Итоги МПГ 2007/08 и перспективы российских полярных исследований - Коллектив авторов

В результате океанографических исследований антарктических вод с борта НЭС «Академик Федоров» получена уникальная информация о структуре вод в области Антарктического склонового фронта, который играет важнейшую роль в климатообразующих процессах в океане, в том числе в перемешивании водных масс различного происхождения, вентиляции глубинных слоев океана и формировании антарктических донных вод в результате опускания холодных шельфовых вод по склону. Получено экспериментальное подтверждение факта формирования в море Содружества антарктической донной воды. Температура обнаруженных донных вод составляет –0,3 до –1,6 °С, соленость 34,54–34,62 ‰.

Опускание плотных вод в глубинные слои может оказывать влияние на глобальный климат, так как переносимые при этом парниковые газы лишаются контакта с атмосферой на сотни лет. Работы в море Амундсена показали, что относительно теплая и соленая циркумполярная глубинная вода Южного океана, проникая на шельф Западной Антарктиды, способствует ускоренному таянию шельфовых ледников. Определено положение и некоторые характеристики фронтов и границ Антарктического циркумполярного течения (АЦТ) и примыкающих циркуляционных систем (субполярного круговорота Уэдделла и течения Агульяс). Получены оценки временной изменчивости положения основных фронтов и границ АЦТ, установлено, что более устойчиво положение Полярного фронта и Южного фронта АЦТ, менее устойчиво положение субтропического и субантарктического фронтов. Получены параметры изменчивости толщины припайного льда и длительности периода нарастания – стаивания припая за многолетний период в районах прибрежных российских станций.

В процессе изучения палеоклимата и подледникового озера Восток выполнены палеоклиматические реконструкции, направленные на изучение механизмов функционирования климатической системы в масштабах времени от сотен до сотен тысяч лет и в конечном итоге на прогнозирование долговременных тенденций изменений природной среды нашей планеты. По данным радиолокационных и сейсмических исследований в районе озера Восток получены данные о рельефе коренного ложа, толщине ледяного покрова и водного слоя озера. Проведены оценки изменений температуры воздуха и мощности ледникового покрова в центральных районах Антарктиды в период времени 0,5–1 млн лет тому назад.

Наиболее важные результаты связаны с исследованиями замерзшей воды из новых кернов льда из сверхглубокой скважины. К концу полевых работ МПГ глубина скважины достигла отметки 3666,54 м. В ходе исследований керна озерного льда получены новые данные о минеральном составе и возрасте (по уран-свинцовым датировкам циркона) осадочных пород озера, создан банк данных об изотопном, газовом и биологическом составе озерного льда, размере слагающих его кристаллов и ориентировке их главных осей. Анализ результатов проведенных исследований позволил уточнить представления о механизме образования озерного льда и получить важную информацию о газовом, изотопном и гидрологическом режимах подледникового водоема. В частности, было установлено, что в нижней части изученной толщи озерного льда наблюдается развитие поясной (горизонтальной) ориентировки главных осей кристаллов, что свидетельствует о поступлении в этот район переохлажденной талой воды из северных районов озера.

Результаты изотопных исследований указывают на асинхронное по глубине изменение содержания кислорода 18O2 и дейтерия в озерном льду, что отражает неравномерность поступления в озеро гидротермальных вод со дна водоема. На основании данных исследований озерного льда сделана предварительная оценка биогеохимического потенциала озера Восток с точки зрения возможности существования в нем микробной жизни. Показано, что микроорганизмы, если они обитают в подледниковой воде, должны быть хемоавтотрофами по способу получения энергии и вещества и психрофильными, оксигенофильными и пьезофильными по физиологии.

В результате гляциологических исследований были получены данные о скорости движения и толщине льда для основных выводных ледников Восточной Антарктиды. По результатам оценок материкового стока и аккумуляции установлено, что баланс стока материкового льда Антарктиды составлял в 1960-х годах 675,3 км3/год и увеличился к концу 1990-х годов до 940,3 км3/год, т. е. на 265,0 км3/год. Аккумуляция на материковой части Антарктического ледникового покрова в конце 1950-х годов составляла 793,8 км3/год и увеличилась к 1990-м годам до 1012,1 км3/год, т. е. на 218,3 км3/год. Установлено, что баланс массы Антарктического ледникового покрова на протяжении второй половины XX века являлся положительным: составлял в 1960-х годах 118,5 км3/год и уменьшился к концу 1990-х годов до 71,8 км3/год.

Динамика ледяного покрова края Антарктиды отражает основные тенденции расходной части баланса массы, поскольку преобладающим здесь является твердый сток материкового льда – отколы айсбергов. Основным источником айсбергов Антарктики являются шельфовые ледники. Таяние айсбергов, отколовшихся от шельфовых ледников, не приводит к повышению уровня моря, поскольку шельфовые ледники и так находятся на плаву. Однако откол айсбергов и разрушение шельфовых ледников могут ускорить сползание в океан льда с выводных ледников, а это приведет к повышению уровня моря.

Кругосветные плавания вокруг Антарктиды, начавшиеся в период МПГ, создали условия для проведения геодезических измерений высоты снежно-ледяного покрова в краевых частях ледяных куполов в прибрежных районах. В 53-й сезонной РАЭ (антарктическое лето 2007/08 г.) в районе станции Мирный через 44 года были повторены геодезические измерения на ледяном куполе на участке первых 100 км трассы санно-гусеничных походов Мирный – Восток. Впервые такие работы были выполнены в 9-й САЭ (1963/64 г.) совместными силами геодезистов из СССР и ГДР (Дрезденский технический университет). Работы, выполненные геодезистами Дрезденского технического университета и Петербургского ФГУП «Аэрогеодезия» в 53-й РАЭ, показали, что средняя толщина снежно-фирнового покрова на этом участке за последние 44 года увеличилась на 19 м.

В сезоне 2008/09 г. по программе работ 54-й РАЭ аналогичные совместные исследования были выполнены на выходе ледника Хейса в районе полевой базы Молодежная. Сравнение полученных экспериментальных данных с материалами 29-й САЭ (1983/84 г.) показали, что на первых 50 км трассы толщина снежно-фирнового покрова уменьшилась на 5–7 м, а на последующих 50 км примерно на столько же увеличилась. Эти работы положили начало созданию сети мониторинга, осуществляющей подобные наблюдения в районах российских станций и сезонных баз.

В период МПГ был начат мониторинг термического состояния вечной мерзлоты, организованный в районах российских станций по периметру Антарктиды в свободных ото льда оазисах. В ходе полевых работ пробурены скважины и отобраны мерзлые образцы для анализов, организованы площадки наблюдений за динамикой слоя сезонного оттаивания, установлены логгеры для мониторинга температурного режима мерзлых пород. Анализ данных показал, что в сухих долинах Антарктиды слой сезонного оттаивания как таковой отсутствует. За счет сублимации верхний слой толщиной 5–10 см иссушается, и породы, будучи несцементированными льдом, периодически выдуваются ветром. В результате кровля мерзлоты совпадает с дневной поверхностью.

В Субантарктике, на островах Кинг-Джордж, Ливингстон и Десепшен, впервые установлена северная граница вечной мерзлоты Антарктиды со среднегодовой температурой пород, близкой к 0 ºC. На морской террасе у станции Беллинсгаузен она составляет всего –0,5 ºC (температура у подошвы вечной мерзлоты на глубине 10 м составляет 0,25 ºC). На о-ве Десепшен при примерно такой же среднегодовой температуре мощность мерзлых пород составляет ~6 м. В первом случае высокая температура во многом обусловлена отепляющим влиянием мощного, толщиной до 1 м, снежного покрова, во втором – теплоизолирующими свойствами пирокластического материала: пеплами и шлаками.

В геолого-геофизических исследованиях Антарктики следует отметить морские геолого-геофизические работы – сейсмическое профилирование и аэромагнитные наблюдения – с судов «Академик Александр Карпинский» (ВНИИОкеангеология) и «Поларштерн» (Институт А. Вегенера, Германия) в районе плато Кергелен (море Содружества). Благодаря высокому качеству сейсмических материалов удалось обнаружить различия внутреннего строения и физических свойств земной коры, позволивших определить ее происхождение. Установлена взаимосвязь утолщенной магматической коры южной части плато Кергелен с рифтогенной и океанической корой морей Содружества и Дейвиса. По результатам интерпретации геофизических данных была сформирована новая геодинамическая модель и установлено, что раскол литосферы между Индией и Антарктикой произошел около 137 млн лет тому назад. Увеличение мощности базальтового слоя океанической коры с возрастом около 134 млн лет связывается с активизацией мантийной конвекции.