Загадки Арктики

Из научной экспедиции по морям Северного Ледовитого океана вернулась группа томских политехников

Более месяца пятнадцать научных сотрудников и студентов Томского политеха вместе с учеными других ведущих российских и зарубежных научно-образовательных центров на борту легендарного научно-исследовательского судна «Академик Мстислав Келдыш» изучали состояние подводной мерзлоты, вод и донных осадков вдоль трассы Северного морского пути, потоков парниковых газов и других компонентов цикла углерода в арктической системе суша-шельф-атмосфера. Получены уникальные результаты и бесценный исследовательский опыт. Предлагаем вниманию читателей газеты «За кадры» рассказ об экспедиции ее участника - главного эксперта Управления по внешним связям ТПУ Сергея Никифорова

Арктический десант

Несмотря на то, что героизм и романтика первых десятилетий изучения и освоения Крайнего Севера вроде бы остались в прошлом, сменились рутинным повседневным трудом моряков, геологов, газовиков и нефтяников, представителей других северных профессий, Арктика по-прежнему будоражит, манит и зовет, тем более что огромные приполярные пространства все еще таят в себе множество тайн и загадок, необъяснимых феноменов и различных «белых пятен».

Разгадать и исследовать некоторые из них была призвана комплексная научная экспедиция, организованная Институтом океанологии им. П.П. Ширшова РАН совместно с Тихоокеанским океанологическим институтом им. В.И. Ильичева ДВО РАН при участии ученых и студентов еще 12 научных организаций, в том числе ТПУ, МФТИ, МГУ, институтов РАН, а также океанографических институтов Минприроды Китайской Народной Республики. Всего в рейсе было задействовано 64 исследователя, более двух третей из которых — молодые ученые, студенты и аспиранты. Возглавил экспедицию член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией ТОИ ДВО РАН, научный руководитель Международной научно-образовательной лаборатории исследования углерода арктических морей ТПУ Игорь Семилетов. Для него это был уже 45-й поход в Арктику.

Наш вуз в рейсе представлял самый многочисленный отряд — 15 человек. И если инженер-исследователь Андрей Гринько и магистрант Сергей Пластун уже имели опыт участия в арктической экспедиции, остальные политехники отправились по морям Северного Ледовитого океана впервые. Это инженеры Юлия Моисеева, Дарья Воробьева и Дарья Пургина, аспирант Владимир Крюковский, студенты и магистранты Елизавета Клеванцева, Николай Касаткин, Яков Милевский, Елена Ворожейкина, Наталья Животова, Павел Альмяков, Рузия Келсингазова, Пётр Щеглов.

Коси, «коса»!

Основная цель экспедиции — продолжение исследования процессов деградации подводной мерзлоты и связанных с этим выбросов парниковых газов (метана и углекислого газа) в атмосферу планеты на территории морей Восточной Арктики. Это не значит, что на пути туда ученые «били баклуши», к исследовательской работе они приступили практически сразу же после выхода из порта Архангельска. При входе в Баренцево море на борту «Келдыша» установили так называемую проточку — систему постоянного забора морской воды. К корпусу судна была прикреплена труба, по которой при помощи центробежного насоса вода с глубины 2,5 метра поступала на автоматизированные узлы и далее — на аналитические комплексы, в частности на газовые хроматографы, которые в автоматическом режиме раз в 5 секунд делали анализ воды на содержание растворенных в ней газов. Отсюда же пробы брали для своих целей гидрохимики, радиохимики и другие специалисты. Система уникальная, позволяющая собрать огромную базу данных на всем протяжении исследовательского маршрута.

Впрочем, молодым участникам рейса больше всего запала в душу (и в тело) другая исследовательская система, запущенная в действие в самом начале экспедиции отрядом электрофизического зондирования дна. Система представляла собой длинные кабели (до 600 метров), спущенные в воду с кормы судна. Между собой участники экспедиции называли их «косами». Они позволяли на всем протяжении маршрута методом электромагнитного сканирования собирать данные о кровле и подошве многолетних мерзлых пород дна арктических морей. Информация ценнейшая, интересная не только в научном, но и прикладном смысле — для поиска новых месторождений углеводородов на шельфах Арктики.

Ох уж эти «косы»! Дело в том, что периодически их необходимо было собирать обратно на борт, а это процесс довольно трудоемкий. Молодежь экспедиции таким образом регулярно физически подзаряжалась, сбрасывая лишние килокалории, полученные после плотного четырехразового питания, обеспеченного поварами «Келдыша». А еще говорят, что ученые ведут малоподвижный образ жизни! Очень даже подвижный. Особенно в условиях экспедиции в Арктике!

Вездесущий пластик

Еще одной научной проблемой, исследованием которой участники экспедиции занялись почти сразу же, стала проблема содержания пластика в водах арктических морей. О загрязнении различными пластическими массами вод Атлантического, Индийского, Тихого океанов давно бьют тревогу ученые и экологи всего мира. На некоторых участках этих океанов плавают целые острова из пластиковых бутылок, банок, пакетов, сетей и прочих отходов жизнедеятельности нерадивого человечества. Арктические моря Северного Ледовитого океана еще недавно считались относительно чистыми, но, как показали результаты исследований экспедиции на «Академике Келдыше», пластик становится поистине вездесущим.

В ходе рейса объединенным научным отрядом гидрохимиков и гидробиологов частицы пластика и микропластика обнаруживались на всем протяжении Северного морского пути, как на поверхности морей, в организмах выловленных живых организмов (рыб, медуз и т. д.), так и в донных отложениях. Удивительно, но даже в небольшой пробе донных осадков, поднятой вблизи острова Беннетта в Восточно-Сибирском море, месте весьма труднодоступном, куда из-за сложной ледовой обстановки редко заходят корабли, был обнаружен кусок полиэтилена. Результаты работы экспедиции свидетельствуют: содержание пластмассы в арктических морях растет. И пусть оно еще не так велико, как в южных морях и океанах, тенденция не может не настораживать.

Остров Беннетта

Почти десять суток судно продвигалось к Восточно-Сибирскому морю. Ледовая обстановка в этом году благоволила ученым, на всем протяжении маршрута судно помех не встретило. Удалось даже подойти к острову Беннетта, одному из островов архипелага Де-Лонга из группы Новосибирских островов в Восточно-Сибирском море.

Остров Беннетта — небольшой кусочек суши в Арктике площадью около 150 квадратных километров. Легендарный остров, овеянный печальной славой первых полярных исследователей и путешественников… Начнем с того, что открыл его американский мореплаватель Джордж Де-Лонг в 1881 году. Это открытие стоило ему жизни, его судно «Жанетта» оказалось затертым во льдах, а попытка добраться до устья Лены на лодках и санях закончилась трагически — Де-Лонг и несколько его спутников умерли от голода, так и не дойдя до большой земли…

Следующая страница истории острова связана с именами российского полярного исследователя Эдуарда Толля и будущего верховного правителя России адмирала Александра Колчака. В 1900 году они с командой из 20 человек на шхуне «Заря» отправились на поиски мифической Земли Санникова. Экспедиция обследовала полуостров Таймыр и Новосибирские острова, потом разделилась — Толль и три его спутника на шлюпках отправилась на остров Беннетта, спустя два месяца их должна была подобрать «Заря». Но шхуна не смогла пробиться к острову из-за тяжелой ледовой обстановки, получила повреждение и вынуждена была отойти в Тикси. Толль решил самостоятельно двигаться к континенту, но, увы, как и Де-Лонг, погиб где-то на подступах к нему… В 1903 году Российская академия наук организовала спасательную экспедицию во главе с тогда еще лейтенантом Колчаком. На нартах в собачьих упряжках Колчак со своей командой достиг острова Беннетта и обнаружил там следы пребывания Толля. Выяснилось, что Толль прибыл на остров летом 1902 года и направился на юг, имея запас провизии лишь на 2-3 недели…

Остров крайне редко доступен для подхода кораблей — он почти всегда окружен льдами. В прошлом году экспедиция на «Академике Келдыш» не смогла к нему подобраться. В этом году нам повезло — мы спокойно подошли к легендарному острову, обогнули его, провели здесь полный комплекс научных исследований.

Метановые фонтаны

Затем «Келдыш» направился дальше, на восток, в районы, где в ходе предыдущих экспедиций были выявлены выбросы в атмосферу метана, свидетельствующие о процессах деградации подводной мерзлоты. Здесь, на одном из участков шельфа Восточно-Сибирского моря, ученых ожидала большая удача! Научный отряд парниковых газов выявил резкое повышение концентрации метана в атмосферном воздухе — в 6-7 раз выше среднепланетарных значений. Сейсмоакустики при помощи своей аппаратуры увидели мощный сип — газовый фонтан. Но одно дело — зафиксировать это явление при помощи специальных приборов, совершенно другое — увидеть выброс метана на поверхность воды собственными глазами. Как ни точна аппаратура, показывающая координаты сипа, найти в морских волнах место прорыва газа в атмосферу — посложнее, чем отыскать иголку в стоге сена. И, тем не менее, участникам экспедиции это удалось!

Справа по борту судна они разглядели на фоне темной воды пятно изумрудного цвета. Приблизившись, ученые смогли наблюдать, как из черной глубины моря на поверхность тысячами пузырьковых нитей поднимается газ. Зрелище необыкновенное! Тотчас в точке обнаруженного газового фонтана, площадь которого составила примерно 4-5 квадратных метров, был организован пробоотбор воды из нескольких горизонтов при помощи специального устройства — «Розетты», представляющей собой набор океанологических зондов и приборов. Здесь же на дно моря был опущен бокскорер — устройство типа ковша для отбора образцов донных отложений. Специальные пластиковые конусы, которые были приготовлены для сбора метана, не понадобились. «Кипящую» метановыми пузырьками воду можно было зачерпывать ведрами. Более того, газ непосредственно из «тела» мегасипа ученые закачали в сжатом виде в несколько баллонов. Руководитель экспедиции Игорь Семилетов, комментируя событие, отметил, что за его сорок пять арктических экспедиций он первый раз видит выброс метана такой интенсивности.

— Это самый мощный сип из всех, что мне довелось наблюдать. Он проявляется увеличением концентрации метана в воздухе до 16 ppm, это в девять раз больше среднепланетарных значений. Никто ранее ничего подобного не регистрировал! На следующий день сип примерно такой же мощности был обнаружен на другом участке полигона. И вновь ученые произвели всестороннее исследование этого явления, включая подводную видеосъемку. С борта судна газовый фонтан зафиксировали на свои фотоаппараты и смартфоны практически все участники экспедиции, некоторые даже умудрились сделать селфи с сипом.

От станции до станции

Несколько дней экспедиция провела на полигонах Восточно-Сибирского моря, после чего направилась по запланированному маршруту в море Лаптевых, в дельту реки Лена. На протяжении всего пути судно периодически притормаживало, чтобы ученые могли некоторые участки исследовать более тщательно. Сначала донную поверхность изучали геофизики и сейсмоакустики. «Келдыш» накручивал галсы — короткие отрезки пути, что позволяло подробнейшим образом картировать морское дно. Затем к работе приступали другие научные отряды. В воду запускалась «Розетта», затем бокскорер, затем устройство для отбора донного керна. И так по нескольку раз. Этот комплекс работ назывался станцией (не путать с железнодорожной!). Всего в ходе экспедиции таких станций было проведено более 40. Работой ученых, как опытных, так и начинающих, в эти моменты нельзя было не восхититься. Невзирая на время суток (а оно в Восточной Арктике перевернулось «с ног на голову» — на судне часы отсчитывали московское время, а за окном (точнее за иллюминатором) — время соответствовало чукотскому часовому поясу, так что день для нас был ночью и наоборот), участники экспедиции трудились не покладая рук. Валились с ног от усталости, но снова и снова выходили на палубы и делали отборы проб воды и донных отложений, затем обрабатывали полученные образцы в лабораториях, изучали, упаковывали для последующих исследований уже на «большой земле».

Особенно напряженной оказалась работа гидробиологов. Им приходилось подолгу промывать донные осадки в поисках различных организмов. Но если удавалось выловить интересные экземпляры червей или морского таракана, радости их не было предела! Вместе с российскими участниками экспедиции плечом к плечу работали их китайские коллеги — научные сотрудники океанографических институтов КНР Лимин Ху и Вейгуо Ванг. Часть оборудования для отбора донных отложений, к слову, была предоставлена как раз китайской стороной.

Одной из самых сложных и в то же время увлекательных операций, осуществленных в ходе нынешнего научного рейса, был подъем донных сейсмологических станций, установленных в прошлогоднюю экспедицию.

В течение года эти устройства находились на дне моря Лаптевых, накапливая ценную информацию о микроземлетрясениях и других тектонических процессах. Поднять их на поверхность — задачка еще та! Дело в том, что всплывать они должны были по акустической команде с борта судна. Но что с сейсмостанциями происходило в течение года, какое воздействие на них оказывали морская вода, течение, биоорганизмы — неизвестно. Кроме того, всплывшую (если всплывет!) станцию нужно было обнаружить визуально, на фоне немаленьких волн, а затем суметь поднять на борт. Членам сейсмоотряда при помощи коллег из других отрядов удалось поднять шесть из семи сейсмостанций. Одна так и не отозвалась на сигналы с «Келдыша» и, увы, осталась на дне моря на веки вечные. Тем не менее данные, полученные с поднятых устройств, поистине бесценные, ведь они позволяют впервые получить полную картину донных колебаний арктических морей.

Уникальные результаты

Подводя предварительные итоги экспедиции «Академика Мстислава Келдыша», Игорь Семилетов отметил: «Нами были документированы неожиданно высокие скорости деградации подводной мерзлоты, что в некоторых районах уже привело к заглублению ее кровли до горизонтов стабильности газовых гидратов. Более того, было показано, что в последние 30 лет скорости вертикальной деградации подводной мерзлоты удвоились по сравнению с предыдущими столетиями и достигли 18 см/год, что на порядок выше ранее принятых оценок. Этот результат заставляет принципиально пересмотреть постулат о том, что подводная мерзлота стабильна и к концу 21 века может протаять максимум лишь на несколько метров. Поэтому крайне важно изучить и оценить межгодовую динамику изменчивости размеров и структуры районов массированной разгрузки пузырькового метана в водную толщу-атмосферу, которые обусловлены наличием зон сквозного протаивания подводной мерзлоты. Сравнение размеров таких зон, изученных в прошедшей экспедиции, с результатами предыдущих 12 экспедиций показало значительный рост площади зон протаивания подводной мерзлоты: до 3–5 раз за последние 5–7 лет. Эти исследования необходимы для научно-обоснованного прогноза деградации подводной мерзлоты и выбросов метана на ближайшее будущее».

Игорь Семилетов особо отметил вклад ТПУ и политехников — участников экспедиции — в достижение прорывных результатов по исследованию морей Арктики. Он выразил уверенность, что арктическое направление в научно-исследовательской повестке деятельности вуза в дальнейшем будет только усиливаться и расширяться.

После возвращения в порт Архангельска несколько часов участники экспедиции выгружали с борта «Келдыша» накопленные за время рейса образцы донных осадков, морской воды, емкости с пластиком, законсервированными организмами, серверы и компьютеры с цифровыми данными. Все это будет тщательно изучаться уже в стационарных условиях научных организаций и вузов. Так что окончательные итоги подводить пока рано. Ясно одно — некоторую завесу тайн и загадок Арктики ученым удалось приподнять, но при этом обнаружить десятки новых необъясненных и неисследованных пока еще явлений и процессов.

На следующий год в Арктику отправится очередная экспедиция с участием томских политехников. Это означает, что нас ждут новые открытия и новые впечатления!

Подготовил Сергей Никифоров