Подледное задание: российские полярники пробурят новые скважины в Антарктиде
Ученые подготовили проект по сверхглубокому бурению в Антарктиде, который предполагает создание двух скважин. Первая из них будет расположена в районе озера Восток, она достигнет поверхности водоема, что обеспечит постоянный доступ к нему. Другую пробурят на Куполе B — леднике на возвышенности, где, возможно, в хронологическом порядке сохранились слои осадков на протяжении 1,5 млн лет. Исследования помогут понять, как на Земле образовалась жизнь и почему происходят изменения климата.
Уникальное озеро Восток
Российские ученые намерены пробурить в Антарктиде две новые сверхглубокие скважины. Такой проект разработан в Арктическом и антарктическом научно-исследовательском институте (ААНИИ). В настоящее время предложения проходят окончательную доработку, после чего будет подана заявка на бюджетное финансирование. В случае успеха реализация проекта начнется в следующем году.
В соответствии с предложениями полярников, одна из ледовых скважин будет направлена к озеру Восток — крупнейшему на планете подледниковому водоему, скрытому под толщиной около 4 км в центральной части Южного континента. Ее пробурят взамен прежней, которую начали создавать еще в 1990 году и эксплуатируют до сих пор.
Предполагается, что диаметр новой скважины будет порядка 25 см. В отличие от предыдущей, она не только достигнет поверхности озера, но и позволит ученым и исследовать водную толщу посредством спускаемых аппаратов. Также специалисты рассчитывают доставить необходимые приборы на дно водоема, чтобы отобрать и извлечь на поверхность образцы осадочных пород.
— Озеро миллионы лет изолировано от внешнего мира. Поэтому оно наверняка содержит важную информацию о доисторическом прошлом Земли. В том числе образцы осадков, если удастся их получить, позволят больше узнать о геологии Антарктиды, об изменениях в ее климате и оледенении за последние 3–5 млн лет. И даже более. Также глубокое изучение водоема даст возможность установить микроорганизмы, которые, как предполагается, обитают в нем и окрестностях, — рассказал «Известиям» один из разработчиков проекта, ведущий научный сотрудник и заведующий лабораторией изменений климата и окружающей среды ААНИИ Владимир Липенков.
Он пояснил, что на сегодняшний день в пробах воды озера, намерзшей на дне ледника, был найден лишь один достоверно подтвержденный след живого существа. Это фрагмент молекулы ДНК термофильной бактерии. Однако такие организмы обитают при температурах около +50 ℃. Поэтому, как считают ученые, микроб был занесен в водную среду из разломов в земной коре под дном озера, где, в соответствии с геотермическим градиентом (приростом температуры по мере углубления), может присутствовать гидротермальная активность.
— Согласно имеющимся данным, условия в озере можно назвать экстремальными. Это огромные давления, низкие температуры, отсутствие света и продолжительная изоляция (в течение миллионов лет) от поверхностной биосферы. Кроме того, в водоеме исчезающее малое количество органики и повышенная концентрация кислорода (порядка 1 г/л), губительная для большинства земных существ. Микроорганизмы, которые смогут приспособиться к таким факторам, будут поистине уникальны. Фактически в озере мы сможем наблюдать предельные условия, в которых еще может существовать и эволюционировать жизнь. В этом огромный интерес для исследователей — увидеть мир на грани живого и неживого и наблюдать, пройдена она или нет, — пояснил Владимир Липенков.
Ученый добавил, что создание скважины доступа к озеру Восток задействует комплекс новых открытий и изобретательских решений. В частности, предстоит разработать буровую систему большого диаметра с использованием новых заливочных жидкостей. Также потребуются измерительные и пробоотборные устройства нового поколения — с элементами робототехники и алгоритмами искусственного интеллекта. Кроме того, нужно предложить технологию экологически чистого вскрытия озера и поддержания в скважине необходимого количества технических жидкостей и озерной воды в процессе спускоподъемных операций. Ведущую роль в этой работе играет Санкт-Петербургский горный университет.
В дальнейшем опробованные решения пригодятся при проведении исследований и поиске жизни на других планетах с сопоставимыми условиями, считает Владимир Липенков. Например, под полярными шапками Марса или под 30-километровой коркой льда на спутнике Юпитера Европе.
Доисторическая летопись Купола B
Вторую скважину ученые предлагают пробурить в районе Купола B — это макушка ледника на одном из антарктических хребтов (ледоразделов). Как считают специалисты, на самом куполе массы льда наиболее стабильны и имеют близкую к нулевой скорость горизонтального течения.
В таких природных образованиях сохраняются в ненарушенном состоянии слои осадков, накопленных на протяжении сотен и тысяч миллионов лет. Они помогут реконструировать изменения газового состава атмосферы Земли и восстановить историю климата планеты.
— В настоящее время, благодаря бурению и исследованиям на станции «Восток» ученые построили климатические ряды за последние 420 тыс. лет. Однако аналогичные работы на Куполе В позволят восстановить ледовую летопись в три раза длиннее, — объяснил Владимир Липенков.
Он сообщил, что прежде при бурении на Востоке на глубине около 3,5 км уже был найден лед возрастом 1,2 млн лет. Ученые определили его происхождение с Купола В, который находится в 300 км от озера. Поэтому естественно, что место, откуда «стекает» лед, может содержать еще более древние образцы. При этом, так как на куполе он практически не движется в горизонтальном направлении, то есть надежда, что там он залегает в правильном хронологическом порядке.
Таким образом, при бурении на Куполе В специалисты могут получить материалы, чтобы реконструировать непрерывную историю климата Земли на протяжении 1,3–1,5 млн лет и определить причины так называемого среднеплейстоценового перехода, в ходе которого, примерно 1 млн лет назад, произошла перестройка климатической системы Земли.
— Другие страны тоже ищут древний лед в Антарктиде. Все ледоразделы на материке разделены между научными проектами. Купол В, закрепленный за Россией, наиболее перспективен для изучения палеоклимата, поскольку благодаря исследованиям на Востоке были получены доказательства наличия там древнего льда, — объяснил Владимир Липенков.
По его мнению, изучение климата на большом историческом масштабе имеет практическое значение. В частности, оно поможет понять причины и предсказать последствия современного глобального потепления.
Ученый отметил, что мощность ледника на Куполе В меньше, чем в окрестностях Востока. Поэтому здесь достаточно бурения на 2,6–2,8 км. В ходе миссии специалисты поднимут образцы горных пород с поверхности континента. Такие пробы представляют большую ценность, поскольку мощный покров делает почти недоступным непосредственное геологическое изучение Центральной Антарктиды.
— Российские ученые обладают уникальными технологиями по сверхглубокому бурению в экстремальных полярных условиях. Однако при реализации проекта им придется столкнуться со сложными проблемами, — считает профессор Уральского государственного горного университета Константин Порожский.
Он пояснил, что потребуется обеспечить тепловые режимы в забое, чтобы избежать намерзания воды на оборудовании. Также важно выдерживать баланс давления, чтобы технические жидкости и вода не перемешивались. Это позволит избежать загрязнения озера. Вместе с тем технологии, обкатанные в Антарктиде, действительно можно будет применить на других планетах. Организовать там бурение, возможно, даже легче, чем доставить нужные приборы, подчеркнул эксперт.
— Исследования Востока продолжаются с советских времен, и важно, что после кризиса 1990-х Россия вернулась в Антарктиду, как только представилась возможность, — прокомментировал исполнительный директор НТЦ мониторинга окружающей среды и экологии Московского физико-технического института Александр Родин.
Он отметил, что планируемые скважины, кроме прочего, позволят погружать в озеро автономные необитаемые подводные аппараты. Такие беспилотники переживают прогресс, и у нашей страны благодаря амбициозным научным целям есть шанс побороться за мировое лидерство в этой сфере, резюмировал эксперт.
