Загадочный материк Антарктида привлекает к себе внимание не только ученых, но и практически всех жителей Земли. Отчасти это связано с тем, что здесь сосредоточены огромные запасы пресной воды, отчасти с тем, что этот материк является своеобразной «кухней погоды» и влияет на климат на планете. Отсюда интерес и важность понимания того, что здесь происходит и с чем мы можем столкнуться в дальнейшем. А для этого нужно понимать, как устроен сам ледник, что в нем происходит.
Фото: Getty Images
Фото: Getty Images
Уже более 70 лет, начиная с первой научной экспедиции в 1955 году, идет изучение Антарктиды сначала советскими, а теперь российскими учеными. Сейчас нет никаких проблем найти в интернете сведения об этом материке: об истории его развития, его оледенении, о строении ледникового покрова, а также об уникальном геологическом образовании — так называемом подледниковом озере Восток.
И вот, казалось бы, об этом материке уже многое известно, существует масса публикаций, защищена масса кандидатских и докторских диссертаций, но все они, как правило, посвящены какому-то одному вопросу, а единой картины как-то не складывается. До сих пор не совсем ясно, как устроен ледниковый покров, какие процессы в нем происходят, как и за счет чего он движется? Может ли существовать в природе такое геологическое образование, как подледниковое озеро? И таких вопросов, к сожалению, пока еще очень много.
Это связано в первую очередь с трудностями в изучении этого загадочного материка. Мы пока более или менее изучили только поверхность огромного ледника, покрывающего этот материк сверху и скрывающего то, что находится под ним. Отчасти мы можем судить о строении ледника и подледных структурах по геофизическим данным, позволяющим заглянуть под него. Основными методами таких исследований являются радиолокация и сейсморазведка. Благодаря этим исследованиям та общепринятая в настоящее время модель строения ледника, процессы, происходящие в нем, и кое-какие сведения о подледниковых структурах основываются на той или иной интерпретации имеющихся в нашем распоряжении геофизических данных, а значит, такая модель и строится только на предположениях тех или иных специалистов.
Очень важным вопросом, позволяющим понять основные свойства ледника, является наличие под ледником жидкой воды. Бурение скважины на станции «Восток» уже практически доказало ее наличие под ледником. К сожалению, это привело к совсем неверным выводам: под ледником существуют озера, которые могут быть реликтовыми, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Гипотетическое, ничем пока не подтвержденное «открытие» озера Восток до настоящего времени считается крупнейшим «научным открытием XX века». Но так ли это? Не является ли это крупнейшим заблуждением XX века?
Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо помимо высказывания предположений провести тщательный анализ имеющихся в нашем распоряжении данных (не только геофизических) с точки зрения здравого смысла, а самое главное — с точки зрения законов физики. Возможно, именно такой анализ позволит создать единую картину строения ледника, процессов, которые в нем происходят, и высказать какие-то вполне обоснованные предположения о геологическом строении подледниковых структур, которые не будут противоречить этим законам, иначе мы должны будем признать, что Антарктида является каким-то уникальным материком, где эти законы не работают или здесь существуют какие-то геологические породы с уникальными свойствами, которые нигде больше не встречаются.
Такой анализ необходимо начать с тепловых процессов, которые протекают на всей планете Земля, а значит, законы теплофизики должны соблюдаться и в Антарктиде. Земля, как известно, планета теплая, и в этой связи существует такое понятие, как геотермальный тепловой поток. Значения его невелики, но вполне достаточны, чтобы под ледником в Антарктиде (а возможно, и в Гренландии) существовала вода в жидком состоянии. В связи с этим возникает несколько вопросов: лед будет таять только в каком-то одном определенном месте или это может быть на значительных площадях, какой максимальной мощности может быть слой жидкой воды и будет ли этот слой локальным или распространяться на большие площади? Вообще, наличие жидкой воды под ледником тесно связано со всеми процессами, происходящими в нем, то есть ответы на эти вопросы неизбежно потребуют ответов на другие уже из области гидрофизики, механики, а дальше потребуется привлечение геологии и климатологии. Невозможно осветить все аспекты этой большой проблемы в одной краткой статье, но основные все же попробуем. Все выводы и предположения, которые будут здесь высказаны, основаны на расчетах и не должны противоречить основным законам физики.
На основе анализа тепловых процессов с привлечением данных, полученных непосредственно в Восточной Антарктиде, можно сделать несколько важных выводов: таяние льда возможно практически под всем ледником, за исключением поднятий каменного основания и узкой прибрежной полосы. Если рассмотреть взаимодействие льда и жидкой воды, то есть учитывать законы гидрофизики, то слой воды не может находиться в пределах какой-то одной геологической структуры типа депрессии «Восток», в пределах которой и предполагается наличие «озера», то есть какого-то ограниченного со всех сторон водного образования.
Нельзя забывать, что на жидкую воду давит вышележащая масса льда, мощность которой кое-где более 3000 м, а это приводит к тому, что вода под его давлением выдавливается как из отдельных структур, так и вообще из-под ледника в окружающие моря по подледным каньонам, которые когда-то были реками. Наличие жидкой воды у побережья облегчает доступ к ней и может стать альтернативой буксировке пресной воды в виде айсбергов в те районы, где в ней нуждаются. Ее можно будет возить танкерами.
Таяние нижней поверхности льда приводит к постепенному исчезновению его нижних, более древних слоев, а выдавливание жидкой воды из-под ледника приводит к вертикальному смещению льда и образованию в пониженных участках коренного рельефа синклинальных складок. Отсутствие смещений этих синклинальных складок говорит о неподвижности основной массы ледника в горизонтальном направлении, что согласуется с законами сохранения энергии и масс, так как нет здесь такой энергии, которая способна привести в движение такие огромные массы льда в горизонтальном направлении, а тем более поднимать его на некоторую высоту при преодолении им препятствий, а также непонятно, как и чем при движущемся леднике компенсируется перемещающаяся огромная масса льда.
Практика показывает, что ледник движется на поверхности горизонтально от внутриконтинентальных областей к прибрежным со все увеличивающейся скоростью. Но распространяется ли это движение на всю массу льда? Если учитывать, что горизонтальное движение связано с наличием наклонной плоскости, то наличие такого движения и ускорение вполне понятны, но оно не может распространиться глубоко за счет сил трения, противодействующего движению. Вполне реально предположить, что движется только небольшая по отношению ко всей мощности ледника его верхняя часть, которая постепенно смещается на поверхность окружающих морей и становится либо шельфовым ледником, либо откалывается в виде айсбергов. По имеющимся данным, полученным в районе станции «Восток», эта верхняя часть ледника обладает как раз свойствами, отличными от нижележащих слоев как в плане температур льда, так и в плане его возраста, что, возможно, как раз и связано с такого рода движением.
Взаимодействие льда и воды приводит к тому, что даже если ранее, до начала оледенения, на этом материке и существовали древние реликтовые озера, то они не смогли бы перенести без изменений начальную стадию оледенения и вся вода в них была бы уничтожена наступающими массами льда с окружающих их возвышенностей, на которых лед образовывался в первую очередь, иначе это противоречило бы законам гидрофизики. Подледниковое озеро не могло образоваться и из талой воды из-за вышележащих слоев льда, то есть это ставит под сомнение существование подледникового озера, а тем более с мощностью слоя воды более 1000 м. Это противоречит законам теплофизики и гидрофизики. Наиболее вероятно существование между ледником и каменным основанием тонкой относительно мощности ледника прослойки жидкой воды мощностью от нуля до первых сотен метров. Но если не озеро, то что? Чем на самом деле может быть эта геологическая структура?
Некоторые исследователи Антарктиды высказывают недоумение: почему в Антарктиде нет крупных геологических осадочных образований, которые присутствуют на других материках. Неужели они не смогли образоваться за более чем 2,5 млрд лет истории Антарктиды как материка? За это время при наличии эрозионных процессов в отрицательных структурах каменного основания должны были скопиться огромные массы осадков различного генезиса. Может быть, озеро Восток как раз и является такой геологической структурой осадочного происхождения, а совсем не озером? Анализ полученных здесь в последние годы сейсмических данных подтверждает такое предположение, и по этим данным в пределах структуры есть подтверждение наличия как слоя жидкой воды мощностью до первых сотен метров, так и неконсолидированных и консолидированных осадков.
Конечно, такие смелые предположения требуют еще подтверждения, для чего необходимо проводить дополнительные исследования различными методами и в различных областях Антарктиды. Наверное, они будут более полезны, чем бурение скважины на Востоке; наличие жидкой воды можно определить и у побережья.
Если ледник тает снизу, сползает сверху и откалывается сбоку, то очень важным становится вопрос: с какой скоростью идут эти процессы и как долго они будут еще продолжаться? Ответы на эти вопросы тесно связаны с изменениями климата на планете, которые в последнее время становятся все заметнее. И на изучение этих процессов должны быть ориентированы в первую очередь предстоящие исследования. Возможно, они требуют дополнительных капиталовложений, возможно, необходимо проводить их совместно с исследователями из других стран, но они очень важны для понимания того, что ждет нас в дальнейшем. Наверное, это важнее изучения геологического образования, которого в природе не может быть.
В настоящее время совместно с ведущим научным сотрудником ААНИИ, доктором географических наук Большияновым Дмитрием Юрьевичем готовится к изданию монография, в которой результаты анализа имеющихся данных и высказываемые здесь предположения будут рассмотрены более подробно.
Модель строения ледникового покрова Восточной Антарктиды в областях, непосредственно примыкающих к побережью, и процессы, происходящие в нем. I, II и III — зоны в ледниковом покрове, хорошо различимые на радиолокационных разрезах; A, B и С — области с различным вертикальным строением ледника, по данным радиолокационных исследований; Vг — скорость горизонтального движения льда, наблюдаемая на поверхности; Vв — скорость погружения льда за счет таяния нижнего слоя и отвода воды из места таяния. Цифрами обозначены: 1 — уровень моря; 2 — каменное основание; 3 — геотермальный тепловой поток; 4 — верхняя зона ледникового покрова (зона без явно выраженной слоистости, движущаяся в направлении окружающих морей), прибрежный ледник, выводные и шельфовые ледники, айсберги; 5 — средняя (главная) зона ледникового покрова (неподвижная зона с явно выраженной слоистостью и синклинальными структурами слоев); 6 — нижняя однородная зона на радиолокационных разрезах (слой жидкой воды); 7 — трещины в поверхностных и внутренних частях ледника, наблюдаемые вблизи побережья; 8 — граница начала области развития трещин; 9 — направление движения верхней части ледникового покрова; 10 — сток талой воды из-под ледника в океан
Модель строения ледникового покрова Восточной Антарктиды в областях, непосредственно примыкающих к побережью, и процессы, происходящие в нем. I, II и III — зоны в ледниковом покрове, хорошо различимые на радиолокационных разрезах; A, B и С — области с различным вертикальным строением ледника, по данным радиолокационных исследований; Vг — скорость горизонтального движения льда, наблюдаемая на поверхности; Vв — скорость погружения льда за счет таяния нижнего слоя и отвода воды из места таяния. Цифрами обозначены: 1 — уровень моря; 2 — каменное основание; 3 — геотермальный тепловой поток; 4 — верхняя зона ледникового покрова (зона без явно выраженной слоистости, движущаяся в направлении окружающих морей), прибрежный ледник, выводные и шельфовые ледники, айсберги; 5 — средняя (главная) зона ледникового покрова (неподвижная зона с явно выраженной слоистостью и синклинальными структурами слоев); 6 — нижняя однородная зона на радиолокационных разрезах (слой жидкой воды); 7 — трещины в поверхностных и внутренних частях ледника, наблюдаемые вблизи побережья; 8 — граница начала области развития трещин; 9 — направление движения верхней части ледникового покрова; 10 — сток талой воды из-под ледника в океан