки пройдет через ледниковый покров и попадет в озеро. Опора при этом не упи-
рается больше в лед, выталкивается пружиной (21) вниз, размыкает сенсорные
элементы и включает контактный датчик (17). Под его действием срабатывает
двигатель насоса, подает воду в пакер, который перекрывает воде озера, находя-
щейся внизу, контакт с жидкостью, находящейся выше. После этого электричес-
кий обогрев отключается, и движение установки вниз прекращается, (рис. 11.3(a)).
Проникновение в озеро Восток
(Ь)
(а)
Рис. 11.3. Два этапа первого проникновения в озеро Восток из глубокой скважины в ледя-
ной толще на станции Восток. На первом этапе (рис. 11.3(a)) в скважину (рис. 11.1)
опускается устройство, показанное на рис. 11.2, которое бурит (протаивает) после-
дние 30 метров ледяной крыши. Когда нижний конец устройства проникнет в озеро,
шток 18 (рис. 11.2) перестанет упираться в лёд и опускается, включив и выключив
соответствующие контакты. При этом выключается нагрев буровых коронок, и дви-
жение бура вниз прекращается, а пакер перекрывает контакт воды озера с буровым
раствором, которым залита скважина. После этого проверяется, что давление буро-
вого раствора в скважине меньше давления воды в озере на нужную величину, пакер
выключается, устройство, показанное на рис. 11.2 поднимается вверх, а вода озера
входит в скважину и поднимается примерно на 50 метров (рис. 11 .3(b)), остается
там и со временем замерзает (Verculich at al., 2002).
буровой
раствор
талая
вода
озерная
вода
Данные датчиков давления будут получены и проанализированы на поверх-
ности ледникового покрова, и если давление в скважине (РСКважины) и в озере
(Р03ера) отличаются от тех, что были в исходных расчетах, то будет изменен уро-
вень бурового раствора для получения правильной разницы давлений (РскваЖцНы
должно быть меньше РОзера на соответствующую величину). Затем выливается вода
из пакера, поднимается буровой снаряд, и вода озера поднимается по скважине,
заполняя ее примерно на 50 м (рис. 11.3(b)).
Создатели метода рассчитывают, что вода будет подниматься по скважине
очень медленно, потому что давление в озере (РОзера) будет ненамного выше дав-
ления в скважине (РскважиНы) в начале процесса и уменьшится до нуля в конце, и
при этом вода озера будет поднимать 50000 кг бурового раствора, который нахо-
дится выше по скважине.
Расчеты и численное моделирование показывают, что вода из озера, попав-
шая в скважину, должна замерзнуть в течение суток.
Глава 11
(4) Затем в скважину опускается электромеханическая установка кернового
бурения, и ледяной керн свежезамороженного льда, состоящего из воды озера
Восток, отбирается и поднимается на поверхность. Бурение должно быть оста-
новлено в тот момент, когда останется 10-15 м льда между дном скважины и водой
озера Восток. (Verculich at al., 2002).
Установка для проникновения в озеро уже изготовлена, но ее конструкторы не
прекращают работать над модернизацией первоначальной конструкции (Verculich at
al., 2002). Совершенствуются меры по очистке и стерилизации, продолжается поиск
лучшей “буферной жидкости” и производится теоретическая проверка опасности
возможности полного разрушения слоя льда толщиной 2 м под коронкой главного
кольцевого нагревателя на последнем этапе теплового бурения. Среди других усо-
вершенствований или изменений - повышение эффективности снаряда возможнос-
тью первого отбора образца воды озера in situ, прямо из озера. Это очень важная опция,
так как она позволит сравнить образец воды озера, полученной из ледяного керна, с
водой озера in situ, которая будет извлечена на более поздней стадии.
лТТ
Разработчики оборудования также считали необходимым условием проверку
прибора и процедуры проникновения лабораторными и полевыми испытаниями
на шельфовых ледниках или маленьких подледниковых озёрах.
Министерство промышленности, науки и технологий Российской Федерации
финансировало этот проект в 1999-2001 г., и экспертная комиссия в ходе прове-
дения государственной экологической экспертизы в марте 2001 г. утвердила его.
С.С. Абызов, микробиолог, который первым провел биологическое изучение ле-
дяных кернов озера Восток до глубины 3000 м; профессор Б.Б. Кудряшов, руко-
водитель группы буровиков на станции Восток и разработчик и изготовитель
бурового оборудования для бурения льда на станции Восток на протяжении 20
лет; академик В.М. Котляков, который на протяжении многих лет был постоян-
ным представителем России в Научном комитете по изучению Антарктиды; док-
тор В.В. Лукин, глава РАЭ; автор этой книги, а также другие ученые, обладаю-
щие опытом в экологически чистом бурении, встречались с другими экспертами,
участвовали в государственной экологической экспертизе и одобрили проект.
Некоторые эксперты рекомендовали, чтобы следующим этапом в развитии
этого проекта стала его проверка в других местах, где будет возможность для
полного экологического мониторинга проводимых мероприятий. Одним из пред-
лагаемых мест мог бы стать шельфовый ледник около российской станции Ново-
лазаревская, но этот этап оказался невозможным из-за финансовых проблем.
Личный опыт автора позволяет предположить, что такое испытание могло бы
оказаться бесполезным, потому что здесь, как и в других опытах, отсутствовала
возможность экспериментальной проверки уровня загрязнения подледниковой
воды в тот момент, когда в нее проникает буровой снаряд.
Сам проект и экспертное заключение по нему были представлены участни-
кам XXIV Консультативного Совещания по Договору об Антарктике, которое
проходило в Санкт-Петербурге в 2001 г., и привлекли внимание международной
научной общественности.
Первый шаг к проникновению
Первым шагом к выполнению проекта должно было стать керновое бурение
первых 50 м под нижней частью существующей буровой скважины. В этом слу-
Проникновение в озеро Восток
чае бурение сократило бы толщину оставшегося льда до 80 м, что все еще пре-
вышает почти в три раза минимально допустимую толщину (25 м), установлен-
ную и согласованную на семинаре, посвященном проблемам озера Восток, кото-
рый проходил в Кембридже в 1995 году. РАЭ запланировала как можно скорее
провести такое бурение с глубины 3623 м до 3673 м, и многие ученые сделали
запрос на получение сегментов этого ледяного керна для изучения. Но и после
выполнения этой части проекта под нижней частью буровой скважины оставал-
ся бы достаточный слой льда.
Этот план был представлен руководителем РАЭ В.В. Лукиным на первом за-
седании так называемой Группы специалистов по изучению подледниковых ан-
тарктических озер (САЛЕГОС), образованной Научным комитетом по изучению
Антарктиды в 2000 г. по рекомендации семинара по изучению подледниковых
озер, состоявшегося в 1999 г. в Кембридже, для обсуждения всех вопросов, свя-
занных с озером Восток в надежде получить быстрое одобрение САЛЕГОС. За-
седания этой группы проходили в Болонье (Италия) в ноябре 2001 г. В.В. Лукин
предложил план поднятия на поверхность дополнительных 50 м намерзшего льда,
по предположениям образованного из воды озера в сезон 2002/2003 года в каче-
стве части общего плана проникновения в озеро (Kennicut, 2001).
План опирался на результаты гляциологического изучения, описанные докто-
ром В.В. Липенковым (частная переписка, 2001 г.). Его следует привести здесь.
Эксперименты по вертикальному сейсмическому профилированию (Масолов
и др., 2001) и данные измерения температуры в буровой скважине (Саламатин,
2000), неоднократно проводимые в скважине 5G-1 до ее нижней части, находя-
щейся на глубине 3623 м, позволяют сделать предположение о том, что толщи-
на оставшегося льда, отделяющего скважину от подледниковой воды, состав-
ляет 130-140м, что соответствует общей толщине ледникового покрова 3750-
3760 м. По данным наземных измерений (Попов и др., 2000) толщина ледниково-
го покрова вблизи скважины равна 3775±15 м, что соответствует толщине
оставшегося льда 140-170 м.
Нижний слой намерзшего льда характеризуется необычайно большими кри-
сталлами (до 100 см и больше). Высокое качество кристаллов по данным после-
дних рентгеновских дифракционных измерений ( Montagnat et al., 2001, Липенков
и Барков, 1998) и, в дополнение к этому, малое искажение кристаллической ре-
шетки этих кристаллов исключает значительную диффузию бурового раствора
через кристаллическую решетку льда.
Если считать, что лёд озера сформирован путем медленного замерзания
смеси ледяной шуги и основной массы воды (Souchez et al., 2000 ), можно ожи-
дать образования поликристаллического льда с размером кристаллов не более
нескольких миллиметров сразу после замерзания. Следовательно, рост кристал-
лов должен происходить после первоначального замерзания и на продолжении
длительного времени в условиях, когда лед озера остается при температуре,
близкой к точке плавления. Считается, что аномальный рост зёрен кристаллов
обусловлен, возможно, структурой намерзшего льда, содержащей очень боль-
шие зерна с высокой степенью кристаллизации, которые обычно характеризу-
ются упорядоченными границами зерен (Montagnat et al., 2001).
И упорядоченные (низкая энергия) границы зерен и очень большой размер
кристаллов делают проникновение бурового раствора в намерзший лед мало
Глава 11
вероятным. Поэтому мы можем не опасаться загрязнения подледниковых вод
проникновением бурового раствора из нижней части буровой скважины, нахо-
дящейся на 80 м выше поверхности озера, даже в течении длительного времени.
После рассмотрения и обсуждения материала, лежащего в основе предложе-
ния Российского плана углубления скважины на станции Восток “...группа со-
гласилась, что научное обоснование дальнейшего бурения 50 м намерзшего льда
было достаточным для того, чтобы утвердить возможность углубления сква-
жины с целью получения льда для совместного международного исследования.
Однако группа посчитала, что не все необходимые специалисты-гляциологи при-
сутствовали на ее заседаниях для проведения достоверной технической и эколо-
гической экспертизы, и сочла поэтому, что. требуется новая независимая оцен-
ка этого плана для вынесения решения о безопасности предлагаемого бурения
скважины на станции Восток. Поэтому руководитель совещания обратился по
этому вопросу к специалистам геофизикам и гляциологам и попросил их внести
свои предложения относительно аспектов безопасности плана углубления буро-
вой скважины. Если возможно, то эти вопросы должны быть рассмотрены на
внеочередном заседании, если нет - они будут внесены в повестку дня для после-
дующего обсуждения на предложенном на весну 2002 г. заседании группы"
(Kennicut, 2001).
То, что произошло впоследствии, описано в следующем письме руководите-
ля группы Джона Приску, профессора экологии Университета штата Монтана
(США), президенту Научного комитета по изучению Антарктиды Р. Ратфорду в
апреле 2002 г., за полтора месяца до следующего заседания Группы специалис-
тов по изучению подледниковых антарктических озер (САЛЕГОС):
РАЗ на последнем заседании САЛЕГОС представила планы извлечения на
поверхность дополнительных 50 м керна намерзшего льда из глубокой скважины
на станции Восток во время сезона 2002/2003 г. Подробности плана содержат-
ся в отчете САЛЕГОС о первом заседании (Болонья, Италия, 29-30 ноября 2001 г.).
Группа признала научное обоснование достаточным для утверждения плана
углубления буровой скважины на станции Восток с целью получения дополни-
тельного намерзшего льда озера для совместного международного исследова-
ния. Но группа не чувствует, что необходимые эксперты для проведения досто-
верной технической и экологической экспертизы присутствовали на ее заседа-
ниях. Поэтому мне, как руководителю, было поручено получить дополнительные
заключения от геофизиков и гляциологов-специалистов по вопросам экологичес-
кой безопасности. Я обратился к 5 экспертам (ответили только 4) по вопросу
оценки российского плана углубления скважины на станции Восток на 50 м. Я
отправил каждому из них письмо следующего содержания:
Уважаемые коллеги,
возможно, вы знаете о российской программе поднятия из скважины 5G
дополнительных 50 м намерзшего льда ( оставляя 80 м между нижней частью
скважины и границей лед-вода). СКАР потребовал от САЛЕГОС представле-
ния рекомендаций по научным и экологическим вопросам, касающимся этой ак-
ции. Мы достигли единодушного согласия относительно того, что получение
дополнительного намерзшего льда, особенно очень чистого льда с глубины ниже
3608 м будет иметь важное значение для науки. Однако остаются нерешенны-
Проникновение в озеро Восток
ми проблемы, связанные с окружающей средой. Мне было поручено Группой
Специалистов получить заключение экспертов по этому вопросу. В связи с этим,
не будете ли вы так любезны выслать мне вашу официальную оценку проблем
окружающей среды, которые, по вашему мнению, могут возникнуть вследствие
углубления скважины 5G? Конкретные вопросы, которых вы должны коснуться
( но не должны ими ограничиваться):
(1) Какова вероятность проникновения буровой жидкости через оставшиеся
80 м льда, и, следовательно, загрязнения воды озера?
(2) Какова вероятность того, что механические характеристики намерзше-
го льда, полученного ранее (чистый лед с глубин между 3608 и 3623 м), окажут-
ся такими же, как у льда, находящегося на границе с водой озера?
Ответы всех специалистов прилагаются ( так как некоторые авторы по-
желали остаться анонимными, я решил сделать все заключения анонимными).
На основе рекомендаций и замечаний этих признанных специалистов, а также
обсуждения среди членов САЛЕГОС, мы не смогли прийти к единодушному мне-
нию по вопросу риска загрязнения озера при углублении существующей скважи-
ны. В основном это произошло из-за отсутствия достоверной информации о
свойствах льда, который должен быть пробурен. А также из-за невозможнос-
ти сделать количественное предсказание поведения льда на этих огромных глу-
бинах и при таких необычных условиях. Один из экспертов на основании опыта
бурения в заполненных жидкостью скважинах с трещинами в их стенках, пред-
положил, что любая трещина, если она образовалась, будет проникать на боль-
шое расстояние. Просачивание загрязняющих веществ через межзеренные гра-
ницы также ставит вопрос о загрязнении озера, так как ожидается, что при
приближении к поверхности озера будет происходить возрастание температу-
ры до ее предельно высоких значений. Другие эксперты предлагают различные
превентивные меры, которые могли бы уменьшить риск загрязнения озера. При-
знавая тот факт, что российские специалисты являются мировыми лидерами в
бурении льда, эксперты все-таки пришли к единодушному заключению, что тре-
буется дополнительный анализ для того, чтобы адекватно оценить риск заг-
рязнения озера. Осторожный подход может оказаться здесь наиболее благора-
зумным, поэтому мы перекладываем на СКАР решение относительно того, ка-
кими могут быть наши следующие шаги. Я предложил исполнительному дирек-
тору СКАР возглавить совещание в Шанхае для подробного осуждения этих
вопросов и выработки ясных и обязательных для исполнения указаний по россий-
ской программе.
XXVI Консультативное Совещание по Договору об Антарктике в 2003 году в
Шанхае одобрило российское предложение, но время для бурения уже было упу-
щено из-за отсутствия ясного ответа на вопрос, поскольку анонимные эксперты
САЛЕГОС были вроде бы не уверены в возможности предохранения при этом
озера от возможности загрязнения. Поэтому предложенная РАЭ на 2002-2003 г.
программа бурения и углубления скважины на станции Восток была отложена на
2003-2004 год.
“Это похоже на соперничество по вопросу, кто будет первым на Луне. Мы
следовали правилам игры, установленным в договоре об Антарктике''', - сказал
В.В. Лукин, глава РАЭ, в интервью РИА “Новости” 13 мая 2004 г.
Глава 11
Он сказал также, что РАЗ собирается пробурить первые 50 м буровой скважи-
ны на станции Восток в 2004-2005 г., оставив 80 м льда до озера. В 2005-2006 г.
должны быть пробурены следующие 50 м, и “ ...в 2006-2007 г. мы достигнем
воды озера” (РИА “Новости”, 13 мая 2004 г.).
Теперь, в конце января 2006 г. мы знаем, что этот план был выполнен лишь
частично. Новый этап бурения на станции Восток был начат в декабре 2005 г. и
окончен в середине января 2006 г., на поверхность было поднято 27,5 м керна.
Каждый цикл бурения продолжался около 6 часов, на поверхность каждый раз
вынималось около 1,5 м керна, и глубина буровой скважины была увеличена с
3623 до 3650 м. Нельзя сказать, что это был очень большой успех, но, несомнен-
но, очень важный. Часть полученного из скважины керна была отправлена для
изучения в Европу.
Однако все эти отсрочки и непрерывная борьба за доказательство возможно-
сти продолжения бурения и в конечном счете проникновения в озеро не могли не
сказаться на деле. Год за годом группы специалистов по бурению и гляциологов
оказывались внезапно без работы. Даже в таких казалось бы престижных журна-
лах как “Nature” никому не известные “писатели” рассуждали о том, что бурение
на станции Восток опасно тем, что при проникновении “русского бура” в озеро
все 50000 кг буровой жидкости, которой заполнена скважина, могут хлынуть в
озеро и экологически погубить его, или, наоборот, вода озера может выплеснуть-
ся вверх через скважину. Все это, отчасти, привело к тому, что темп проникнове-
ния к озеру, настрой буровиков был снижен, и в конце 2007 года дно скважины
на станции Восток находилось еще на глубине 3666 метров и дальнейшее про-
движение вниз антарктическим летом 2008-2009 года не предполагалось. Но под-
робнее об этом в конце книги.
Когда мы проникнем в озеро
Самая важная часть этой научной истории все еще впереди. Сразу после того,
как будут получены образцы воды из озера, будут проведены исследования тол-
щи воды с помощью дистанционных систем и прямым способом, in situ. Экспе-
риментальные данные по солености воды и течениям в воде озера, а также дан-
ные по биологическим сообществам, если они будут обнаружены, возможно,
изменят наше понимание сути ряда вещей.
Исследования воды озера Восток in situ
Здесь мы рассказываем о том, что было предложено для данного случая Груп-
пой специалистов по изучению подледниковых антарктических озер САЛЕГОС:
“Сначала предлагается использовать натянутый трос, с помощью которого в сква-
жину опускаются измерительные приборы для получения данных временных
рядов измерений на различных глубинах и на разных сторонах озера (например,
у южной оконечности под озером Восток, где происходит намерзание ледниково-
го покрова озера, и на противоположной стороне озера, где происходит плавле-
ние ледникового покрова). Данные о растворенном кислороде и других важных
газах, проводимость, давление, температура, скорость воды и ее мутность долж-
ны быть измерены с необходимыми временными интервалами для сбора инфор-
мации о циркуляции воды, а также о геофизическом, геохимическом и биологи-
ческом режимах озера. В нижней части троса должна быть установлена элект-
ронная система для различных исследований в поверхностных слоях донных
Проникновение в озеро Восток
отложений озера, включая исследование различных биогеохимических процес-
сов. Для измерения уплотнения и реологических свойств осадочного грунта дол-
жны быть также установлены пенетрометры или приборы для определения сдви-
говых напряжений”. (Kennicut, 2001).
Подъем на поверхность образцов воды
“Сначала на поверхность ледникового покрова должен быть поднят неболь-
шой объем воды. Вода должна быть отфильтрована in situ для выделения мик-
робной биомассы для проведения анализа на ДНК и других анализов. Изменение
давления на 400 бар во время поднятия образцов на поверхность не должно со-
здать проблем для микробиологических анализов, но температурные изменения
от температуры таяния на границе лед-вода (-2-3°C) до температуры на поверх-
ности ледникового покрова ( почти -55°С) создадут проблемы из-за замерзания
образцов, или из-за того, что образцы будут подвержены воздействию высокой
температуры (в случае бурения скважины при помощи горячей воды). Для того,
чтобы избежать этих проблем, образцы, возможно, следует теплоизолировать.
Анализ ДНК, выращивание микробов в питательной среде и полный спектр ана-
лизов методом микроскопии должны быть также проведены. Для определения
конкретных групп микробов должен быть использован молекулярный зонд. Боль-
шие изменения температуры при подъеме образцов воды из озера в лабораторию
могут повлиять на результаты анализов газов, поэтому может потребоваться раз-
работка специальных методов подъема образцов. Должен быть проведен широ-
кий диапазон органических и неорганических химических анализов отфильтро-
ванных и неотфильтрованных образцов воды” ( Kennicut, 2001).
Подъем на поверхность образцов донных отложений
Группа специалистов САЛЕГОС определила следующие приоритеты в иссле-
довании биологических вопросов, связанных с озером Восток.
Образцы с границы донные отложения-вода и осадочные керны с небольшой
глубины должны быть взяты для получения сведений о биологических и биохи-
мических условиях, процессах и о цикличности. Более длинные керны с глубо-
ких горизонтов должны быть отобраны для выяснения истории озера и для па-
леоклиматических исследований. Если отбор керна производится с поверхности,
керноотборник должен быть заключен в корпус для уменьшения загрязнения из-
за перераспределения материалов в озере. Также следует учитывать изменения
температуры и давления вследствие поднятия кернов со дна озера на ледниковую
поверхность. Анализы ДНК, выращивание микробов в питательной среде, изме-
рения метаболической активности и полный комплект микроскопии и химичес-
ких анализов должны быть проведены с кернами. Опыт, полученный в рамках
проекта глубокого бурения в океане, а также при подъеме кернов донных отло-
жений через слой льда толщиной 415 м на шельфовом леднике Росса, могут ока-
заться очень ценными для применения в проекте по озеру Восток (Kennicut, 2001,
2002а, в, 2003а, в).
Группа специалистов САЛЕГОС определила следующие приоритеты в иссле-
довании биологических вопросов, связанных с озером Восток.
• Определить сходства или различия биологических форм. Надо отве-
тить на основной вопрос: является ли биота озера Восток сообществом живых
или способных к оживлению организмов или там будут обнаружены лишь иско-
паемые формы. Это изучение должно объединить в себе определение биомассы
Глава 11
и численности каждого вида жизни, а также определение происхождения под-
ледниковой жизни в воде озера, включая изучение жизни в зонах гидротермаль-
ной активности, в кристаллах гидратов, определение типов организмов, которые
проявляют метаболическую активность и определение территориального разме-
щения разнообразных форм жизни.
• Выявить “редокс-соединения”, которые поддерживают жизнь. Сюда
входит выяснение всех уникальных биохимических или физиологических про-
цессов; измерение in situ роста и интенсивности обмена веществ организмов; оп-
ределение минимального количества энергии, необходимой для роста; определе-
ние запаса энергии и того, как она добывается из окружающей среды; определе-
ние резервов углекислого газа для поддержания жизни в озере; изучение связи
между живыми организмами в озере и гидратами газов.
• Установить историю эволюции озера Восток и его биоты путем изу-
чении кернов донных отложений. Это следует делать с проведением проверок,
верификации и мониторинга возможных загрязнений во время бурения и проник-
новения в озеро и поднятия оборудования, образцов и кернов из озера на повер-
хность через почти четырехкилометровую толщу льда. При этом используемое
оборудование и приборы должны обеспечивать минимальное повреждение и на-
рушение среды при проведении нужных исследований и проверок. С научной
точки зрения важно, чтобы образцы поступили для изучения в “девственном”
состоянии, то есть оставались такими, какими они были в месте и в момент отбо-
ра образцов, и чтобы наличие рядом оборудования и приборов не влияло на ре-
зультаты измерений и наблюдений. Современные споры и противоречия о проис-
хождении микробов в намерзшем льду озера являются примером возможных
проблем, которые могут возникнуть в процессе изучения озера. Еще одним пред-
метом озабоченности является вопрос о том, что ранее не известные микробы и
другие микробиологические материалы должны быть соответствующим образом
защищены и должны храниться в таких условиях, чтобы избежать нежелатель-
ного контакта с окружающей средой. Перераспределение воды озера и донных
отложений во время измерений in situ и наблюдений должны быть сведены к ми-
нимуму из-за олиготрофной природы озера ( Kennicut, 2001).
Применение опыта планетарной защиты
Группа специалистов САЛЕГОС обсудила возможность использования опы-
та, полученного при “планетарной защите”, то есть опыта по очистке посылае-
мых в космос аппаратов от загрязнений, для защиты изучаемых ими планет. Опыт
планетарной защиты, применяемый в космических программах имеет длинную
историю, и САЛЕГОС считает, что опыт защиты космической среды (планет) от
влияния земной среды, используемый в космических программах, может оказаться
полезным при создании концепции построения схемы защиты озера Восток от
загрязнения. Иными словами, считалось, что проблемы, которые могут возник-
нуть при изучении подледникового озера Восток, схожи с проблемами изучения
планет. Основная цель планетарной защиты - предотвратить загрязнение чуже-
родными организмами при изучении жизни в других средах. Такая же цель стоит
и при изучении озера Восток. Программа Национального научно-исследователь-
ского совета США под названием “Предупреждение загрязнения планеты Евро-
па” может быть использована в качестве примера, потому что предусмотренные
Проникновение в озеро Восток
в ней меры могут оказаться полезными для понимания их применимости к озеру
Восток.
НАСА рекомендует “чистить” компоненты оборудования с применением раз-
личных технологий, в зависимости от их срока службы. Защита при современ-
ных полетах на Марс требует, например, чтобы полеты, во время которых не
проводится экспериментов по обнаружению жизни , были чистыми, отвечая тре-
бованиям по общей “бионагрузке” не более 300 000 спор и “плотности” спор на
поверхности, не превышающей 300 спор на квадратный метр. Полеты, в програм-
ме которых запланированы эксперименты по обнаружению жизни, должны под-
вергаться дополнительной очистке и гарантировать общую “бионагрузку”, не
превышающую 30 спор. Эффективность мероприятий по очистке зависит от ти-
пов и количества микроорганизмов, их устойчивости к воздействиям внешней
среды и соответствия применяемых способов очистки устройству, к которому они
применяются. Считалось, что для каждого будущего полета на Европу вероят-
ность загрязнения подледникового океана Европы жизнеспособными микроор-
ганизмами, привезенными с Земли, должна быть меньше 0,001. Проблемы био-
логического загрязнения, связанные с Европой, подробно рассматриваются Ри-
чардом Гринбергом в его книге “Европа, спутник с океаном”. Группа специалис-
тов по изучению планет предложила процедуру расчета для определения, соот-
ветствует ли каждый полет на Европу требованиям чистоты, предъявляемым к
полетам, и Группа специалистов по подледниковым озерам (САЛЕГОС) должна
бы сделать то же самое.
Однако Группа не смогла прийти к согласию относительно стандартов чисто-
ты для “бионагрузок” при изучении озера Восток. Был установлен лишь осново-
полагающий принцип: “бионагрузка” на любой блок аппаратуры должна быть на
таком уровне, чтобы перенос организмов к месту проведения изучения был дос-
таточно маловероятным (Kennicut, 2001). Однако это заявление ничего не значит,
потому что мы еще пока не поняли, как определить этот уровень количественно.
Точка зрения автора совпадает с точкой зрения членов группы САЛЕГОС, кото-
рые полагают, что очень мала вероятность того, что организмы, которые могут
быть привнесены в окружающую среду озера Восток вследствие загрязнения при
проникновении в озеро, смогут выжить и размножиться в действительно чуже-
родной для них среде озера ( Kennicut, 2001).
Другие проекты проникновения в озеро Восток
На настоящий момент кроме “Русского проекта” не существует других про-
ектов проникновения в озеро Восток, достаточно проработанных с точки зрения
предотвращения загрязнения озера.
Существуют проекты, в соответствии с которыми планируется проникнове-
ние в озеро Восток с других мест ледникового покрова. Совещание, посвящен-
ное проблемам озера Восток, которое проходило в Вашингтоне в 1998 г., нача-
лось с вопроса: “Озеро Восток: любопытный факт или объект серьезного между-
народного изучения?” и закончилось предложением графика строительства но-
вых научных станций на поверхности ледникового покрова над озером Восток в
течение 6 лет, начиная с 2000 года. ( Bell and Karl, 1998). Предложенный график
содержал следующие пункты:
Глава 11
• 2000 ( полевой сезон 2000/2001 г.). Первый год для предварительного
определения второй (после станции Восток) площадки глубокого бурения над
озером Восток.
• 2001 ( 2001/2002 г.). Второй год для определения и инженерно-геологи-
ческих работ на новой площадке глубокого бурения над озером Восток, включая
наземные работы и тестирование технологий глубокого бурения.
• 2002 (2002/2003 г.) Со второй (после станции Восток) площадки глубо-
кого бурения над озером Восток должна быть пробурена сквозная скважина в озеро
Восток для проведения измерений в воде озера. Должны быть предприняты по-
пытки обнаружения in situ существования микробов, проведено вертикальное
профилирование для определения свойств воды и ее микроструктуры, изучение
границ раздела лед-вода и вода-осадочные отложения (ни слова о методах про-
верки экологической безопасности такого проникновения).
• 2003 ( 2003/2004 г.) Год получения образцов из озера Восток через сква-
жину на второй (после станции Восток) площадке глубокого бурения над озером.
Должны быть получены образцы донного льда и воды озера и гидратов газов.
Должны быть произведены поиски места третьей станции глубокого бурения в
озеро. Должен быть проведен международный семинар и, возможно, изменение
сроков выполнения работ.
• 2004 (2004/2005). Год установки третьей научной станции глубокого бу-
рения в озеро Восток.
На момент издания книги на английском языке (начало 2006 г.) ни один из
пунктов этого плана не был выполнен. Почему оказался такой большой разрыв
между реальностью и планом-графиком? Отчасти потому, что никто из членов
РАЗ или из ведущих российских ученых, долгие годы занимающихся проблемой
озера Восток, не присутствовал в 1998 г. на семинаре в Вашингтоне, и в его ито-
говом отчете не было сказано ни одного слова о возможности использования
первой и пока единственной глубокой скважины на станции Восток для между-
народного изучения (Bell and Karl, 1998). При этом, конечно, и научный “дух”,
опыт десятилетий работы огромной экспедиции на поверхности ледяного покро-
ва озера был как бы забыт, все начиналось как бы с нуля.
Такое несоответствие произошло потому, что, пожалуй, впервые в истории
международного научного изучения Антарктиды ученые из различных стран не
стремились оказать друг другу содействие для быстрейшего продолжения работ,
а, напротив, руководствуясь собственными планами, они иногда поддерживали
действия, направленные на замедление выполнения работ других исследовате-
лей для того, чтобы добиться преимущества во времени и первыми проникнуть,
например, в озеро Восток. Этим можно объяснить и тот факт, что группе САЛЕ-
ГОС удалось получить одобрение у Научного комитета по изучению Антаркти-
ды на бурение дополнительных 50 м на станции Восток лишь после 4-х лет об-
суждений.
Глубокое бурение с извлечением ледяного керна таким способом, как это де-
лалось на станции Восток, является задачей, практически неосуществимой на
запланированных выше новых станциях-площадках для проникновения в озеро
Восток. Для этого требуются годы бурения плюс годы предварительной подго-
товки. Один из новых способов такого бурения, который, возможно, поможет
справиться с задачей - это глубокое бурение через ледниковый покров с приме-
Проникновение в озеро Восток
нением горячей воды. Эта идея так же стара, как и тепловое бурение льда при
помощи горячего термобура-термоиглы или круглого кольцевого электрического
нагревательного элемента. Основную проблему составляют технические трудно-
сти, связанные с этим методом, поэтому на протяжении длительного времени
бурение горячей водой использовалось только на неглубоких скважинах малого
диаметра.
Технология изменилась в 1977 г., когда Дж. Браунинг, инженер и изобрета-
тель из Хановера ( Нью-Гемпшир, США) применил метод термического бурения
горячей водой для получения большой и глубокой скважины на шельфовом лед-
нике Росса (Кемп J-9). Оборудование для такого бурения состояло из большого
промышленного водяного котла, нагреваемого сжиганием 300 кг дизельного топ-
лива в час ( Browning, 1978). Котел нагревал 2890 кг воды в минуту от темпера-
туры около 2°С до +98°С. Горячая вода по шлангам подавалась к нижней части
скважины диаметром 0,90 м пробуренной во льду со скоростью около 40 м/час.
Меньше дня потребовалось на то, чтобы пробурить шельфовый ледник на глуби-
ну 416 ми попасть в подледниковое море под ним.
Этот метод, так успешно примененный для бурения большой, глубокой сква-
жины психологически открыл дорогу для бурения на глубину более 1000 м до
дна ледникового покрова Западной Антарктиды для того, чтобы добраться до
придонных ледяных потоков, а также для бурения скважин глубиной около 1000 м
на американской южной полярной станции Амундсен - Скотт по проекту
AMANDA. Было пробурено более 10 глубоких скважин , каждая глубиной более
1000 м и диаметром около 1 м (Koci, 1999).
На фоне этих успехов, казалось, что можно легко достичь дна ледникового
покрова толщиной 3700-3500 м, и этот метод сочли пригодным для применения
на новых, запланированных площадках бурения.
Однако исследования, проведенные ведущими экспертами по глубокому бу-
рению горячей водой ледникового покрова Антарктиды показали, что бурение
горячей водой позволяет быстро и легко получать скважины лишь до глубины
1,5 км. Если бурение горячей водой применять для более глубоких скважин, энер-
гоемкость процесса становится огромной (Clow and Koci, 2002). Эти же специа-
листы показали, что для проникновения горячей водой сквозь ледниковый по-
кров до озера Восток потребуется установка весом около 200 тонн, для которой
будет нужно не менее 50 тонн топлива, что вряд ли приемлемо. Само бурение
займет всего 10-12 дней, но скважину диаметром около 0,3 м, можно использо-
вать для целей изучения только 2-3 дня до того, как она замерзнет или сомкнется
из-за окружающего давления льда. Авторы (Clow and Koci, 2002) считают приме-
нение так называемой технологии бурения колонной гибких труб (Gaddy, 2000),
единственным методом, который может быть использован для быстрого сквозно-
го бурения ледяного покрова озера Восток с новых станций, если они будут со-
зданы (рис. 11.4).
Основа этой технологии - применение намотанной на барабан колонны гиб-
ких труб из улучшенных композитных материалов (Fowler et al., 1999), с помо-
щью которой можно закачать большое количество жидкости к забою скважины
насосом высокого давления, находящимся на поверхности. В этом методе не тре-
буется ни помещения буровой установки, ни буровой мачты как таковых, но вме-
сто них используется “инжектор”. Инжектор предназначен для управления буриль-
Глава 11
"гусиная шея" инжектора
инжектор
- обсадка забоя
—переход фирна в лед
гибкая буровая труба
на лебедке
компрессор
высокого
давления
- буровой снаряд
- головка бура или другие устройства
Рис. П.4. Технология бурения колонной гибких труб (КГТ), предложенная для быстрого
сквозного бурения ледяного покрова озера Восток с новых станций, если они будут
созданы (Clow and Coci, 2002). Главный принцип этой технологии - применение
гибких труб из улучшенных композитных материалов, дающий возможность зака-
чивать к забою скважины большое количество жидкости насосом высокого давле-
ния, находящимся на поверхности.
ной колонной гибких труб. Жидкость, проходящая через трубу под давлением,
активирует гидравлический двигатель у забоя скважины, который приводит в
действие вращающуюся бурильную головку. К бурильной головке могут быть
присоединены керновые снаряды или другие специальные инструменты. Части-
цы льда и буровой раствор возвращаются на поверхность за пределами трубы,
через кольцевой зазор между трубой и стенкой скважины. Буровая скважина может
быть не обсажена на всю глубину. Она должна быть обсажена или уплотнена лишь
в верхней части, при прохождении через слой фирна, чтобы предотвратить про-
сачивание бурового раствора в проницаемый фирн. Частицы отфильтровывают-
ся от бурового раствора на поверхности, и после этого буровой раствор снова
закачивается в скважину ( Fowler et al., 1999).
Применение технологии такого типа для глубокого и быстрого бурения в ан-
тарктическом льду потребует тщательных полевых испытаний и дополнительно-
го изучения. Ведь эта технология была использована в Арктике при температу-
рах -40°С на поверхности и -15°С в скважине. А средняя годовая температура на
поверхности ледникового покрова над озером Восток -56°С, и почти такая же в
Проникновение в озеро Восток
верхних 500 м скважины, поэтому трудно предсказать последствия этой темпе-
ратурной разницы. Тем не менее, с помощью усовершенствованной технологии
бурения колонной гибких труб, по-видимому, можно получить скважины необхо-
димых диаметра и глубины на новых станциях-площадках для бурения над озе-
ром Восток.
Использование возможностей станции Восток
как первого шага к международному изучению озера
Новые станции-площадки для проведения глубокого бурения и проникнове-
ния в озеро Восток, возможно, не появятся в обозримом будущем. Ведь нелогич-
но тратить деньги, время и силы на создание новых научных станций над озером
Восток, когда здесь уже есть станция (станция Восток) и скважины, почти дос-
тигшие границы лед-озеро (рис. 11.5).
о
1000
ось скважины
S
co"
1500
2000
3000
3500
2500 _
О
В
3
о
X
о
5
в
8
СО
130 m
a
максимальная
глубина бурения
снарядом
TBZS-152
(2502м)
2220 m <
застрявший бур (2250 м)
+
начало отклонения
ствола (2220 м)
154 пип
164 mm
гч
139 mm т
'—: й
2755 ш |
3109m |
3623 m |
137 mm
сч
m
§
(D
s
X
(D
(D
О
О
(D
S
CL
О
ф
о
S
ф
т
S
X
ш
X
ф
S
о
ф
с;
0
Ф
S
X
Ф
CL
IO
500 „
В
£
8
ш
N
г
L
i
Ь
S
Рис. 11.5. Буровые скважины 5G и 5G-1 на станции Восток (Кудряшов и др., 2000): (а)
наклон скважины; (в) схема скважины.
Глава 11
Скважина (5G) представляет собой результат длительного, сопровождавше-
гося различными осложнениями бурения, которые велось на протяжении многих
лет. Сначала скважина был пробурена до глубины 2500 м с помощью термичес-
кого бура диаметром 152 мм, который оставлял скважину с отверстием диамет-
ром 154 мм. Бур этот застрял в скважине во время подъема на глубине 2250 м.
Кабель оборвался у бура и был извлечен из скважины на поверхность. На глуби-
не около 2200 м ( на 50 м выше застрявшего бура) было сделано отклонение от
ствола первоначальной скважины 5G, и была пробурена скважина 5G-1 с помо-
щью другого термического бура диаметром 132 мм на глубину 2755 м. После этого
диаметр скважины был увеличен до 139 мм. Бурение и отбор керна с более глу-
боких горизонтов велись электромеханической бурильной установкой, достигшей
глубины 3623 м (Кудряшов и др., 2000). Скважина была заполнена буровым ра-
створом, предназначенным для компенсации “горного давления”, то есть давле-
ния толщи льда, уменьшающего диаметр скважины (около 50 тонн жидкости).
Для этой цели применяли авиационный керосин (основной компонент бурового
раствора), плотность которого повышали добавлением утяжелителя (Форан F-
141b), что увеличило плотность раствора в скважине до 928 кг/м3. Уровень жид-
кости в скважине поддерживался на глубине около 95 м от поверхности. Давле-
ние вышележащей толщи льда немного выше (на 0,1 Мпа) гидростатического
давления жидкости на дне скважины. В этом случае при любых осложнениях
буровой раствор не попадет в воду озера и не загрязнит ее, и в то же время смыка-
ние скважины даже в нижней ее части невелико, по расчетам - менее 0,1 мм/год. Это
значит, что скважина будет оставаться открытой и готовой для работ по любому
национальному или международному проекту неограниченно долгий срок. По-
этому следует учитывать все преимущества, связанные с существованием стан-
ции Восток и этой глубокой буровой скважины перед тем, как тратить деньги на
создание новых станций и скважин в толще льда над озером. Использование этой
станции и скважины для международной кооперации в исследовании озера Вос-
ток, даже после того, как она будет пробурена до озера, кажетя очень целесооб-
разным. Однако, чтобы достичь такого уровня совместного сотрудничества,
который при этом необходим, ученые должны снова научиться работать вме-
сте, хотя бы так же, как это было во время Международного геофизического
года 1957-1958 г. и сразу впоследствии. В то время ученые различных наци-
ональностей, работающие в Антарктиде, показали, что совместная работа была
выгодна для всех, и тем самым дали основания для Договора об Антарктике,
несмотря на тот факт, что два народа, глубоко задействованные и заинтересо-
ванные в изучении Антарктиды, были разделены холодной войной (США и
Советский Союз).
Договор об Антарктике и его дух служили примером успешного международ-
ного сотрудничества, который распространился и на изучение космоса и на пос-
ледующие договоры по космосу. Однако в отношении научного изучения озера
Восток и проникновения в озеро этот прежний дух Договора об Антарктике сей-
час частично утрачен.
В ближайшее время (писалось в 2006 г.) должно произойти новое важное
научное событие - Международный Полярный Год, который может дать стимул
новому поколению ученых объединиться для совместной работы в Антарктиде
для изучения озера Восток.
Проникновение в озеро Восток
Интересными в смысле международного использования являются устройства,
которые могут проникать сквозь ледовый покров проплавлением себе каверны и
опускаясь в ней под действием силы тяжести без сохранения над собой скважи-
ны. Принцип действия этих устройств был такой же, как у ПЛАСов и буров
Филберта (глава 3). В 1996 г. НАСА предложила аппарат такого типа, разрабо-
танный Лабораторией реактивного движения, как для изучения подледникового
озера Восток, в том числе и с использованием скважин станции Восток, так и
для проникновения в подледниковое море на покрытом льдом спутнике планеты
Юпитер Европе (глава 1) (Carsey and Horvarth,1996). Аппарат такого типа под
названием “криобот” (рис. 11.6) обсуждался первый раз на семинаре “Земля-Ев-
ропа”, организованном НАСА, который проходил в Лаборатории в октябре
1996 г., сразу после признания существования озера Восток. Семинар был посвя-
щен возможностям сравнительного изучения некоторых черт планеты Земля и
юпитерианской луны Европа, которые имеют явное сходство. Журнал “Nature”
объявил об открытии озера Восток как раз за 4 месяца до этого семинара, и по-
этому в центре внимания были интересные корреляции между условиями озера
Восток и подледникового моря, находящегося под ледяной корой Европы.
Было предложено, что “криоботы”, будут опущены с поверхности Европы в
ее подледниковое море, и с поверхности ледникового покрова Антарктиды в под-
ледниковое озеро Восток.
Потребность в энергии для расплавления льда при прохождении сквозь лед-
никовый покров Антарктиды до подледникового озера Восток со скоростью
1,5 м/час составляет около 4 КВт, и энергия эта может передаваться с поверхно-
сти по кабелю. В 1996 г. было предложено разработать и построить такой крио-
бот для озера Восток по заказу Управления полярных программ Национального
научного фонда США. Планировалось быстро провести первые испытания при-
бора такого типа в глубоком льду Антарктиды или Гренландии, но прошло уже
много лет, а разработка, изготовление и испытания криобота еще не закончены.
В планах по изучению Европы предполагается использовать подобный крио-
бот, который должен полностью обеспечивать себя энергией для проникновения
сквозь ледниковый покров Европы, а кабель, идущий на поверхность, использо-
вался бы только для передачи информации на поверхность (принцип ПЛАС, гла-
ва 3). В этом случае модули теплового источника криобота должны нести такое
количество энергии, какое может создать только атомная силовая установка. По-
этому логично заключить, что в криоботах, предназначенных для планетарных
исследований, будут использованы атомные реакторы ( Elliot et al., 2003).
В связи с этим интересно напомнить, что в 1963 г. А.П. Капица и автор этой
книги предложили проект так называемой Подледной Автономной Станции
(ПЛАС) для проникновения через ледниковый покров Антарктиды и изучения
подледниковых озер; для питания Станции был предложен атомный реактор,
который должен производить достаточно энергии для того, чтобы проплавить
ледниковый покров до дна (см. Главу 3).
Интерес к этой идее возник снова в 1994 г. (Зотиков, 1993), после первого
семинара в Кембридже в 1993 г., когда стало понятно, что большое подледнико-
вое озеро под станицей Восток существует. Тот же самый Институт атомной энер-
гии Академии наук (теперь Курчатовский), директором которого является
Н.Н. Пономарев-Степной, теперь уже академик, который одобрил этот проект
Глава 11
кабель
гидробот с
измерительными
датчиками
микроинструменты
схема криобота
Научные цели
работ под ледником
, выявление
биологических
подобий
• строение осадков
. физическая океанография
Измерения:
• течения
. соленость (проводимость)
„ вулканические влияния
визуальное и сонарное
* представления
•температура, давление
. биологические виды
Научные цели
работ в толще ледника
. выявление присутствия
биологических видов
". стратиграфия
климат
Измерения:
. температурный
профиль
• изотопный состав
• биологические виды
I
i_______________________
Рис. 11.6. Криобот НАСА (США), который должен проникнуть сквозь ледовые покровы
Антарктиды до озера Восток или до подледикового моря юпитерианского спутника
Европа проплавлением себе каверны и опускаясь в ней под действием силы тяжести
не сохраняя над собой скважины. (1) горячая буровая головка для плавления кавер-
ны-скважины диаметром около 15 см; (2) модули теплового источника, обеспечива-
ющие мощность около 4 кВт; (3) гидробот для плавания внутри озера; (4) электри-
ческий кабель, намотанный внутри корпуса на катушку, обеспечивающий связь с
поверхностью; (5) скважина, которая замерзает после прохождения
криобота.
Проникновение в озеро Восток
40 лет назад, согласился с предложением принять
участие в разработке нового ПЛАС. Правда, Ин-
ститут предложил, что теперь ПЛАС должен обес-
печиваться питанием от атомной термоэлектри-
ческой установки, производящей тепло и элект-
рическую энергию на протяжении многих лет в
условиях, приближенных к условиям у дна озера
Восток (рис. 11.7).
Этот проект проникновения в озеро Восток и
длительного его изучения был представлен
И.А. Зотиковым на Втором семинаре в Кембрид-
же в 1995 г., но поскольку отношение к использо-
ванию атомной энергии и атомных энергетичес-
ких установок в Антарктиде с того времени из-
менилось, то оказалось, что применение устано-
вок типа ПЛАС в данном случае вызывает возра-
жения. Руководством Полярного института име-
ни Скотта (Доктор Хипп) было сказано, что стан-
ция Восток находится в секторе Антарктиды, на
который претендует Австралия. Но Австралия
запрещает применение атомных реакторов в сво-
ей стране, и мы можем предсказать, что она бу-
дет выступать против этого проекта, несмотря на
то, что все территориальные претензии в Антар-
ктиде приостановлены Договором об Антаркти-
ке. Ну, а если Австралия будет против, то, по-ви-
димому, и все остальные страны бывшего Британ-
ского содружества наций будут против,
Последний раз идея использования атомной
энергии для проникновения через ледниковый
покров путем его протаивания на других плане-
тах с применением конструкции криобота была
предложена (French et al., 2001) в проекте под
названием “Путешествие Палмера: поиск жизни
Рис. 11.7. Подледная автономная станция (ПЛАС) с атомной энергетической установкой,
которая способна пройти через ледяной покров Антарктиды в подледниковое озеро
Восток, протаивая вниз каверну в толще льда и погружаясь в ней через лед в озеро,
неограниченно долго оставаться там, а потом, сбросив балласт, всплыть в озере, а
затем через толщу льда на поверхность. (1) нижний теплообменник; (2) атомный
реактор или атомное термоэлектрическое устройство; (3) блок управления; (4) мо-
дуль с научным, навигационным оборудованием и оборудованием связи; (5) прибор
мониторинга и хранения многолетней информации о придонных процессах в озере
(изменение давления воды, геотермического теплового потока и других условий);
(6) балластный отсек - наполняется водой для того, чтобы станция погрузилась в
озеро, и освобождается от воды для того, чтобы станция всплыла на поверхность с
помощью верхнего теплообменника (7).
Глава 11
Рис. 11.8. Изображение северной полярной шапки Марса, сделанное марсианским орби-
тальным лазерным альтиметром (Ф. Дж. Карсей, частная переписка, 2004). На шап-
ке овалом отмечена область, где планируется поиск жизни подо льдом.
под ледниковыми шапками Марса” (доктор Ф.Дж. Карсей, частная переписка,
2004). Проект “Путешествие Палмера: поиск жизни под ледниковыми шапками
Марса” являлся одним из проектов, рассматриваемых НАСА для полета к север-
ной полярной шапке Марса в поисках возможно существующей жизни в нижней
части этой шапки. На рис. 11.8 представлено изображение северной полярной
шапки Марса, на котором овалом отмечено место предполагаемой посадки по
проекту “Путешествие Палмера...”.
Считается, что северная полярная шапка Марса образована из льда и пыли,
толщина ее около 3 км, и она простирается на сотни километров от полюса.
Нижняя часть этой шапки гораздо теплее ее поверхности, но в течение некоторо-
го времени считалось, что плавление льда и жидкая вода в нижней части этой
Проникновение в озеро Восток
ледяной шапки отсутствуют вследствие недостаточной толщины этой шапки
(Clifford, 1987). Однако, у этой ледяной шапки есть некоторые черты, открытые
недавно при изучении данных марсианского орбитального лазерного альтиметра
(MOLA), которые можно интерпретировать как следы катастрофических павод-
ков подледниковой воды, выбрасываемой временами из под северной полярной
шапки Марса (Fishbaugh and Head, 2002).
В проекте “Путешествие Палмера: поиск жизни под ледниковыми шапками
Марса” доктор Ф. Дж. Карсей как исполнитель проекта пишет: “Мы планируем
найти жизнь на Марсе, так же, как Палмер нашел ее в Антарктиде (для него
это были тюлени), хотя мы и не знаем, что мы, каждый из нас, в действитель-
ности там найдем.”
Также и мы, автор и читатели этой книги, планируем найти что-то интерес-
ное в озере Восток, каждый свое, хотя мы, каждый из нас, и не знаем, что мы в
действительности там, для себя, ищем и найдем.
Эпилог
“Ветреным холодным днем 11 ноября 2005 года большой российский ледо-
кол “Академик Федоров” вышел из порта Санкт-Петербург и начал свое месяч-
ное путешествие в Антарктиду”. Так начинался эпилог английского текста кни-
ги. И далее писалось:
'‘''Выражая свои наилучшие пожелания тем, кто находился на борту корабля,
В.В. Лукин, руководитель российской антарктической экспедиции, дал понять,
что одной из самых важных задач этой экспедиции будет начало нового этапа
глубокого кернового бурения на станции Восток. Экспедиция должна была на-
чать бурение первых 50 м из 120 м оставшегося до озера Восток слоя льда.”
Эти слова означали, что люди, которые изучали озеро Восток десятки лет и более
30 лет отдали керновому бурению скважины на станции Восток, прошли более
95% всей толщи ледникового покрова, отделяющего озеро от нашей окружаю-
щей среды, и извлекли тысячи метров биологически чистых ледяных кернов;
люди, которые после этих лет непрерывного бурения еще семь последних лет
сохраняли скважину работоспособной после остановки бурения из опасений “заг-
рязнения озера”, не будут больше ждать. За это время для продолжения бурения
был разработан и выполнен в металле новый проект, позволяющий сделать пер-
вое проникновение в озеро Восток с самым малым загрязнением. Кроме того,
целью первого (на 50 метров вглубь) кернового бурения и, пожалуй, второго (еще
50 или чуть меньше метров) являлось получение новых образцов льда, так ожи-
даемых научным сообществом. И все же в журнале Science (Inman, 2005), появи-
лась опубликованная всего за месяц до выхода “Академика Федорова” из порта
статья, которая не одобряла такое бурение. Но Российская антарктическая экспе-
диция, поддерживаемая положительными высказываниями своих собственных и
других экспертов, решила больше не ждать и начать бурение, имеющее своей
целью завершить проникновение в озеро в течение ближайших нескольких лет.
В конце февраля 2006 г. бурение первых 27 м буровой скважины было почти
завершено, глубина скважины была увеличена с 3623 м до 3650 м. При каждом
цикле бурения, который занимал примерно 6 часов, на поверхность поднималось
около 1,6 м керна. Часть этого керна была отправлена для изучения в Россию, а
часть сохранена на станции Восток.
“В настоящее время над озером Восток остается менее 100 м льда. По-види-
мому, первая важная глава научного триллера-боевика “Антарктическое подлед-
никовое озеро Восток” вскоре будет закончена, и примерно к концу Междуна-
родного полярного года (полевой сезон 2007/2008 г.) созданное руками человека
оборудование соприкоснется с водой озера Восток”.
Так писалось в английском тексте моей книги, изданной в 2006 году. Но пи-
сать так было, как теперь ясно, рано. Бурение последних десятков метров оказа-
лось сопряжено с рядом трудностей, одна из которых, конечно, психологическая,
связанная с тем, что часть мирового сообщества ученых продолжала утверждать,
Эпилог
что российский проект недостаточно экологически надежен, может привести к
опасному загрязнению озера, и выполнение его должно быть снова остановлено.
Начальник Российской антарктической экспедиции В.В. Лукин, правда, возражал,
доказывая, что проект прошел экологические экспертизы, и мы имеем все права
вести такое бурение с целью проникновения в озеро, даже если кто-то хотел бы,
чтобы мы остановились и ждали бы, пока другие ученые не предложат свои спо-
собы сделать это. И все же...
В конце 2006 года, к началу нового южно-полярного лета, на станцию Восток
прибыла новая группа из двух молодых ученых-буровиков Санкт-Петербургско-
го горного института. Они собирались провести там полярную зиму, занимаясь
бурением ледяной перемычки до озера, толщина которой была уже так мала, что
одним из главных стал вопрос точного определения ее толщины. Но внезапно
выяснилось, что вопрос этот тоже не так прост. Обычно с буровиками приезжал
на станцию и их руководитель, много лет возглавлявший всю российскую про-
грамму бурения на станции Восток, профессор Н.И. Васильев. Однако в тот год
он не приехал. Кто-то на Большой Земле сказал, что слишком часто Васильев
уезжает в Антарктиду в декабре-январе. В это время, правда, в Антарктиде лето
и лучше, легче всего работать, но зато и в Петербурге в это время самая горячая
пора - период написания годовых отчетов, приема экзаменов у студентов. Людей
не хватает, и пора бы и Васильеву сидеть со всеми и писать отчеты, и принимать
экзамены. И Васильев остался в городе.
Группа буровиков начала бурение глубокой скважины в декабре 2006 года без
него, и к середине января 2007 года они прошли почти 10 метров, достигнув глу-
бины 3658 метров. Но при попытке поднять буровой снаряд с керном с этой глу-
бины обнаружилось, что бур не поднимается, его либо заклинило, либо он по
какой-то причине вмерз в скважину. Потянули посильнее, еще сильнее, пытаясь
вырвать его из плена и... трос оборвался. Оборвался, правда, в самом низу, у
соединения его с буром, но бур остался на дне, в темноте и узости скважины,
казалось, недосягаемый уже для людей.
Можно только предполагать, что думали молодые ученые, посылая об этом
телеграмму в Санкт-Петербург. В течение месяца, обменивась по электронной
почте чертежами и расчетами, Н.И. Васильев нашел-таки способ зацепить бур,
нашел способ вытаять его из замерзшей вокруг него воды, и его ученики подня-
ли бур на поверхность. Однако бурение возобновилось не сразу. Много сил и
времени ушло на восстановление донной части скважины, форма и размеры ко-
торой были нарушены в процессе вытаскивания бура. Поэтому после аварии было
пройдено еще только 9 метров, и скважина сейчас имеет глубину 3666 метров, о
чем уже говорилось. Но оказалось, что дальнейшее бурение ее с имеющимся
оборудованием опасно. Дело в том, что некоторые токопроводящие жилки элек-
трических проводов в силовом кабеле-тросе, подающие энергию с поверхности
к буровому снаряду, оказались поврежденными, когда кабель слишком сильно
натягивали, пытаясь поднять буровой снаряд из скважины, перед тем, как кабель
оборвался. Поэтому, чтобы бурение шло надежно, требуется сменить на буровой
установке кабель-трос. Он уже доставлен в Антарктиду, но теперь 4 километра
этого толстого и тяжелого кабеля надо привезти на станцию Восток. Поэтому
говорить о том, что скважина на станции Восток войдет в озеро раньше конца
2010 года, пожалуй, невозможно. Но дело, к сожалению, не только в замене кабе-
Эпилог
ля. Выяснилось, что обрыв кабеля, возможно, не был случайным. При попытке
продолжить бурение после подъема потерянного снаряда на поверхность и “по-
чинки” скважины появились признаки того, что бур начало действительно закли-
нивать, зазор между стенками скважины и буром стал слишком маленьким. В чем
дело? Может быть нижние слои льда бурятся по-другому, и надо менять техноло-
гию бурения? А может, в желании перестраховаться на случай внезапного воз-
никновения прямого контакта жидкости скважины с водой озера, буровики слиш-
ком занизили давление в скважине, и она стала слишком быстро сужаться?
Прошел еще один год и в конце его, в декабре 2008, уже новая группа буро-
виков с усовершенствованным буром, хотя и со старым кабель-тросом, начала но-
вый этап кернового бурения и приближения к границе лед-озеро. Проведены уже
несколько спусков-подъемов с кернами льда. И вдруг на глубине 3666 метров бур
снова, теперь уже окончательно, застрял. Никакие ухищрения не помогли, и при
очередной попытке вырвать бур кабель опять оборвался. Но в этот раз попытки
снова зацепить снаряд, чтобы продолжить операции по его подъему, закончились
ничем. Поэтому сейчас считается крупным успехом то, что на глубине выше 100
метров от брошенного бура удалось сделать ответвление, и начато бурение
новой скважины, которая достигла горизонта, где брошен старый бур, но в
стороне от него. Что же дальше? Я бы не хотел мешать буровикам решать этот
отнюдь не простой вопрос. Отмечу лишь, что в течение 2010 года оставшиеся
на зимовку буровики заменят старый, потенциально опасный кабель-трос на но-
вый, который привезли-таки на станцию Восток. Их руководители уже не видят
препятствий для быстрой проходки оставшихся (все тех же!) “около 100 метров”
до озера.
При исследовании подледниковых озёр Антарктиды и озера Восток возника-
ют новые по сравнению со временем написания этой книги вопросы, теории и
споры. Например, до последнего времени считалось, что эти озёра и озеро Вос-
ток находятся в стационарном состоянии, то есть вода, образующаяся у ложа в
результате непрерывного таяния ледникового покрова центральной части мате-
рика, после заполнения впадин подледникового ложа и образования озёр, также
непрерывно и равномерно выдавливается от центра к краям области донного
таяния и снова намерзает там, осуществляя дополнительный придонный пере-
нос выпавших в центральной области осадков к краям ледникового покрова. Но
измерения самых последних лет показали, что такое представление неправиль-
но. Оказалось, что система из подледниковых озёр и талой воды между ними очень
неустойчива, и возможны события, которые можно назвать подледниковыми па-
водками. Спутниковые измерения высоты поверхности ледникового покрова над
некоторыми озёрами показали, что положение этих поверхностей изменяется со
временем. При этом, когда высота поверхности над одним озером понижается,
над другим она повышается так, как будто вода из одного озера временами быс-
тро перетекает в другое, расположенное ниже по течению. Это открытие, одно из
самых важных в гидрологии подледниковых вод центральной Антарктиды пос-
леднего времени, ставит вопрос о стабильности стока воды озера Восток. Если
предположить возможность подледниковых паводков этого озера, подобно изве-
стным паводкам подледных озер в Исландии, то для озера Восток их периодич-
ность оказывается примерно один раз в 40 тысяч лет. В пик расхода воды это
будет бешеная река, поток шириной в полкилометра и средней глубиной десять
метров, мчащаяся со средней скоростью более 30 километре в час (10 м/сек).
Время каждого такого паводка оценивается периодом около двух лет, а общее
количество воды, уходящей из озера, величиной в десять процентов от общего
объёма воды озера. Однако время таких паводков может быть и значительно боль-
ше, и величина сброса озера Восток при каждом таком паводке может почти осу-
шать озеро. Такой расход соизмерим с расходом катастрофических паводков из-под
древних четвертичных ледниковых покровов Европы и Америки.
Положение внутренних слоёв неоднородностей толщи ледникового покрова,
видимых на радиолокационных профилях, сделанных с самолёта, обычно харак-
теризуется их непрерывностью и следованием положению верхней поверхности
и ложа ледника. Однако, рассматривая ленты таких профилей, полученных для
Восточной Антарктиды, можно увидеть, что часть их имеет хаотические, разор-
ванные внутренние отражения. Есть много путей объяснения этого явления. Но,
возможно, возмущения ледяной толщи, вызванные катастрофическими паводка-
ми, и являются причиной. Будущее наших представлений о существовании ката-
строфических паводков озера Восток, а значит и о прошлом и будущем этого озера,
зависит от результатов новых и более детальных экспериментальных данных,
однако представлять существование этого озера во времени не осложненным
катастрофическими сбросами его воды в окраинные моря Антарктиды, по-види-
мому, уже нельзя.
Последние замечания автора
Эта книга не отражает современного уровня знаний об озере Восток и даже
на момент ее издания на английском, в 2006 году, не отражала его. Главное на-
значение книги и ее основная ценность и уникальность в том, что в ней пред-
ставлена почти детективная пятидесятилетняя история прозрений и ошибок ис-
следователей; подарков, которые делала Научная Судьба и ловушек ее, в которые
мы легко попадали; история о не сделанных “в металле” приборах и установках,
полетах и даже экспедициях, о которых мы думали, но не осуществили из-за
удобного желания посвятить себя многим малым вещам, вместо того, чтобы сде-
лать мало больших, мы оправдывали себя отсутствием денег. И потом это все-
гдашнее “Скорей! Скорей!”. Давно бы было написано много книг об озере Вос-
ток, если бы не это всегдашнее “Скорей! Скорей!”.
Книга написана как для специалистов, так и для людей, которые никогда до
этого ничего не знали о гляциологии и мало даже об Антарктиде с надеждой, что
некоторые из них посвятят себя этой науке или извлекут для себя пользу для чего-
то другого, ведь “Сказка - ложь, да в ней намек...”.
Это очень субъективная книга, поэтому автор извиняется, если его личная точка
зрения или личные знания и одностороннее знакомство с пред метом привели, может
быть, к неправильным с точки зрения знатоков-коллег оценкам, из-за чего многие
яркие исследователи не нашли здесь себе места. Вообще, многие современные ис-
следователи озера Восток не упомянуты или недостаточно представлены в книге еще
и потому, что список литературы к книге очень компактный, охватывающий в основ-
ном то, что было написано “тогда”, в те далекие годы открытия и начала научного
изучения озера Восток.
Простите, если какие-то обещания, сделанные в Предисловии к книге так и
не выполнены автором, которого подгоняло всегдашнее “Скорей! Скорей!”. Ведь
книгу надо было дописать на английском языке в ограниченный временем ко-
мандировки в США срок в условиях, когда стремительно приближался момент
возвращения домой в Россию, где, как показывает опыт, новые дела захлестнут и
не дадут возможности закончить книгу...
И еще. Один из великих поэтов Америки писал в своих теоретических эссе,
что писатель должен минимум трижды повторять каждую новую мысль, чтобы
она дошла до читателя. Это как звук прибоя, писал Роберт Фрост: надо услышать
по крайней мере три удара волны, прежде чем ты поймешь, что это прибой. В
книге вы найдете много таких повторов и автор извиняется, если кому-то они
покажутся излишними.
Литература
Абызов С.С., Мицкевич И.Н., Поглазова Н.И., Барков Н.И., Липенков В.Я., Бобин
Н.Е., Кудряшов Б.Б., Пашкевич В.Н. Микрофлора толщи ледника центральной
Антарктиды над подледниковым озером в районе станции Восток И Исследо-
вание озера Восток. Научные задачи и технологии. Международное совеща-
ние. Тезисы докладов, 24-26 марта, 1998 г. СПб.: Арктический и антарктичес-
кий НИИ, 1998. С. 45-46.
Абызов С.С., Мицкевич И.Н., Поглазова Н.И. Микрофлора глубоких горизонтов лед-
ника центральной Антарктиды И Микробиология, 1998, Том 67, № 4, С. 541-555.
Абызов С.С. Микрофлора ледникового щита центральной Антарктиды // Авторе-
ферат на соискание ученой степени доктора биологических наук, 2001, Инсти-
тут микробиологии РАН, Москва, 64 с.
Алехина И.А., ПетиДж.Ф., Лукин В.В., Васильев Н.И., Булат С.А. Бактериальный
состав жидкости для бурения из скважины 5Г-1 на станции Восток в Антарк-
тиде // Материалы Гляциологических Исследований, Хроника, Обсуждения,
Вып. 98,2005, С. 109-117.
Атлас Антарктики. Том 1. Ленинград: ГУГК, 1966. 310 с.
Воробьева Е.А., Гиличинский Д.А., Соина В.С., Мамукелашвили А., Вишневецская
Т.А., Кожевин П.А., Полянская Л.М., Звягинцев Д.С. Антарктическая мерзлота
как местообитание микроорганизмов И Исследование озера Восток. Научные
задачи и технологии. Международное совещание. Тезисы докладов, 24-26 марта,
1998 г. СПб.: Арктический и антарктический НИИ, 1998.С. 48-50.
Глебовский Ю.С., Карасик А.М., Ласточкин В.М. Магнитные аномалии по резуль-
татам наблюдений с воздуха. Восточная Антарктида, 1:7 000 000 И Атлас Ан-
тарктики. Том 1. Ленинград: ГУГК, 1966.С. 49-41.
Грушинский Н.Р., Корякин Е.Д., Строев П.А., Лазарев .Е., Сидоров Д.В., Вирская
Н. Ф. Каталог данных по гравитации В Антарктиде // Труды государственного
астрономическоги института имени П.К. Штернберга, Том XLII, М.: Московс-
кий государственный университет, 1972. С. 115-311.
Зотиков И.А. Тепловой режим ледникового покрова Антарктиды. Л.: Гидрометео-
издат, 1977. 168 с.
Зотиков И.А. Экспериментальное изучение плавления тел сверхзвуковым пото-
ком // Метеоритика, 1959, № XVII, С. 85-91.
Зотиков И.А. Тепловой режим ледника Центральной Антарктиды И Информацион-
ный бюллетень Советской Антарктической Экспедиции, 1961, № 28, С.16-21.
Зотиков И.А. Тепловой режим ледника Центральной Антарктиды // Антарктика.
Доклады комиссии. М.: Наука, 1962. С. 27-40.
Зотиков И.А. Теплофизика ледниковых покровов. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. 288 с.
Зотиков И.А. Озеро Восток, Антарктида (гляциологический, биологический, пла-
нетологический аспекты)//Материалы Гляциологических Исследований, Хро-
ника, Обсуждения, Вып. 85, 1998, С. 137-147.
Зубов Н.Н. О предельной толщине морских и материковых льдов // Метеорология
и гидрология, 1959, № 2, С. 22-27.
Литература
Зубов Н.Н. Предельная толщина материковых льдов //Природа, 1958, № 3, С. 88-89.
Зубов Н.Н. Некоторые особенности толстых ледяных покровов // Новости Мос-
ковского государственного университета, Том 2, 1955, № 3, С. 3-14.
Зубов Н.Н. О льдах Арктики и Антарктики. М.: Издательство МГУ, 1956. 118 с.
Игнатов В. С. Опыт термической проходки ледяных скважин на станции Восток //
Информационный бюллетень Советской Антарктической Экспедиции, 1960, № 22.
Капица А.П. Динамика и морфология ледяного покрова центрального сектора Во-
сточной Антарктиды И Труды Советской Антарктической Экспедиции,
№ 18, Ленинград, 1961. 93 с.
Капица А.П. Подледный рельеф Антарктиды. М.: Наука, 1968. 99 с.
Кропоткин П.А. Исследования о ледниковом периоде И Записки русского геогра-
фического общества по общей географии, №6, СПб, 1876. 717 с.
Лейченков Г.Л., Веркулич С.Р., Масолов В.Н. Геологическая природа озера Восток
и возможная информация, заключенная в его донных осадках // Исследование
озера Восток. Научные задачи и технологии. Международное совещание. Те-
зисы докладов, 24-26 марта, 1998 г. СПб.: Арктический и антарктический НИИ,
1998. С. 62-65.
Липенков В.Я., Барков НИ. Строение антарктического ледникового покрова по
результатам глубокого бурения на станции Восток. Внутренняя структура ле-
дяного щита Антарктиды, выявленная глубоким керновым бурением на стан-
ции Восток И Исследование озера Восток. Научные задачи и технологии. Меж-
дународное совещание. Тезисы докладов, 24-26 марта, 1998 г. СПб.: Арк-
тический и антарктический НИИ, 1998. С. 32-35.
Липенков В.Я., Истомина В. А. О стабильности кристаллов гидрата воздуха в под-
ледниковом озере Восток (Антарктида) И Материалы Гляциологических Ис-
следований, Хроника, Обсуждения, Вып. 91, 2001. С. 138-147.
Липенков В.Я. По поводу плана РАЭ пробурить еще 50 метров через намерзший
лед в скважине на станции Восток, Антарктида. (Частное сообщение, 2001)
Лукин В.В., Масолов В.Н., Миронов А.В., Попков А.М., Попов С.В., Шереметьев
А.Н., Веркулич С.Р., Кузьмина ИН Результаты геофизических исследований
подледникового озера Восток (Антарктида) в 1995-99 гг. И Проблемы Арктики
и Антарктики, Вып. 72, 2000, С. 237-248.
Лукин В.В., Шереметьев А.Н., Попов В С. Геофизические исследования подледни-
кового озера Восток в Восточной Антарктиде И Докл. РАН. 2001. т.379, № 5,
С.680-685.
Попков А.М., Кудрявцев Г.А., Веркулич С.Р., Масолов В.Н., Лукин В.В. Сейсмичес-
кие исследования в районе станции Восток (Антарктида) И Исследование озе-
ра Восток. Научные задачи и технологии. Международное совещание. Тезисы
докладов, 24-26 марта, 1998 г. СПб.: Арктический и антарктический НИИ, 1998.
С. 26-27.
Попов С.В., Миронов А.В., Шереметьев А.Н. Результаты наземных радиолокаци-
онных исследований подледникового озера Восток в 1998-2000 году И Мате-
риалы Гляциологических Исследований, Хроника, Обсуждения, Вып. 89,2000,
С. 129-133.
Робинсон Р.В. Из опыта визуальной навигации во время полетов в Антарктиде //
Информационный бюллетень Советской Антарктической Экспедиции, № 18,
19606 С. 28-29.
Литература
Саватюгин Л. М. Преображенская М.А. Полюс холода, Полярная библиотека. СПб.,
2008,450 с.
Саламатин А.Н. Моделирование динамики ледникового покрова и теплопере-
носа в центральной Антарктиде на станции Восток И Исследование озера
Восток. Научные задачи и технологии. Международное совещание. Тези-
сы докладов, 24-26 марта, 1998 г. СПб.: Арктический и антарктический
НИИ, 1998. С. 37-38.
Тает или не тает? (Интервью по просьбе читателей) И Известия Советов депута-
тов трудящихся СССР, 12 мая 1962, № 112 (13999), 3.
Abizov S. S. Micro-organisms in the Antarctic ice I I Antarctic Microbiology (Friedmann,
E. I., ed.). 1993. Wiley-Liss, New York, 265-295.
Abizov S.S., Mitskevich I.N., Bobin N.E., Koudryshov B.B., Pashkevich V.M. Longevity
of micro-organisms in the most ancient layers of the central Antarctic ice sheet H
Proceedings, 30th COSPAR Symposium, Hamburg, 16 July, 1994, P. 319.
Abizov S.S., Mitskevich LN., Poglazova N.I. Microflora in the basal strata of Antarctic ice
core above Lake Vostok // Advances in Space ResearchNoX. 28. 2001. P. 701-706.
Bamber J.L. A digital elevation model of the Antarctic ice sheet derived from ERS-1
altimeter data and comparison with terrestrial measurements //Annals of Glaciology,
20, 1994, P. 48-54.
BellR.E., Studinger M„ Tikku A.A., Clarke G. K.C., Gutner M.M., Meertens C. Origin
and fate of Lake Vostok water frozen to the base of the East Antarctic ice sheet //
Nature, Vol. 416,2002, P. 307-310.
Bentley C. Antarctica: Water kept liquid by warmth from within I I Nature 381, No 6584,
1996, P. 644-646.
Blankenship D.D., Bentley C.R., Rooney S. T, Alley R.B. Seismic measurements reveal a
saturated porous layer beneath an active Antarctic ice stream // Nature, Vol.322,
1986, P. 54-57.
Browning J. A. Flame -drilling through the Ross Ice Shelf H The Northern Engineer, Vol.
10, No. 1, 1978, P. 10-16.
Browning J.A., Bigl R.A., Sommerville D.A. Hot water drilling and coring at site J-9,
Ross Ice Shelf // Antarctic Journal of the United States, Vol. XIV, No. 5, 1979.
Bulat S.A., Alekhina LA., Lukin V.V. Looking for Microbes in Lake Vostok, Antarctica:
The Case of Basal (Accreted) Ice Cores // VIII SCAR International Biology
Symposium “Antarctic Biology in a Global Context”, 27 August -1 September 2001,
Vrije Universiteit, Amsterdam, The Netherlands (Abstract S3O23{152}).
Bulat S.A., Alekhina I.A., Blot, M. et al. DNA signature of thermophilic bacteria
from the aged accretion ice of Lake Vostok H Antarcticarimplications for
searching life in extreme icy environments. International Journal of Astrobiology,
Vol. 3, 2004, P. 1-12.
Cano R., Borucki M. Revival and identification of bacterial -spores in 25-million-year-
old to 40 million-year-old Dominican amber H Science, Vol. 268 (5213), 19 May
1995. P.1060-1064.
Carsey F.D. Palmer Quest: Searching for life below the ice caps of Mars. (Private
communication, 2004).
Carsey F.D., Cutts J., Horvath J.C. The NASA-JPL Europa-Lake Vostok initiative //
Lake Vostok Study: Scientific Objectives and Technological Requirements. Abstracts.
March 24-26, 1998, AARI, St. Petersburg, Russia, P.70-71.
Литература
Carsey F.D., Horvath J. C. A Program Concept for Integrated Studies of Ice and Oceans
on Earth and Europa 11 Earth/Europa Workshop White Paper, 1996.
Carsey F.J., Chen J., Cutts L., French R., Kern A.L., Lane A., Stolorz W.,
Zimmerman V, Ballou P. The profound technical challenges inherent in
exploring Europa’s hypothesized ocean H Marine Technology Society
Journal, 33, 2001, P. 28-32.
CliffordS. Polar basal melting on Mars H J. Geophys. Res. 92(B9), 1987, P.9135-9152.
Clow G.D., Koci B. A fast mechanical-access drill for polar glaciology, paleoclimatology,
geology, tectonics and biology // Memoirs of National Institute of Polar Research
Special Issue No. 56. Ice Drilling Technology, Tokyo, 2002.
Dansgaard W Stable isotopes in precipitation // Tellus, 16, 1964, P. 436-468.
Dansgaard W., Johnsen S.J., Clausen H.B., Gundestrup N. Stable isotope glaciology H
Meddelelser Gronland, 197, 2, 1973, 53 p.
Doran P T. Perennially ice-covered and deeply ice -covered lakes in the McMurdo dry
valleys: lessons for Vostok // Lake Vostok Study: Scientific Objectives and
Technological Requirements. Abstracts. March 24-26, 1998. AARI, St. Petersburg,
Russia. P.56-58.
Ellis-Evans J., Wfynn- Williams D. Antarctica: A great lake under the ice H Nature, V. 3 81,
No 6584, 1996, P. 644-646.
Ellis-Evans J. C. Aquatic microbial microsystems of Antarctica — Biodiversity in
adversity (pointers for life in lake Vostok?) H Lake Vostok Study: Scientific Objectives
and Technological Requirements. Abstracts. March 24-26, 1998. AARI, St.
Petersburg, Russia. P. 50-55.
Elliot J.O., Lipinski R.J., Poston D.I. Mission concept for a nuclear reactor-powered
Mars cryobot lander, in Proceedings of Space Technology and Applications
International Forum (STAIF 2003), AIP Conference Proceedings. 2003, 654 p.
Final Report Editorial Staff. Lake Vostok Workshop. “Lake Vostok: A Curiosity or a
Focus for Interdisciplinary Study?” Washington D. C. 1998. P. 2-11.
Fishbaugh K.E, Head J. W. Chasma Boreale. Mars: Topographic Characterisation from
MOLA Data and Implications for Mechanisms of Formation // J. of Geophys.
Res.,107(E3), 10, 2002, 1029/2000Je001351.
French L.F., Anderson F, Carsey F, French G., Lane A., Shakkottay J., Zimmerman V.,
Engelhardt H. Cryobots: An answer to subsurface mobility in planetary icy
environments. Proc IS AIRAS. Montreal. 2001. P. 30.
Fowler S.H., Feechan M., Berning S. Development update and applications of an
advanced-composite spoolable tubing // Offshore Technology Conference, Houston,
TX, 4-7, May, 1999, Paper 8621.
Gaddy D.E. Coiled-tubing drilling technologies target niche markets И Oil & Gas Journal,
98 (2). 2000. 10.
Giles J. Russian bid to drill Antarctic lake gets chilly response H Nature,Vol. 430, 29
July., (6999), 29 July 2000. P. 494-495.
Goldstein R.M., Engelhardt H, Kamb B., Frolich R.M. Sattelite radar interferometry for
monitoring ice-sheet motion-application to an Antarctic ice streem // Science, Vol.
262 (5139), 3 Dec. 1993, P. 1525-1530.
Gilichinsky D.A., WiagnerS., Vishnevskaya A. Permafrost microbiology.Permafrost and
Periglacial Processes. 6. 1995. P. 281-291.
Inman M. The Plan to Unlock Lake Vostok // Science, Vol. 310,28 October 2005. P. 611-612.
Литература
J ouzel J., Petit J.R., Souchez R., Barkov N.I., Lipenkov V.Ya., Raynaud D., Stievenard
M., Vasiliev N.I., Verbeke V, Vimeux F. More than 200 meters of lake ice above
subglacial lake Vostok, Antarctica // Science, 286,10 December 1999. P. 2138-2141.
Jouzel J., Barkov N.I., Bamola J.M., Bender M., Chapellaz J., Genton C., Kotlyakov
V.M., Lipenkov V.Ya., Lorius C., Petit J. A., ReynaudD., Raisbeck G., Ritz C., Sowers
T, Stievenard M., Yiou E, Yiou P. Extending the Vbstok Ice Core Record of
Paleoclimate to the Penultimate Glacier Period // Nature, vol. 364, (6436), 29 July
1993. P. 407-412.
Kapitsa A.P., Ridley J.K., Robin G. de Q., Siegert M.J., Zotikov LA. A large deep
freshwater lake beneath the ice of central East Antarctica // Nature 381, No 6584.
1996. P. 684-686.
KarlD.M., BirdD.F., BjorkmanK, Houlihan T, SgakelfordR., TupasL. Microorganisms
in the accreted ice of Lake Vbstok, Antarctica // Science, 286, 1999, P. 2144-2147.
Koci B. The AMANDA Project: Drilling precise, large diameter holes using hot water I
/ Memoirs of National Institute of Polar Research Special Issue No. 49. Ice Drilling
Technology, Tokyo, 1999, P. 203-211
Kotlyakov V.M., Lorius C. Four climatic cycles based on ice core data from deep drilling
at the Vbstok Station, Antarctica // Polar Geography, Vol. 24, No. 1, 2000, P. 35-52.
Kudryshov B.B., et al. Preliminary results of deep drilling at Vbstok Station, Antarctica
1981-1982 // Proceedings of the Second International Workshop/Symposium on Ice
Drilling Technology, Calgary, Alberta, Canada 30-31 August 1982, USA CRREL
Special Report 84-34, 1984.
Masolov V.N., Kudryavzev G.A., Sheremetiev.A.N., Popkov, S.V., Lukin, V.V., Grikurov,
G.E., Leitchenkov, G.L. Earth Science Studies in the Lake Vbstok Region: Existing
Data and Proposals for Future Research // SCAR International Workshop on
Subglacial Lake Exploration. Cambridge, England September 1999. Workshop Report
and Recommendations. P. 1-18.
Mayer C., GrosfeldK, Siegert M.J. Water circulation and mass exchange within subglacial
Lake Vbstok //Geophysical Research Letters. (Submitted)
McIntyre N.F. The topography and flow of the Antarctic Ice Sheet // A dissertation,
submitted for the degree of Dr. of Philosophy in the University of Cambridge, St.
John College, Cambridge, Nov. 1983, 170 p.
Montagnat M., Duval P, Bastie P, Hamelin B., Brissand O., de Angelis M., Petit J.R.,
Lipenkov V. Ya. High crystalline quality of large single crystals of subglacial ice
above Lake Vbstok (Antarctica) revealed by hard X-ray diffraction H Shrie II Fascicute
a - Sciences de la Terre et des Planntes, 333,2001, P. 419-425.
MuirH. Giant lake lurks beneath Antarctic ice //New Scientist, June 20, 1996.
Nuttall N. Vast lake discovered beneath the ice of Antarctica // The Times, Thursday
June 20, 1996.
Nye J.F. Motion of ice sheets and glaciers // Journal of Glaciology, 3, 1959, P. 493-507.
Oswald G.K.L., Robin G. de Q. Lakes beneath the Antarc tic ice sheet. Nature, 245,
1973, P. 251-254.
Perit J.R., Basile I., Jouzel J., Barkov N.I., Lipenkov V.Ya., Vostretsov R.N.,
Vasiliev N. I., Rado C. Preliminary investigations and implications from the
3623 m Vostok deep core studies // Lake Vostok Study: Scientific Objectives
and Technological Requirements. Abstracts. March 24-26, 1998. AARI, St.
Petersburg, Russia, 43-45.
Литература
Petit J.R., Basile I., Leruyuet A., RaynaudD., Lorius C., Jouzel C., StievenardM., Lipenkov
V.Ya., Barkov N.I., Kudryashov B.B., Davis M., Saltzman E., Kotlyakov V.M. Four
climate cycles in Vostok ice core H Nature, 387 (6631). 1997. P.359-360.
Philberth K. The Thermal Probe Deep Drilling Method by EGIG in 1968 at Station Jarl-
Joset, Central Greenland // Proceedings of the Ice Core Drilling Symposium, ed. J. F.
Splettstoesser, University of Nebraska Press. 1974.
Priscu J.C., Adams E.E., Lyons W.B., Voytek M.A., MorykD.W. et al. Geomicrobiology
of subglacial ice above Lake Vostok, Antarctica // Science, 286, 1999, P. 2141-2144.
Priscu J.C., Bell R.E., Bulat S.A., Ellis-Evans J.C., Kennicut II M.C., Lukin V.V., Petit
J.R., Powell R.D., Sieger M.J., Tabaccol./k. International Plan for Antarctic Subglacial
Lake Exploration // Polar Geography, Vol. 27, No. 1. 2003.
PsenerR., Sattler B. Food Webs in Lake Vostok? Hypotheses About a Hidden Ecosystem
// SCAR International Workshop on Subglacial Lake Exploration. Cambridge, England
September 1999. Workshop Report and Recommendations. P. 43-49.
Quigg P.W. A Pole Apart. The Twentieth Century Fund // McGraw-Hill Book 1983. P. 48.
Ratford T Polar lake may hold “lost world” // The Guardian, Thursday June 20, 1996.
Report on the Subglacial Antarctic Lake Exploration Group of Specialists
(SALEGOS) II Meeting -1. Bologna, Italy, November 2001. Edited by M.
Kennicut, Bologna,Italy, 69 p.
Report of SALEGOS H Meeting-2. Lamont-Doherty Earth Observatory, USA, May 2002.
21 p.
Report of SALEGOS // Meeting-3. University of California, Santa Cruz, USA, October,
2002. 17 p.
Report of SALEGOS // Meeting-4. Chamonix, France, April 2003. 17 p.
Report of SALEGOS // Meeting-5. Bristol, England, October, 2003. 15 p.
Ridley G.P., Gudlip W, Laxon, S. W. Identification of subglacial lakes using ERS-1 radar
altimeter // Journal of Glaciology, Vol. 339, No 133, 1993, P. 623-634
Robin, G. de Q. Ice movement and temperature distribution in glaciers and ice sheets //
Journal of Glaciology, Vol. 2, No. 18, 1955, P. 523-532.
Robin G. de Q., Drewry D.J., Meldrum D.T. International studies of the ice sheets and
bedrock // Phil. Trans. R. Soc. Lond. B. 279, 1977, P.185-196
Roura R. Subglacial lake exploration and the Lake Vostok case: to drill or not to drill? //
SCAR International Workshop on Subglacial Lake Exploration. Cambridge, England
September 1999. Workshop Report and Recommendations. P.21-24.
Salamatin A.N. Paleoclimatic reconstructions based on borehole temperature
measurements in ice sheets. Possibilities and limitations H Physics of Ice Core
Records, T. Hondoh (Ed.), Hokkaido University. 2000. P.243-282.
SiegertM.J., Dowdeswell J. A., Gorman M.R., Mclntryre N.F. An inventory of Antarctic
sub-ice lakes //Antarctic Science, 8, 1996, P.281-286.
Siegert M.J. The Physiography of Modern Antarctic Subglacial Lakes, 2001.
Subglacial lake and deep ice exploration :Canadian expertise and international
opportunities // Report on International workshop held at the Canadian Polar
Commission Ottawa, edited by О. H. Loken and N. Couture. Ontario March. 17-
18, 2001. P. 8-10.
Siegert M.J., Tranter M., Ellis-Evans J.C., Priscu J.C., Berry W. The hydrochemistry of
Lake Vostok and the potential for life in Antarctic subglacial lakes // Hydrological
Processes, 17, 2003, P. 795-814.
Литература
Souchez R., Petit J.R., Tison J.L., Jouzel J., Verbeke V. Ice formation in subglacial
Lake Vostok, Central Antarctica // Earth and Planetary Science Letters, 181,
2000, P. 529-538.
Ueda H. T, Garfield D.E. Core Drilling Through the Antarctic Ice Sheet П Technical
Report 231, December 1969. US. Army Cold Regions Research Engineering
Laboratory, Hanover, New Hampshire, 17 p.
Ueda H. T, Garfield D.E Core Drilling Through the Antarctic Ice Sheet // USA CRREL
Special Report 231, US. Army Cold Regions Research Engineering Laboratory,
Hanover, New Hampshire, 1968, 25 p.
Ueda H. T, Hansen B.L. Installation of deep core drilling equipment at Byrd Station
(1966-67) II Antarctic Journal of the US, Vol. 2, No. 4, 1967.
Verculich S.R. et al. Proposal for penetration end exploration of sub-glacial Lake Vostok,
Antarctica // Memoirs of National Institute of Polar Research, Special Issue No. 56,
Ice Drilling Technology 2000, 2002, P. 245-252.
Weertman J., Siebert J., Weeks W.F., Stemig J. Radioactive wastes on ice // Science
Public Affairs. Bulletin of Atomic Scientists. Vol. 30, No. 1, 1974.
Williams M.J.M. Application of three dimensional model to Lake Vostok: an Antarctic
subglacial lake // Geophysical Research Letters, 28, 2001, P. 531-534.
Wilson E. The southern journey, Summer 1902-1903. // South Pole Odyssey (Ed. Harry
King) Blandiford Press, Poole, Dorset, 2002, P. 25-80.
WuestA., Carmack E. A priory estimates of mixing and circulation in the hard-to-reach
water body of Lake Vostok // Ocean Modelling, 2, 2000, P. 29-43.
Zeller E., Saunders D.F., Angino E.E. Putting radioactive wastes on ice: A proposal for
an international radionuclide depository in Antarctica // Science Public Affairs.
Bulletin of Atomic Scientists. Vol. 29, No. 1, 1973, P. 4-9, 50-52.
ZotikovI.A. Bottom melting in the central zone of Antarctic’s ice sheet and its influence
on modem balance H International Association of Scientific Hydrology Publication,
Colloque d’Obergurgle, Belgique, No. 1, 1963, P. 36-44.
ZotikovI.A. Antifreeze thermodrill for core through the central part of the Ross Ice Shelf
(J-9 camp), Antarctica // USA Cold Regions Research Engineering Laboratory
(CRREL) Report, 79-24, 1979, 21 p.