Антарктида. Озеро Восток.

В 2001-м году американский журнал Space (Космос) опубликовал в номере от 29 мая любопытную статью "Криобот исследует Антарктиду", рассказывающую о том, как НАСА испытывает на Южном полюсе специализированный зонд-робот "глубоколедного бурения". 

Долгосрочная цель создания этого аппарата - исследование Европы, второй по величине луны Юпитера, полностью покрытой толщей льда, под которым, как есть основания предполагать, находится достаточно теплая вода, а может быть, существует и жизнь. Другая перспективная цель - полярные шапки Марса, где многокилометровый слой льда скрывает информацию об истории климатических изменений на этой планете, вызывающих повышенный интерес ученых. Но самое, возможно, занимательное в публикации Space - это то, чего в статье нет.

А нет там ни единого упоминания об удивительном антарктическом озере Восток, которое на протяжении нескольких последних лет и было объектом устремлений создателей криобота из НАСА. Умалчивание тем более необычное, если учесть, сколь интересные открытия были сделаны в этом районе Антарктиды . Вряд ли это случайность, но давайте обо всем по порядку.

Озеро Восток.

Одно из крупнейших географических открытий второй половины 20-го века - озеро  Восток по сию пору остается полностью вне досягаемости человека.  

Справка : Еще в начале 60-х годов наличие подледных озер было предсказано И. Зотиковым, который провел теплофизические расчеты, основанные на решении уравнения теплопроводности в леднике и показал, что по профилю от станции Мирный к станции Восток и далее к Южному географическому полюсу центральные области ледникового покрова Антарктиды находятся в условиях, когда отвод тепла от нижней поверхности ледника вверх из-за большой его толщины очень мал [Зотиков И.А.,1961] . В связи с этим часть геотермического потока должна постоянно затрачиваться на непрерывное таяние у границы лед-твердое ложе. Проще говоря ледяная шапка играет роль термоса, а тепло земли потапливает лед. Зотиков показал, что температура льда у его нижней границы равна температуре плавления (-2^оС) при давлении у ложа более 300 атм. и следовательно талая вода в виде сравнительно тонкой пленки выдавливается в те места, где толщина ледника меньше, и намерзает там вновь, двигаясь к краям ледника уже в виде льда. В отдельных углублениях подледного ложа эта вода может скапливаться в виде озер под самой толстой центральной частью Антарктического ледяного щита. Эта вода должна быть богата кислородом, который доставляют постепенно опускающиеся в глубины верхние слои льда и снега. И очень может быть, что в этом подледниковом озере есть жизнь.
Через два года уже была составлена расчетная карта областей непрерывного таяния у ложа в центральной части ледникового покрова Антарктиды. Из карты следовало, что станции Восток, Амундсен-Скотт, Берд находятся в областях, где идет непрерывное донное таяние, и можно ожидать, что здесь существуют подледниковые озера [Zotikov I.A, 1963] и теория блестяще подтвердилась практикой.

Еще в 1959 и 1964 годах сейсмические исследования, проведенные молодым географом А.П. Капицей в Центральной Антарктиде, принесли неожиданные результаты. В районе станции «Восток» сигнал выдавал два пика отражения вместо одного — у отметок 3 730 и 4 130 м. Из этого можно было сделать вывод, что до глубины 3 730 м простирается толща ледника, а на глубине 4 130 м начинаются коренные горные породы Антарктиды. Но что находится между этими двумя отметками?Тогда эти 400 метров неизвестности решили считать менее плотными осадочными породами, нижнюю и верхнюю границы которых и зафиксировало «эхо» сейсмических волн. Теперь мы знаем уже наверняка, что сейсмические волны «наткнулись» не на осадочные отложения, а на водную толщу, превышающую 400 м. 

В 1970-х годах Британский полярный институт имени Р. Скотта выполнил большую программу авиаполетов с зондированием радиоволнами ледников Центральной Антарктиды. На лентах радиозондирования маршруты в некоторых местах пересекали участки, где отражения подо льдом принимали своеобразный характер. Можно было предположить, что именно в этих точках полетные линии пересекали крупные скопления подледниковых вод, которые тогда, в 1970-х годах, и  получили название подледных озер. А озеро, над которым располагалась станция Восток получило имя по имени станции.

Последующие годы исследований и сейсмологических измерений показали, что озеро Восток имеет огромные размеры. Длина озера около 250 км, ширина около 50 км, глубина до 750 м., площадь  почти 20 тыс кв.км.

Это незамерзающее озеро, толщей льда  полностью отрезано от прямых контактов с солнцем, ветрами и с жизнью на поверхности, причем, по некоторым подсчетам, озеро находится в изоляции около 14 миллионов лет. Как показывают результаты термического сканирования поверхности, температура воды в озере весьма высокая - примерно от 10 до 18 градусов по Цельсию, что явно свидетельствует о подземном источнике тепла. Кроме того, над поверхностью воды находится высокий, в сотни метров куполообразный свод, заполненный каким-то воздухом.

Первоначальной, основной целью  глубинного бурения было получение непрерывного ледяного керна — цилиндрической колонки льда — своеобразного среза ледника, изучение которого позволило реконструировать все изменения климата нашей планеты за последние 420 тыс. лет, записанную в слоях нараставшего льда. Еще в 1959 году начальник станции «Восток» В.С. Игнатов при помощи термобура сумел достичь 40-метровой глубины. Годом позже термобур, сконструированный И.А. Зотиковым, смог пройти на 10 метров больше. Из-за несовершенства техники достичь более впечатляющих результатов тогда не удалось — бур попросту вмерзал в лед. Ситуация изменилась с приходом в 1967 году специалистов Ленинградского горного института, которые  три десятка лет занимались бурением льда на станции «Восток», сумев углубиться в ледяную толщу на 3 623 м. . 

Однако лед с глубин  3 551 и 3 607 принес удивительные микробиологические данные . Были обнаружены три вида термофильных бактерий, аналоги которых развиваются в гидротермальных источниках активных областей океанов и континентов при температурах 40—60°С. Найденные бактерии, по-видимому, обитают в горячих источниках на дне озера, используя для своей жизнедеятельности только неорганические соединения — водород, углекислый газ, тиосульфаты. Конечно, это только начальные результаты, но уже из них следуют важные и интересные заключения, позволяющие предположить, что гидротермальная деятельность в озере Восток в основном определяется местной циркуляцией талых вод в земной коре, когда они мигрируют вниз по разломам и трещинам на глубину нескольких километров, а затем возвращаются к поверхности озера, обогащенные неорганическими соединениями, служащими источником питания бактерий

Другими словами, обнаружены все типичные признаки биологических процессов и ныне, возможно, протекающих в полностью изолированной экосистеме. То есть это уникальная "капсула из далекого прошлого", открыв которую ученые могли решить множество сложнейших нерешенных проблем в истории нашей планеты. 

Для избежания загрязнения реликтового озера в 1998 г. на заседании SCAR (Scientific Counsil for Antarctic Research) - международного научного комитета по антарктическим исследованиям было принято решение о приостановке бурения до выработки экологически безопасного способа проникновения в подледный водоем.

На сегодня скважина пройдена до глубины 3 623 м, а это означает, что до поверхности озера осталось около 150 м. В настоящее время в Санкт-Петербургской горной академии разработана экологически чистая технология проникновения в подледниковое озеро, основанная на использовании безопасных кремнийорганических заливочных жидкостей, получившая положительное заключение специалистов. В ближайших планах Российской антарктической экспедиции — пробурить оставшиеся 125 м ледниковой толщи над озером. Сначала предполагается преодолеть 50 м, чтобы получить новый ледяной керн и на новых образцах подтвердить гипотезу о существовании термофильных бактерий в водной среде озера, а затем и войти в озеро, не загрязнив его, чтобы определить характеристики газового и химического состава озерной воды и микробных сообществ, населяющих озеро и его донные осадки. Впрочем планы-планами - но в 2003-м году российские исследования на станции Восток были свернуты на зимний период из-за нехватки финансирования. Не возобновилось бурение и антарктическим летом. 

Впрочем, кроме гидрогеологов есть и другие заинтересованные организации. Например исследователи космоса видят в озере Восток самое лучшее на Земле место, где можно опробовать зонды, разрабатываемые для бурения ледяного покрытия на Марсе, Европе и в любом другом неисследованном месте солнечной системы.

Еще с 1996 года начались разговоры о погружении в озеро робота-зонда, который сделает анализ воды, поищет микроорганизмы и вернется на поверхность с образцами отложений. Исследовательский центр JPL получил от НАСА целевые гранты на разработку криобота и уникальной "стерильной" технологии бурения, так что к концу 1998 года уже несколько десятков ученых и инженеров, работавших над проектом в США, в качестве срока погружения в Восток наметили 2002 год, а извлечение образцов назначили на 2003 год.

К в JPL были созданы и испытаны несколько криоботов-прототипов, общая схема работы которых описывается на сайте НАСА ( к сегодняшнему дню канул в лету) так :

После мягкой посадки на закованную в лед поверхность планеты спускаемый модуль активизирует специально доставленный зонд-криобот для проходки льда. У этого устройства, имеющего форму торпеды, разогревается носовая часть, и благодаря гравитации зонд начинает погружаться в тоннель, который сам же расплавляет в толще льда. Инструменты в корпусе криобота осуществляют измерения и ведут анализ собираемых данных о газах и других материалах.

Зонд использует достаточно сложную систему разогрева и рулевого управления. Способности к изменению направления движения позволяют роботу обходить препятствия и немного изменять свой курс для подстраивания под условия среды или для того, чтобы воспользоваться "открывающимися неожиданными возможностями". Кроме того, полуавтономное рулевое управление позволяет роботу выбираться из возможных "ловушек". Криобот продвигается, расплавляя лед непосредственно перед собой, позволяя жидкости обтекать устройство и вновь замерзать позади. Собираемые данные о встреченной на пути среде отправляются на поверхность.

Коротким антарктическим летом с ноября 2000 по январь 2001 года команда ученых JPL провела полевые испытания прототипа криобота на так называемом Леднике C в западной части материка.

Испытания прошли вполне успешно. Криобот совершил 7 "ныряний" в три скважины на глубину до 1226 метров. Собственно говоря, именно этим удачным тестированиям и посвящена  публикация в журнале Space, по неизвестным причинам полностью умалчивающая о том, что происходило дальше.

А было вот что. В том же январе наряду с создателями криобота в Антарктиде работала команда ученых из Колумбийского университета, которая провела серию уникальных низкополетных исследований озера Восток с воздуха. С помощью нового оборудования была составлена карта сейсмической, магнитной и термальной активности подо льдом. Было сделано множество открытий, продемонстрировавших, насколько мало в действительности ученые знают об этом озере. Как выяснилось, Восток вовсе не является большим однородным образованием, как полагали ранее. Здесь имеются "острова", где земля непосредственно соприкасается со льдом, а есть и полости-карманы, где вода поднимается на разные уровни. Кроме того, в отдельных местах слой воды имеет глубину более 1000 метров, то есть вдвое больше, чем думали раньше. Но самое удивительное открытие - это крупная магнитная аномалия 105х75 км вблизи юго-восточного берега озера.

И вот тут началось самое интересное. Уже в мартовском номере журнала Scientific American появилась публикация о том, что НАСА притормаживает работы по созданию криобота и в этом году не станет продлевать гранты на его разработку. Что же касается исследований в районе Востока, то "реально до погружения в озеро пройдет еще лет десять".

Фрэнк Карси (Frank D. Carsey), возглавляющий в центре JPL-NASA проект по созданию криобота, подтвердил, что ни Национальный научный фонд, ни НАСА не выделяют более денег на полномасштабную подготовку к бурению. Более того, финансирование антарктических исследований прекратило и Агентство национальной безопасности США, а "их денег теперь сильно не хватает". Одного лишь упоминания о том, что в этом деле как-то замешана разведслужба, было достаточно, чтобы у Фрэнка Карси стали допытываться, что ему известно о собственных проектах АНБ по аналогичному бурению в районе озера Восток. Как сообщил Карси, он не располагает никакой информацией на этот счет.

По словам Карси, очередной прототип  криобота должен был быть готов уже летом этого года, но работы по созданию криобота для Востока и Европы были явно приторможены. Естественно, у любителей телесериала "Секретные материалы" сразу родилась версия-объяснение: сворачивание научного проекта, участие спецслужб и мощная магнитная аномалия могут означать лишь одно - подо льдом лежит корабль инопланетян. Самое забавное, что в одной из серий "X-файлов", где был подобный сюжет, прозвучали географические координаты, наиболее близкой "освоенной" точкой к которым действительно является станция Восток.

Ну, а среди официальных причин для притормаживания проекта выделяют главным образом такие. Прежде всего, не решено, каким образом робот сможет опуститься в подледное озеро, не занеся при этом микробы с поверхности или из пройденного ледового слоя. Как говорит Фрэнк Карси, "основная идея заключается в том, чтобы пробурить с помощью горячей воды скважину глубиной примерно 3,5 километра, а затем запустить в нее криобота". Дождавшись, пока вода в скважине замерзнет, криобот сам себя стерилизует, разогреется и расплавит остальной путь до озера, разматывая за собой электрический кабель, намотанный внутри корпуса на катушку. Общая работоспособность этой идеи уже продемонстрирована. Но по методам стерилизации практически никаких тестирований не проводилось. По словам Карси, еще никто, ни в США, ни в мире, так и не сформулировал, насколько чистым должно быть "достаточно чистое". Для конкретной задачи разработчикам нужна конкретная цель, а ее пока нет.

Планы бурения ледяного щита Востока встречают и множество возражений со стороны защитников окружающей среды. Как говорит Бет Кларк (Beth Clark), директор международного "Проекта Антарктида", объединяющего свыше 200 природозащитных групп, "мы твердо уверены, что всеобъемлющее исследование озера с уровнем сегодняшних технологий просто недопустимо". Поэтому в октябре прошлого года Всемирный союз сохранения природы (World Conservation Union) принял специальную резолюцию, призывающую членов "Антарктического договора" воздержаться в обозримом будущем от бурения и выделить озеро Восток в "особо защищаемую" область.

Так что, быть может, американские власти просто решили раз в жизни прислушаться к защитникам окружающей среды. Только вот верится в это с трудом.

Источники : Б.Киви Книга о Странном