Более чем полвека назад огромные вездеходы 2-й Советской антарктической экспедиции после беспримерного по сложности перехода достигли глубинных районов Центральной Антарктиды. Могучие машины остановились у Южного геомагнитного полюса – на этом месте полярникам предстояло основать новую антарктическую научную станцию «Восток». Название данная станция получила по имени одного из двух парусных шлюпов, на которых в 1820 году российская экспедиция под руководством Ф.Ф. Беллинсгаузена и М.П. Лазарева открыла Антарктиду.

Через 137 лет, в 1957 году, никто из создателей станции и подумать не мог, что именно здесь, в самом сердце Антарктиды, где зимой царит жесточайший холод, под многокилометровой ледяной толщей будет обна­ружен уникальный реликтовый водоем — озеро, названное впоследствии Вос­ток. Итак, станция «Восток» была зало­жена 16 декабря 1957 года. Эта дата стала примечательной для станции и другим событием — в этот день была зафиксирована самая высокая темпера­тура — минус 13,6 градуса по Цельсию. До сего дня так «тепло» на станции больше не было.

Сразу же вслед за тем, как на «Востоке» был поднят флаг, начались постоянные комплексные метеорологические и аэрологические наблюдения (первая метеотелеграмма была отправлена уже 16 декабря). Позднее ученые проводили вертикальное зондирование ионосферы, геомагнитные измерения, наблюдение за полярными сияниями, измерение содержания озона и спек­тральной прозрачности атмосферы, наблюдения за космическими лучами и медицинские исследования, Именно благодаря метеонаблюдениям станция «Восток» стала всемирно знаменитой, а ее название записано во всех школь­ных учебниках по географии: 21 июля 1983 года здесь был зарегистрирован абсолютный минимум приземной температуры воздуха на планете, равный -89.2 °С.

Открытие озера Восток

Обнаружение озера Восток стало одним из крупнейших географических открытий второй половины XX века.

Долгое время даже предполагать, что в Антарктиде могут существовать подлёдные озёра, считалось абсурдным. Только в конце 60-х гг. прошлого века появилась информация о существовании группы озёр под ледяным четырехкило­метровым покровом Антарктиды. Впервые эту гипотезу в 1961 году высказал Игорь Алексеевич Зотиков — автор теории теплового режима крупных ледников. На основе расчётов он показал, что темпера­тура льда в районе антарктической стан­ции Восток может достигать температуры плавления (-2°С) при давлении более 300 атмосфер. Следовательно, талая вода в этом месте в отдельных углублениях может скапливаться в виде озёр. (И.А. Зотиков. Антарктида. Дорога к озеру Восток. 2008).

Ещё в 1959 и 1964 годах сейсмические исследования, проведенные молодым Андреем Капицей в Центральной Антарктиде, принесли неожидан­ные результаты. В районе станции «Восток» сигнал выдавал два пика отраже­ния вместо одного — у отметок 3730 и 4130 м. Из этого можно было сделать вывод, что до глубины 3730 м простирается толща ледника, а на глубине 4130 м начинаются коренные горные породы Антарктиды.

Но что находится между этими двумя отметками? Тогда эти 400 метров неизвестности решили считать менее плотными осадочными породами, ниж­нюю и верхнюю границы которых и зафиксировало «эхо» сейсмических волн. Теперь мы знаем уже наверняка, что сейсмические волны «наткнулись» не на осадочные отложения, а на водную толщу, превышающую 400 м.

В 1970-х годах Британский полярный институт имени Р. Скотта выпол­нил большую программу авиаполётов с зондированием радиоволнами лед­ников Центральной Антарктиды. На лентах радиозондирования маршруты в некоторых местах пересекали участки, где отражения подо льдом принимали своеобразный характер. Можно было предположить, что именно в этих точках полётные линии пересекали крупные скопления подледниковых вод, которые тогда, в 1970-х годах, и получили название подлёдных озер.

Озеро было открыто в 1994 году по сопоставлению данных сейсмического зон­ирования в районе станции «Восток», авиационного радиолокационного профилирования, которое выполнялось американцами, англичанами и советскими специалистами, а также по изучению данных альтинометрических измерений высоты дневной поверхности ледника, полученных с европейского исследовательского спутника IRS-1.

Первое сообщение об этом было делано в 1994 году на открытой научной конференции Научного комитета Антарктических исследований. А.П. Капица выступил с сенсационным докладом, в котором поведал о существовании на глубине 3800 метров большого подлёдного озера. В научном мире этот доклад произвёл эффект разорвавшейся бомбы. А в 1995 году появилась первая публикация. Непосредственно проектом по исследованию озера Российская Антарктическая экспедиция стала заниматься начиная с сезона 1995-1996 годов и ведёт работы по настоящее время. Озеро было названо Восток — в честь полярной станции, расположенной над ним на ледяном куполе.

Размеры и характеристики озера Восток

Последующие годы исследований и сейсмологических измерений показали, что озеро Восток имеет огромные размеры. Длина озера около 250 км, ширина около 50 км, глубина до 750 м, площадь почти 20 000 км². Озеро Восток является крупнейшим подлёдным озером в Антарктиде.

Это незамерзающее озеро толщей льда полностью отрезано от прямых контактов с солнцем, ветрами и жизнью на поверхности, причём, по некоторым подсчётам, озеро находится в изоляции около 14 миллионов лет. Как показывают результаты термического сканирования поверхности, температура воды в озере весьма высокая – примерно от 10 до 18 ⁰С, что явно свидетельствует о подземном источнике тепла.

Кроме того, над поверхностью воды находится высокий, в сотни метров куполообразный свод, заполненный воздухом.

Озеро Восток уникально прежде всего тем, что, возможно, находилось в изоляции от земной поверхности на протяжении нескольких миллионов лет. Естественным изолятором озера служил и служит четырёхкилометровый ледя­ной панцирь над ним. Как полагают учёные, в водах озера могут обитать живые организмы, ибо в нём имеются все необходимые для жизни факторы.

Глубинное бурение как основной метод исследования озера Восток

Основным методом исследования озера Восток и ледяного купола над ним является глубинное бурение. Первая скважина в районе озера Восток была пробурена еще в 1957 году. Вот что пишет об этом бывший сотруд­ник Арктического и Антарктического научно-исследовательского института Н.И. Барков:

«В 1957 и 1958 годах сотрудниками гляциологических отрядов 2-й и 3-й Советской антарктической экспедиции (САЭ) были пробурены три скважины: в обсерватории Мирный глубиной 69 м, на 7-м километре по дороге к станции Восток глубиной 371 м и на 50-м километре этого пути глубиной 50 м.

Работы вели с помощью тяжёлой буровой установки КАМ-500 методом вращательного бу­рения с применением буровых труб. Полученный опыт показал, что для Центральной Антарктиды и, в частности, для станции Восток использование стандартного бурового оборудования не позво­ляет получить желаемых результатов. В связи с этим была рассмотрена возможность теплового способа бурения скважин во льду путём его плав­ления.

Возникла идея создания такого бурового снаряда, с помощью которого талая вода сразу бы удалялась из зоны забоя после её образова­ния и собиралась в резервуаре, расположенном в том же снаряде. В этом случае забой должен был иметь кольцевую форму, чтобы оставшийся внутри ледяной цилиндр можно было бы извлечь из скважины вместе с собранной порцией талой воды. Для питания, спуска и подъёма бурового снаряда из скважины на поверхность следовало использовать лебёдку с грузонесущим электри­ческим кабелем.

 Для реализации предлагаемой идеи были подготовлены эскиз бурово­го снаряда с обозначением всех основных узлов, схема буровой установки и текст с описанием устройства и принципа его действия. Летом 1959 г. в Ко­митет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР была послана заявка на изобретение. В июне 1960 г., когда я уже полгода прожил на станции Мирный, пришла радиограмма, в которой сообщалось, что Коми­тет по делам изобретений и открытий выдал на имя Н.И. Баркова авторское свидетельство № 127629 на изобретение под названием «Электробур для бурения скважин во льду» с приоритетом от 10 августа 1959 г. Начальник экс­педиции Евгений Сергеевич Короткевич поздравил меня и сказал, что теперь надо думать о том, как реализовать такое бурение и внедрить его в практику экспедиционных научных исследований.

Летом 1969 г. началось формирование 15-й САЭ. Меня назначили на­чальником гляциобурового отряда. Нам предстояло в 1970 г. во время зимовки на станции Восток с помощью оборудования, опробованного в 50 км от Мир­ного, начать бурение глубокой скважины. Толщина ледникового покрова под станцией Восток по данным сейсмического и радиолокационного зондирова­ния составляет 3700 м. На такую глубину мы, конечно, замахиваться не могли, но несколько сотен метров пробурить рассчитывали.

Наш отряд состоял из семи человек: буровики Никита Бобин и Генна­дий Степанов, геофизик Николай Уваров, электрик Георгий Соловьев (сотруд­ники ЛГИ), геохимик Альберт Миклишанский (сотрудник Института геохимии АН СССР), гляциолог Виктор Васильев и начальник отряда Нарцисс Барков (сотрудники ААНИИ). На станцию Восток сотрудники отряда прибывали с конца декабря до середины февраля. В их числе были прикомандированные к отряду В. Фисенко, И. Зеленцов и Ю. Сирота. Они должны были принять учас­тие в строительстве буровой и передать опыт бурения снарядом ТЭЛГА-3».

Исследование кернов

Параллельно с буровыми работами со­ветские ученые разрабатывали стратегию систематического анализа ледяных кернов, получен­ных при бурении ледяного щита над озером.

«В это же время в Институте географии АН СССР по инициативе заведующего отделом гляциологии Владимира Михайловича Котлякова создаётся изотопно-геохи­мическая лаборатория, оснащённая масс-спектрометром, позволяющим вы­полнять изотопно-кислородные исследования льда. Первые измерения наших проб, выполненные Феликсом Гордиенко, дали отличные результаты. Кривая на графике содержания ¹⁸О (кислород-18, тяжелый изотоп кислорода) во льду име­ла чёткий изгиб, характеризующий изменение климата при переходе от пос­леднего похолодания к потеплению в голоцене. Это внушало уверенность и открывало перспективу дальнейших исследований, создавая тем самым необ­ходимость продолжения нашей программы бурения глубокой скважины.

Позже к исследованиям образцов ледяного керна подключились спе­циалисты из гляциологической лаборатории Гренобльского университета Франции, Осенью 1972 г. во время своего визита в Ленинград руководитель лаборатории доктор Клод Лориус отобрал образцы льда из нашей коллекции. Изотопно-кислородные исследования проб льда дали новые, уточняющие сведения о происходивших изменениях, климата на протяжении последних 20 000 лет. Так началось наше многолетнее плодотворное сотрудничество.

После нас на станции Восток работало много специалистов по буре­нию, исследованию скважин и ледяного керна. Случались и серьёзные ава­рии. В таких случаях аварийную скважину бросали, а буровую переносили на другое место или строили новую, но бурение продолжалось! За 45 лет нашей совместной работы с сотрудниками Ленинградского горного института было разработано и создано более десятка различных конструкций тепловых буровых снарядов, предназначенных для работы как в сухих, так и в залитых незамерзающей жидкостью скважинах. По многим конструкциям сотрудники, ответственные за их разработку, написали и защитили более полутора десят­ков кандидатских диссертаций, а также несколько докторских. Это была слож­ная исследовательская работа большого коллектива». (Н.И. Барков, Первая скважина на станции Восток. 2012).

Микробиологическая сенсация?

Лёд с глубин 3 551 и 3 607 м принес удивительные микробиологичес­кие данные. Были обнаружены три вида термофильных бактерий, аналоги ко­торых развиваются в гидротермальных источниках активных областей океанов и континентов при температурах 40-60 °С.

Найденные бактерии могут обитать в горячих источниках на дне озера, используя для своей жизнедеятельности неорганические соединения — водо­род, углекислый газ, тиосульфаты. Конечно, это только начальные результа­ты, но уже из них следуют важные и интересные заключения, позволяющие предположить, что гидротермальная деятельность в озере Восток в основ­ном определяется местной циркуляцией талых вод в земной коре, когда они мигрируют вниз по разломам и трещинам на глубину нескольких километров, а затем возвращаются к поверхности озера, обогащенные неорганическими соединениями, служащими источником питания бактерий.

Мировой рекорд бурения ледовых скважин

В январе 1999 г. отрядом, которым руководил Н.И. Васильев, была достигнута глубина 3623 м. Это был мировой рекорд глубины бурения скважин во льду.

Образцы льда с этой глубины имели возраст около 430 000 лет, поэтому предполагается, что озеро было закупорено льдом не менее 500 000 лет назад. Однако в этом же году по настоянию Международного Антарктического сооб­щества бурение было приостановлено приблизительно в 120 метрах от повер­хности озера — с тем, чтобы не допустить загрязнения озера керосином, фреоном и прочими техническими средами.

Сообщество обратилось к россий­ским исследователям с просьбой приос­тановить буровые работы до разработки экологически чистой технологии проник­новения в это озеро. Уже в 2003 году в петербургском Горном институте была разработана новая экологичная техноло­гия, и в 2006 году работы по глубокому бурению были возобновлены. Три года ушло на согласование новой технологии с Международным Антарктическим сооб­ществом.

 Достижение поверхности озера Восток

Буровая проходка к поверхности озера продолжалась более 5 лет. 5 февраля 2012 года на глубине 3769,3 метра, учёные завершили бурение и достигли поверхности подлёдного озера.

Сам по себе этот факт можно по пра­ву считать выдающимся научным, техническим и технологическим достижением в исследовании Антарктики. Вот что пишет по этому поводу виднейший советский и российский ученый, академик РАН Владимир Михайлович Котляков:

«5 февраля 2012 г. буровой снаряд достиг поверхности озера и, что очень важно, в него не попала буровая жидкость, поэтому озеро осталось чис­тым. Технология бурения глубокой скважины во льду, разработанная в Санкт-Петербурге, оказалась чрезвычайно удачной. Она позволила успешно завершить бурение скважины на станции Восток и достичь, наконец, нижней кромки лед­ника, располагающегося над обширным подлёдным озером. Теперь возникают новые задачи, в решении которых будут участвовать институты Росгидромета и Академии наук: изучить режим этого уникального природного объекта и дока­зать присутствие или, наоборот, отсутствие в нём органической жизни.

Озеро, очевидно, перенасыщено кислородом, так как над ним тает ледник, который питает его воздухом, содержащимся во льду, А озёрный лёд, который за­мерзает медленно, газов не содержит, поэтому кислород накапливается в озере. Согласно расчётам, в оз. Восток может быть растворено до 0,7- 1,3 грамма кисло­рода на литр воды, а известные нам бактерии не могут существовать в таких усло­виях. Кроме того, давление в озере может достигать 400 атмосфер, здесь почти нет органических веществ, а свет в озеро не проникает, т.е. фотосинтез невозможен. Поэтому организмы здесь могут существовать только за счёт хемосинтеза. Жизнь в озере возможна также на дне, в осадочных породах, где кислорода нет, так как он расходуется на процессы окисления в минеральном субстрате. Кроме того, на дне озера могут быть горячие источники, создающие среду для органической жизни.

Таким образом, в связи с проникновением в озеро перед учёными от­крываются новые горизонты. Впереди нас, безусловно, ждут важные открытия, так как любой результат из возможных двух — в озере есть органическая жизнь или, наоборот, она отсутствует — станет открытием глобального значения. Ведь до сих пор на Земле нет ни одного места, где бы ни присутствовала органи­ческая жизнь». (В.М. Котляков. К истории международного проекта бурения глубокой ледниковой скважины на станции Восток. Журнал «Лёд и Снег», 2012, №4(120)).

Первый керн озерного льда

10 января 2013 года был получен первый керн из прозрачного озер­ного льда длиной 2 метра. Увы, сенсации не произошло. В привезенных из Антарктиды в Москву ледяных кернах, которые были извлечены из озера, ни­каких микроорганизмов ученые вообще не обнаружили. И сразу же раздались голоса скептиков: озеро стерильно, никакой микроорганической жизни там нет вообще.

Однако 1 марта 2013 года по каналам РИА-Новости прошла сле­дующая информация: «Арктический и Антарктический НИИ Росгидромета (ААНИИ) выпустил заявление, в котором говорится об обнаружении нового типа бактерий в подлёдниковом озере Восток в Антарктиде, которое в тече­ние миллионов лет было изолировано от внешнего мира.

Ранее сотрудник лаборатории генетики эукариот Петербургского ин­ститута ядерной физики (ПИЯФ) Сергей Булат сообщил РИА Новости, что исследование образцов воды, полученных в мае 2012 года из антарктического озера Восток, позволило выявить вид бактерий, которые не удалось идентифицировать».

«Находка осталась по настоящее время не идентифицированной и не классифицированной и может представлять один живой микроорганизм в водном (поверхностном) слое озера Восток», — говорится в сообщении ААНИИ.

В документе отмечается, что более чистые образцы воды озера Восток, замёрзшей в скважине и разбуренной в нынешнем сезоне, будут доставлены в Петербург в мае 2013 года на борту судна «Академик Фёдоров».

«… [Они] позволят подтвердить данную находку и, возможно, выявить другие неизвестные формы микроорганизмов, приспособленные к экстремаль­ным условиям озера Восток, которое является единственным в своем роде земным аналогом подлёдных океанов на ледовых спутниках Юпитера (Европа, Ганимед, Калисто) или Сатурна (Энцелад)».

Условия в подлёдном водоёме могут быть близки к условиям на Земле в период позднего протерозоя (750-543 млн лет назад), когда несколько раз происходили глобальные оледенения земной поверхности, продолжавшиеся до 10 млн лет.

Перспективы дальнейшего исследования озера Восток

Предполагается, что опыт исследования озера может быть полезен при исследовании спутников Юпитера и Сатурна, на которых, по некоторым гипотезам, существуют аналогичные образования. Это может стать одним из наиболее многообещающих проектов поиска внеземной жизни.

В фантастической повести Чарльза Стросса «Очень холодная война» часть действия происходит в озере Восток, где обнаружен межпланетный пор­тал и необычные формы жизни.

«В планах Российской Антарктической экспедиции — продолжение исследований оз. Восток. В последующем предполагается разбурить 600-мет­ровый слой замёрзшей озёрной воды и опустить специально разработанные приборы для взятия проб воды и проведения биофизических исследований.

Учёные Петербургского института ядерной физики им. Б.П. Константинова предполагают подсчитать количество живых клеток в озёрной воде и мето­дом полимеразной цепной реакции выделить ДНК, чтобы попытаться опре­делить видовую принадлежность организмов. Исследование изотопного и геохимического состава воды озера и ряд других анализов воды и льда будут выполняться в новой лаборатории, недавно открытой в Арктическом и Антар­ктическом научно-исследовательском институте» (В.М. Котляков. К истории международного проекта бурения глубокой ледниковой скважины на станции Восток. Опубликовано в журнале «Лёд и Снег», 2012, № 4 (120)).

Литература:

Озеро Восток (серия «Библиотека полярных исследований).- М.: Paulsen, 2013