21 мая 2022 года исполняется 85 лет со дня начала работы первой советской дрейфующей полярной станции и почти 130 лет со старта первой норвежской полярной экспедиции на судне «Фрам».
Исследованиями Арктики в Советском Союзе занимался Институт по изучению Севера, в 1930 году переименованный во Всесоюзный арктический институт, ныне зовущийся Арктический и антарктический научно-исследовательский институт (ААНИИ). Ведение стационарных наблюдений с помощью дрейфующих станций советские ученые взялись обсуждать еще в 1929 году. Уже тогда им стало понятно: без мониторинга погоды и льдов в высоких широтах стране не обойтись. Эти данные нужны России и сегодня. Для получения их тогда и сейчас требуется организация научной дрейфующей станции.
Экспедицию к Северному полюсу в СССР готовили несколько лет. Предлагали использовать дирижабли, затем — мощный ледокол, но в итоге обратились к возможностям авиации. 21 мая 1937 года флагманский самолет с членами экспедиции сел в 20 км от Северного полюса. Теперь эта дата отмечается как День полярника.
Четверо исследователей под руководством Ивана Папанина за 274 дня провели обширные наблюдения, получив уникальные сведения о движении воздушных масс и больших глубинах в приполюсной области. Метеоданные передавались четыре раза в сутки — их использовали при составлении карт погоды, необходимых для осуществления первых советских трансарктических перелетов, прежде всего экипажа Валерия Чкалова. Но после шторма 1 февраля 1938 года огромная (3,2 км на 1,6 км) льдина с лагерем уменьшилась до размеров 50 на 30 метров. Потребовалась экстренная эвакуация, которую осложнил ряд обстоятельств.
Всего за время действия программы дрейфующих станций были проведены сорок экспедиций «Северный полюс». Последняя — «СП-40» — как и легендарная первая, была экстренно свернута по соображениям безопасности. Затем на десятилетие программу заморозили, но за это время придумали совершенно новую модель организации дрейфа: многолетний опыт высокоширотных исследований объединила уникальная ледостойкая самодвижущаяся платформа (ЛСП) «Северный полюс», которая возродит легендарные наблюдения и даже расширит их. ЛСП позволит ученым проводить комплексные исследования природной среды в арктических широтах не один десяток лет.
Оптимальные решения
Сейчас платформу достраивают в Санкт-Петербурге, на Адмиралтейских верфях, ее готовность превышает 95%. Заводские ходовые испытания должны завершить к концу мая, после чего судно передадут заказчику Росгидромету. Далее ЛСП станет частью научно-экспедиционного флота Арктического и антарктического НИИ.
Необычная конструкция ЛСП специально разработана для выполнения круглогодичных экспедиций в высоких широтах, причем с комфортными условиями для ученых, отмечают специалисты. Без привлечения ледоколов платформа сама может добираться до места назначения, вмораживаться в лед, до двух лет дрейфовать с ним, а затем самостоятельно вернуться в порт. Для связи с Большой землей ее оборудовали посадочной площадкой, способной принять тяжелые Ми-8 и Ми-38, что обеспечит возможность ротации полярников в период дрейфа.
Такой способ вести исследования несравнимо безопаснее, чем размещать станции на дрейфующих льдинах. В последние годы их средняя толщина уменьшалась, подобрать подходящую льдину стало гораздо сложнее. И, конечно, на платформе проще обеспечить комфортные условия для работы и жизни, чем на льдине.
По словам директора ААНИИ Александра Макарова, ничего подобного в мире нет и в ближайшие годы не появится. На судне 15 лабораторий, оснащенных современным научных оборудованием. Причем сама платформа также является измерительным инструментом ледовых нагрузок.
«Мощный корпус позволяет безопасно дрейфовать в суровых условиях. На пути ее следования нет необходимости разламывать лед, платформа будет передвигаться своим ходом, пока льда мало или он слабый и тонкий, а затем станет дрейфовать вместе со льдами. Главная задача при сжатии льдами — эффективно ему противостоять, — рассказывает А.Макаров. — В ледовом бассейне нашего института мы воспроизводили давление на платформу толстым льдом, искали оптимальное решение, чтобы, сохранив прочность, снизить стоимость платформы. И нам это удалось. По мощности выдерживаемого воздействия ЛСП сопоставима с атомным ледоколом. В корпус встроены тензометрические датчики для измерения влияния льда и подтверждения точности расчетов».
Специалисты и форму корпуса выбрали особую — при таком «развале» бортов лед, упираясь в корпус, подламывается, его прессинг снижается, а сама платформа выдавливается вверх. Выбранная форма также позволила увеличить вместимость конструкции — есть место где размещать двухгодичный запас судового топлива и годовой запас продуктов. То есть эти решения увеличили автономность судна и при этом позволили впятеро по сравнению с ледоколом минимизировать экипаж судна — всего 14 человек.
«А главное — получилось расположить максимум лабораторий и научного оборудования. Причем мы сразу используем современный модульный принцип: лаборатории можно легко подстраивать и трансформировать под конкретные нужды, ведь никто не знает, какие задачи будут стоять перед наукой через 10 или 30 лет. На борту планируются океанологическая лаборатория, гидрохимическая, биологическая и т. д., но при необходимости мы их сможем быстро адаптировать под новые виды исследований», — рассказывает Александр Макаров.
Но наблюдения будут вестись не только на платформе — вокруг ЛСП вырастет целый научный городок из временных павильонов: океанографического, географического, ледоисследовательского и других. Городок такой можно будет быстро свернуть, например, при появлении трещин во льду. А некоторые замеры, где необходимо минимизировать влияние внешних факторов, планируют проводить на удалении до 30 км от ЛСП.
Науки много не бывает
По мнению Александра Макарова, одно из основных преимуществ, которое получат ученые с началом работы ЛСП «Северный полюс», — это возможность планировать исследования на длительный срок, готовить программы, рассчитанные на 25-30-40 лет. Ранее в Арктике такой возможности не было.
«Еще важнее, что эти действия можно планировать в увязке с сухопутными наблюдениями. У Росгидромета, например, есть обширная сеть полярных станций, у ААНИИ — несколько обсерваторий на архипелагах Шпицберген и Северная Земля, в поселке Тикси, — поясняет Александр Макаров. — С появлением ЛСП их лучше скомпоновать в единую систему, создать пространственно-распределенную арктическую обсерваторию. Фактически это позволит проводить наблюдения за природой практически всей российской Арктики. Уже сейчас об этой природной среде сведения дают спутники, зонды, самолеты. Прямые наблюдения позволят моделировать процессы, верифицируя данные. Без этого качественные прогностические модели получить невозможно».
ААНИИ занимается всем, что связано с океаном, льдом, атмосферой — весь комплекс гидрометеорологических наблюдений. Но ЛСП позволит проводить большое количество работ, связанных с другими науками. Например, с геологией — в первом рейсе ими будут заниматься ученые «ВНИИОкеангеология». Задуман также биологический и экологический блоки для изучения криопелагических организмов, планктона, бентоса, мониторинга загрязнения природной среды.
Отдельная тема — тестирование свойств современных материалов в условиях Арктики. Ее обсуждают с ЦНИИ конструкционных материалов «Прометей». Важное направление, к примеру, специальные покрытия для судов, которые быстро обрастают микроорганизмами — ученые планируют дать оценку этим процессам в условиях Арктики. «Спектр научных возможностей ЛСП практически неисчерпаем. Постепенно исследователи это осознают. Сейчас значительно увеличилось количество интересных и порой неожиданных предложений из других научных организаций. Они заметно расширяют программу исследований на платформе. Активно работаем с институтами РАН, в том числе и Санкт-Петербургского центра РАН. Наши совместные эксперименты обязательно войдут в научную программу первой экспедиции», — подчеркивает Александр Макаров.
Посмотрим, как вморозимся…
«Важная задача первого рейса — проверить, как судно поведет себя во льдах, протестировать новое оборудование, отработать организацию исследований на борту платформы и льду. Необходимо проверить, как мы вморозимся, как будут функционировать системы. Для первой экспедиции подготовлена обширная научная программа», — поясняет Александр Макаров.
Для масштабных исследований есть самые разные предпосылки природного, физико-географического, хозяйственно-экономического и геополитического характера. Например, существенные изменения состояния ледяного покрова, океана и атмосферы. В Арктике потепление идет в 2-3 раза быстрее, чем в среднем по планете. Здесь сокращается площадь снега и льда, которые отражают солнечные лучи, а земля и вода более сильно поглощают тепло. Примерно к середине века в отдельные годы арктические моря летом будут полностью освобождаться от морского льда. А к концу века это может стать нормой. Зимой лед будет намерзать в любом случае, но его толщина составит 1-2 метра — примерно такую, как сейчас на реках и озерах севера страны.
Большая чувствительность природы Арктики к вариациям климата заставляет создавать и совершенствовать модели для прогнозирования изменений. Кроме того, атмосфера и океан играют определяющую роль в переносе и трансформации веществ, включая загрязняющие компоненты и радионуклиды. Также у России есть планы по развитию хозяйственной деятельности в районах Крайнего Севера, созданию морских транспортных магистралей, для безопасности которых требуется их постоянное гидрографическое и гидрометеорологическое обеспечение, поскольку условия ледового плавания постоянно меняются. Не стоит забывать и об обеспечении неприкосновенности границ и укреплении оборонного потенциала нашего Отечества в Арктической зоне.
Важность изучения высокоширотной Арктики очевидна и для иностранных научных организаций. Например, команды из десятка с лишним стран на регулярной основе проводят исследования на базе норвежского научного поселка Ню-Олесунн на Шпицбергене. А в 2019-2020 годах на немецком научном судне ледового класса «Поларштерн» состоялась крупная международная экспедиция в Центральном Арктическом бассейне Северного Ледовитого океана MOSAiC.
Сейчас в Арктике многолетние льды таят, увеличивается количество тепла, переносимого Североатлантическим течением в Арктический бассейн. Становится интенсивнее циклоническая деятельность, которая ведет к перестройке структуры водных масс, преобразованию схем циркуляции и изменению интенсивности гидрохимических и гидробиологических процессов. Эти перемены воздействуют на климат всей Земли. Опресненные воды и морской лед, образующиеся в Арктическом бассейне и арктических морях, выносит в Северную Атлантику, и в значительной степени все это влияет на циркуляцию Мирового океана. Ледяной покров, распространяясь или деградируя, воздействует на глобальный тепловой баланс и климат Земли. Динамическая система «атмосфера — морской лед — океан» — это важнейший элемент планетарного климатического механизма. Потому необходим ее постоянный мониторинг по всему спектру метеорологических, ледовых, гидрофизических, геохимических, гляциологических, геофизических, биологических и других параметров.
«Особый интерес представляет акватория Северного морского пути, восточный участок которого в обозримом будущем превратится в круглогодичную транспортную магистраль, — уточняет Александр Макаров. — Ее безопасность и эффективность в значительной степени будут зависеть от изменений ледовых и гидрометеорологических условий. А их успешное прогнозирование возможно на основе исследований изменяющейся Арктики. Результаты мониторинга гидрометеорологических процессов в северной полярной области Земли за 2021 год (опубликованы нашим Арктическим и антарктическим НИИ) подтверждают общую тенденцию к потеплению в высоких широтах. Положительная аномалия среднегодовой температуры воздуха в Арктической зоне сохранялась и превышала норму на 2,9°С. При этом отмечается снижение темпов роста температуры. В летний период наблюдается общее уменьшение количества льдов в российских арктических морях. Однако на локальных участках и в некоторых районах морей в осенне-зимний период могут формироваться сложные ледовые условия. Так что сокращение площади льдов в Северном Ледовитом океане — это прямой результат глобального повышения температуры и изменения климата.
Конечно, увеличение площади чистой воды в летний сезон даст положительный хозяйственный эффект. Больше судов могут проходить по трассе Северного морского пути без ледокольной проводки, это увеличит грузопоток. Но для природной климатической системы рост площади чистой воды летом обернется накоплением тепла в океане. Это означает, что природа сама усиливает тенденцию к потеплению. Но анализ данных за длительный период регулярных наблюдений говорит, что потепление в арктических широтах в последние годы несколько замедляется, сокращение площади ледяного покрова и другие факторы изменения климата имеют тенденцию к стабилизации. Вот почему у нас так велик перечень намеченных научных программ, их осуществление даст новые знания для рационального использования богатств и возможностей Арктики, укрепит основу понимания природных перемен на нашей планете».
Марина ЛАРКИНА
Иллюстрации предоставлены ААНИИ
Нет комментариев