Наука и технологии 23 ноября 2022

Арктический дрейф 2.0

Россия возобновила в Арктике программу исследования природной среды с дрейфующих льдов. В отличие от предшествующих экспедиций, последняя из которых завершилась эвакуацией полярников с треснувшей льдины в 2013 году, центром экспедиционной работы стало специально построенное судно, вмороженное в лед
Арктический дрейф 2.0
Центром экспедиционной работы станет специально построенное судно, вмороженное в лед
aari.ru

Дрейфующие станции как вид исследовательской деятельности существуют с 1937 года, и первой в мире стала советская полярная дрейфующая станция «Северный полюс», на которой работала знаменитая четверка папанинцев. Для оборудования лагеря полярников на льдине были привлечены многочисленные научные учреждения и предприятия. Палатку с каркасом из легко разбирающихся алюминиевых труб, брезентовыми стенами, проложенными гагачьим пухом, и надувным резиновым полом разработали в Научно-исследовательском институте резиновой промышленности и изготовили на московском заводе «Каучук». Для связи с Большой землей в Научно-исследовательском институте радиовещательного приема и акустики изготовили мощную 80-ваттную радиостанцию, питающуюся от ветряка или легкого бензинового двигателя с ручным приводом. Нарты из ясеня построили на Судостроительном заводе имени Каракозова, а Институт инженеров общественного питания приготовил для зимовщиков запас продуктов на полтора года весом пять тонн.

На острове Рудольфа архипелага Земля Франца Иосифа построили промежуточный аэродром, откуда планировался старт к Северному полюсу. Провожал полярников на льдину сам начальник Главсевморпути Отто Шмидт, 30 мая 1937 года по Всесоюзному радио передавался специальный концерт для участников экспедиции, а 6 июня, когда оборудование зимовочного лагеря было завершено, на льдине подняли флаг СССР. Портреты героев первого в мире дрейфа смотрели с плакатов и почтовых марок, с киноэкранов и музейных витрин. Всем четверым — Ивану Папанину, Евгению Федорову, Эрнсту Кренкелю и Петру Ширшову по окончании дрейфа присвоили ученые степени докторов наук и звание Героев Советского Союза.

magnifier.png Палатку с каркасом из легко разбирающихся алюминиевых труб, брезентовыми стенами, проложенными гагачьим пухом, и надувным резиновым полом разработали в Научно-исследовательском институте резиновой промышленности и изготовили на московском заводе «Каучук»

Их имена нанесены на географическую карту: имя Папанина носит мыс на полуострове Таймыр, остров в Азовском море, подводная гора в Тихом океане; именем Федорова названа группа островов в Карском море; имя Кренкеля носит бухта в море Лаптевых и перевал на западном отроге Кавказского хребта; в честь Ширшова назвали гору в Антарктиде, подводный хребет в Беринговом море, озеро на острове Харли архипелага Земля Франца Иосифа. Судно с именем Папанина входит в состав Байкальского научно-исследовательского флота РАН, его имя носит патрульный корабль ВМФ и сухогруз Мурманского морского пароходства. Научно-исследовательское судно «Академик Федоров», названное в честь участника первого дрейфа Евгения Федорова, — флагман российского арктического и антарктического флота. Имя Кренкеля носили канонерская лодка, речной буксир и морское научно-исследовательское судно. Палатка папанинцев стала центральным экспонатом Музея Арктики и Антарктики в Санкт-Петербурге, а дату старта экспедиции с острова Рудольфа — 21 мая — по предложению президента Ассоциации полярников России и начальника дрейфующей станции «Северный полюс — 19» Артура Чилингарова запечатлели в календаре праздничных дат как День полярника.

За девять месяцев льдина участников первого дрейфа трехметровой толщины размером три на пять километров уменьшилась до пятачка 200 на 300 метров. Высаживали папанинцев с помощью эскадрильи из пяти самолетов, а эвакуировали на пароходах «Мурман» и «Таймыр».


ПАПАНИНЦЫ.jpg
Митинг, посвящённый окончанию работы дрейфующей станции "Северный полюс-1", и встреча с экспедицией по эвакуации, 1938 год
Wikipedia

Опасные трещины

Повторить подвиг папанинцев получилось лишь спустя 12 лет, в 1950 году, когда на льдине размером три на два с половиной километра открыли станцию «Северный полюс — 2». За год работы на льдине в экспедиции побывали 58 ученых, более 70 раз на льдину садились самолеты.

Дальше высадки дрейфующих полярных станций шли одна за другой. В среднем станции работали по три года. Станция СП-16 работала четыре года, с 9 апреля 1968-го по 22 апреля 1972-го. Но абсолютный рекорд — восемь с половиной лет непрерывного дрейфа — принадлежит станции СП-22. Она работала с 13 сентября 1973-го по 8 апреля 1982 года. За это время на станции работало девять смен полярников — 266 человек. Иногда в Арктике дрейфовали сразу две и даже три советские станции. С открытием станции СП-20 11 апреля 1970 года их стало четыре. Одновременно работали СП-17, СП-18, СП-19 и СП-20.

Трещины и размывы на льдинах были частыми событиями. Например, льдина под станцией СП-9, работавшей с 26 апреля 1960-го по 28 марта 1961 года, размывалась 29 раз. От разрушения льдины полярников не спасала даже ее рекордная толщина и размер. Льдина под станцией СП-19 была тридцатиметровой толщины, а ее размер достигал в начале работы станции 100 квадратных километров, но и такой запас прочности не уберег льдину-гигант от трещин. В ночь с 4 на 5 января 1970 года льдина села на мель вблизи островов Де-Лонга и раскололась.

Направление дрейфа чаще всего соответствовало первоначальным расчетам Отто Шмидта, спрогнозировавшего движение дрейфующих льдов и расположенных на них станций из Восточной Арктики к проливу Фрама и острову Гренландия. Последняя советская станция СП-31 (работала с 22 октября 1988 года по 25 июля 1991-го) совершила круг вокруг полюса, пройдя всю систему дрейфа и побывав в Западной Арктике, вблизи Канадской котловины.

Начальнику третьей смены на СП-31 Владимиру Соколову через 12 лет пришлось заново запускать систему работы дрейфующих уже российских станций в должности начальника Высокоширотной арктической экспедиции Арктического и антарктического НИИ (ААНИИ) Росгидромета. По его наблюдениям, «на Советский Союз приходилось до 80 процентов исследований в Арктике, в 90-е годы этот показатель резко упал, но сейчас присутствие российских исследователей вновь увеличивается довольно быстрыми темпами». Кроме россиян в Арктике в эти годы развернули работу исследовательские группы из США, Канады, Дании, Германии, Норвегии, Японии, в начале нового тысячелетия к ним присоединились группы из Китая. В 2003 году ученые Поднебесной открывали свою первую дрейфующую станцию, проработавшую чуть больше месяца со 120 участниками. Сейчас Китай, по данным местных СМИ, готовится открыть постоянную дрейфующую станцию в Арктике.


СОКОЛОВ.jpg
Владимир Тимофеевич Соколов, начальник Высокоширотной арктической экспедиции ААНИИ
Наталия Михальченко

После возобновления работы в Арктике отечественных дрейфующих станций, начиная с СП-32 (25 апреля 2003-го — 6 марта 2004 года) продолжительность их работы составляла в среднем около года из-за образования трещин и промоин на льдинах. По словам Владимира Соколова, в 2010-х годах из-за аномально высоких температур в высоких широтах биота поднялась на два градуса вверх по карте (каждый градус на карте мира соответствует 110 километрам), и работа полярников на дрейфующих станциях стала сложнее и опаснее.

Работу станции СП-34 (19 сентября 2005-го — 28 мая 2006 года) пришлось завершить досрочно. Помимо того что станция попала в зону теплого течения и ее пришлось эвакуировать, она вошла в историю рекордной скоростью дрейфа — 28 километров в сутки. Обычно скорость колеблется в пределах двух-трех километров в сутки. Эвакуировать пришлось и СП-37 (7 сентября 2009-го — 6 июня 2010 года). Станция дрейфовала у Канадского архипелага в Западной Арктике, когда льдина подтаяла и потеряла надежность.

Но настоящая драма развернулась во время работы СП-40 (1 октября 2012-го — 8 июня 2013 года), дрейфовавшей в Арктике на три месяца меньше, чем планировалось, из-за образовавшейся на льдине трещины. Как рассказал Александр Данилов, занимавший в тот момент должность заместителя директора ААНИИ, станция СП-40 была оснащена самым современным научным оборудованием, благодаря которому, кстати, и удалось обнаружить опасные трещины вблизи станции, что послужило причиной досрочной эвакуации: «Их зафиксировал на видеокамеру беспилотный летательный аппарат, который ученые использовали для составления и уточнения карт».

Часть полярников с СП-40 вернулась в Петербург, вторая часть высадилась на ледовой базе «Мыс Баранова» на острове Большевик архипелага Северная Земля, чтобы продолжить научные исследования. Этот ледовый стационар простоял в законсервированном виде двадцать лет. В части помещений в поисках припасов похозяйничали белые медведи, другая часть оказалась заполнена льдом — в щели надувало снега, он подтаивал и смерзался, третья часть оказалась пригодна для быстрого восстановления до функционального уровня. С 2013 года мыс Баранова стал для полярников на долгие годы главным наблюдательным опорным пунктом в Арктике, так как найти новую льдину для открытия дрейфующей станции никак не удавалось.

magnifier.png Наблюдения за системой «вода — лед — воздух» продуктивнее всего вести именно со льда, так как любые техногенные факторы, например тепловой и магнитный фон от судна, искажают первозданные природные условия и снижают качество прогноза ледовой обстановки в Арктике и прогнозов погоды в регионе

Наблюдения за системой «вода — лед — воздух» продуктивнее всего вести именно со льда, так как любые техногенные факторы, например тепловой и магнитный фон от судна, искажают первозданные природные условия и снижают качество прогноза ледовой обстановки в Арктике и прогнозов погоды в регионе — а это и есть главные практические задачи работы ученых на дрейфующих станциях. На мысе Баранова таким фактором-помехой служат географические особенности базы, расположенной на берегу пролива Шокальского. Динамика движения системы «лед — вода — атмосфера» здесь отличается от открытого океанического пространства, где обычно высаживаются дрейфующие станции.

Трудности с выбором льдины для новой станции заставили ученых сделать ставку на строительство специального судна, которое вмораживалось бы в лед и служило островком безопасности для ученых. Как писал «Стимул», проект начал обсуждаться в 2010-х годах. Одновременно ученые использовали все возможности, чтобы продолжить наблюдения со льда. В 2015 году вблизи Северного полюса была открыта и проработала три месяца дрейфующая станция «Северный полюс — 2015». Ученые ААНИИ приняли участие в проекте Mosaic — международной экспедиции с участием ученых 17 стран, во время которой судно Polarstern» немецкого Института Альфреда Вегенера вмораживалось в лед и дрейфовало в Арктике в 2019‒2020 годах.

Проект ледостойкой самоходной платформы «Северный полюс» разрабатывался специалистами Росгидромета, ААНИИ и КБ «Вымпел». Весной 2018 года Росгидромет подписал контракт с «Адмиралтейскими верфями» на строительство судна, в декабре 2020-го судно спустили на воду. 21 мая 2022 года, в День полярника, ледостойкая платформа «Северный полюс» вышла на ходовые испытания, в августе 2022-го ААНИИ принял ЛСП «Северный полюс» в эксплуатацию, а 1 сентября платформа вышла из Санкт-Петербурга в первый рейс. Продолжавшийся девять лет третий перерыв в регулярной работе отечественных дрейфующих станций завершился.


МЫС БАРАНОВА.jpg
Мыс Баранова
Владимир Власов

Лагерь вокруг судна

Полтора года до выхода судна в первый рейс интенсивно работала ледовая разведка. Нужно было выбрать подходящие ледовые поля для начала первого дрейфа ледостойкой самоходной платформы. Опорной базой для этих работ стала ледовая база «Мыс Баранова». Оттуда, например, велись работы по расстановке дрейфующих буев в районе планируемого открытия ЛСП. «С началом экспедиции на борту ледостойкой самоходной платформы ледовая база “Мыс Баранова” приобретает для нас новое, стратегически важное значение. Теперь, кроме плановых научных исследований, она становится опорным пунктом для транспортно-связных операций по обеспечению работ дрейфующей станции. Она также стала значимым звеном пространственно-распределенной обсерватории, объединяющей ледостойкую платформу “Северный полюс”, Российский научный центр на архипелаге Шпицберген и гидрометеорологическую обсерваторию Тикси. Научные данные будут в том числе использоваться для подготовки прогнозов ледовой обстановки для обеспечения навигации по трассе Северного морского пути», — сказал Александр Макаров, директор Арктического и антарктического научно-исследовательского института.

magnifier.png Окончательный выбор льдины ледовые разведчики провели, высадившись с вертолета Ка-32 на льдины и проведя дополнительные обследования, уточнив возраст и толщину льда

ЛСП «Северный полюс» вышла из Санкт-Петербурга 1 сентября и направилась в Мурманск. 15 сентября в мурманском порту был дан старт экспедиции «Северный полюс — 41». Участников экспедиции приветствовал президент. «Рассчитываю, что работа ЛСП “Северный полюс” станет серьезным вкладом в развитие нашего исследовательского флота, в обеспечение мощного технологического задела и укрепление позиций отечественной науки», — отметил в своем послании Владимир Путин.

«Мы сможем изучать Арктику комплексно и непрерывно, как она того и требует. Все полученные данные с множеством переменных в онлайн-режиме будут предаваться на Большую землю и уже в ближайшее время будут использоваться для уточнения прогнозов ледовой обстановки для безопасной и эффективной навигации по Северному морскому пути. Это чрезвычайно важно, потому что от качества проводки судов в конечном итоге зависит конечная стоимость грузоперевозки в арктических морях», — сказал на церемонии Александр Макаров.

В Мурманске научный состав экспедиции «Северный полюс — 41» поднялся на борт судна, ученые начали настраивать оборудование и готовиться к выходу в рейс. 17 сентября ЛСП «Северный полюс» вышла из порта Мурманска в сторону Новосибирских островов. К этому моменту ледовые разведчики сконцентрировали свое внимание на наблюдении за пятью льдинами, пригодными для размещения научного лагеря.


МЫС БАРАНОВА МЕДВД.jpg
На ледовой базе «Мыс Баранова»
Владимир Власов

Окончательный выбор льдины ледовые разведчики провели, высадившись с вертолета Ка-32 на льдины и проведя дополнительные обследования, уточнив возраст и толщину льда. В октябре платформа «Северный полюс» подошла к выбранному ледовому полю размером около 42 квадратных километров в точке с координатами 82° 33’ с. ш. 153° 49’ в. д. Ледовое поле образовано однолетним льдом толщиной около метра. Этого вполне достаточно для научного лагеря. Платформа «Северный полюс» вошла в ледовое поле, пришвартовалась и начала вмораживаться в лед. Одновременно началась выгрузка оборудования, транспорта и техники.

За месяц с момента остановки судна у выбранной льдины ученые завершили обустройство ледового лагеря и научных лабораторий. Научный лагерь расположен в пределах 500 метров от платформы и включает в себя легковозводимые геофизический, ледоисследовательский, метеорологические дома-лаборатории, океанографический терминал, магнитный павильон, мастерскую, ледовый морфометрический полигон и полигон «Торос». Ученые приступили к выполнению исследований как в ледовом научном лагере, так и в лабораториях на борту судна. Работают они целый день на льду, а ночевать возвращаются на судно с одноместными каютами и всеми составляющими бытового комфорта. По словам Александра Макарова, новый формат организации работы — с поддержкой ледостойкой платформы, ставшей для полярников уютным и безопасным домом, — демонстрирует свою эффективность буквально с первых этапов экспедиции.

«По своему оснащению другого такого судна, как ЛСП “Северный полюс”, я не знаю. На нем сконцентрировано огромное количество научно-измерительной аппаратуры, средств связи и передачи информации, — сказал “Стимулу” Кирилл Фильчук, начальник экспедиции “Северный полюс — 41”, руководитель отдела океанологии ААНИИ. — Безусловно, нам еще предстоит освоить его в полной мере. Но очевидно, что это инструмент очень сложный и нам нужно научиться им пользоваться, чтобы стопроцентно реализовать тот потенциал, который в нем заложен».

За первый месяц работы дрейфующей станции ученые запустили глубоководный океанографический комплекс и приступили к регулярному зондированию водной толщи Северного Ледовитого океана. Начался анализ проб грунта и воды для оценки общего изменения видового состава, количественных параметров фитопланктона, зоопланктона и бентоса. Геологи приступили к отбору проб донного грунта с применением глубоководных пробоотборных устройств. Получаемые образцы анализируются в судовых лабораториях с целью определения минерального и геохимического состава, поровых вод и газообразных включений.

Большой объем работ выполняют гляциологи. Они изучают морфометрические, механические и прочностные свойства льда. Проводят обследование нижней поверхности льда с помощью гидролокатора. В пределах 16-километрового экспериментального полигона на льду развернута пространственно-распределенная сеть гидрометеорологических наблюдений, состоящая из 15 автономных буев. Получаемые данные позволят изучить мезомасштабную и локальную изменчивость процессов тепло-массообмена в системе «атмосфера — снежный покров — морской лед — приповерхностный слой океана» и формирование внутренних волн в океане.

magnifier.png «В ближайшее время в лагере возведут гараж для обслуживания техники, продолжится развертывание измерительной системы, направленной на исследование крупномасштабных колебаний ледяного покрова и его отклика на атмосферные возмущения. В январе начнется обустройство взлетно-посадочной полосы»

«В ближайшее время в лагере возведут гараж для обслуживания техники, продолжится развертывание измерительной системы, направленной на исследование крупномасштабных колебаний ледяного покрова и его отклика на атмосферные возмущения. В январе начнется обустройство взлетно-посадочной полосы», — рассказал Александр Макаров.

За месяц работы дрейфующая станция «Северный полюс-41» прошла более 400 километров и находится в точке с координатами 83.8767 с. ш., 147.041 в. д. Предполагаемое генеральное направление дрейфа проходит через приполюсный район в Гренландское море. После выхода из пролива Фрама ЛСП «Северный полюс» с членами экспедиции на борту своим ходом придет в Мурманск. По плану в автономном режиме платформа проведет два года, планируется смена четырех составов участников экспедиции.

«Программа экспедиции включает в себя более 50 видов исследований и наблюдений, направленных на комплексное изучение природной среды Арктики, закономерностей и причин изменений климатической системы, биоразнообразия арктического региона. Полученные данные позволят описать возможные трансформации климата в ближайшие десятилетия. Данные также будут использоваться для обеспечения безопасного судоходства по трассе Северного морского пути, реализации крупных инфраструктурных проектов и получения новой информации для обоснования заявки Российской Федерации на расширение границ континентального шельфа в Северном Ледовитом океане», — рассказали в пресс-службе ААНИИ.

Еще по теме:
08.12.2022
Исследователи Московского государственного университета с коллегами из Института биологии внутренних вод РАН и зарубежны...
25.11.2022
25 ноября родился выдающийся хирург, ученый и основатель современного военно-врачебного дела Николай Пирогов
22.11.2022
Ученые МГУ определили механизмы непрерывного разрушения и сборки внутреннего белкового скелета живых клеток
17.11.2022
До сих пор секунда определялась на основе длительности периодов излучения атома цезия. Однако прогресс в области оптичес...
Наверх