Перейти к основному содержанию

Петербургские полярники, несмотря на сорокаградусные морозы, продолжают вести уникальные исследования в Антарктиде

Антарктида
© Форпост Северо-Запад

Температура воздуха на научной станции Восток в Антарктиде сейчас ниже, чем на Северном полюсе, хотя в южном полушарии, как известно, самый разгар лета. Свирепый холод, ветер и метели становятся для учёных Санкт-Петербургского горного университета и ААНИИ тяжелейшим испытанием. Тем не менее, они намерены выполнить все изначально запланированные эксперименты. В том числе получить снежно-фирновые керны с верхних горизонтов ледника, который покрывает почти весь материк и достигает в районе Востока высоты около трёх с половиной километров над уровнем моря.

«По добытым снежно-фирновым кернам производят реконструкцию климата за последние 2000 лет. Это необходимо для того, чтобы понять, какие изменения за это время произошли в атмосфере Земли и к каким последствиям они привели. На основании этих данных можно составить прогноз на будущее. Новая неглубокая скважина VK-23 была заложена десять дней назад. На текущий момент забой находится на глубине 22,5 метра. Проходка за рейс составляет полметра с извлечением керна для последующего изучения гляциологами из ААНИИ», - пояснил руководитель научной партии Санкт-Петербургского горного университета Алексей Большунов.

В процессе изучения образцов снежно-фирновых отложений учёные Арктического и Антарктического научно-исследовательского института измеряют электропроводность керна и выявляют маркеры абсолютного возраста: слои, содержащие продукты крупных вулканических извержений. Например, перуанского Уайнапутина, который в 1600 году выбросил в атмосферу столько пепла, что вызвал так называемый малый ледниковый период, который стал причиной великого голода в России и ряде других стран. Дальнейшие исследования позволяют построить детальный сводный профиль плотности снежно-фирновой толщи от поверхности до глубины скважины, измерить изотопный состав и улучшить методику палеоклиматических реконструкций.

Антарктида
© Форпост Северо-Запад / На фото: Данил Сербин и Вячеслав Кадочников

«Антарктида – это кладезь бесценной климатической информации. По образцам кернов из глубин ледника мы получаем данные об изменениях климата за сотни тысяч лет до нашей эры. Одновременно, исследования верхних слоёв снега крайне важны для понимания самых современных климатических изменений. Они позволяют нам с большой точностью говорить о трансформациях, произошедших за последние столетия», - отмечает директор ААНИИ Александр Макаров.

Эксперты института, например, выяснили, что в течение двух тысяч лет вплоть до начала XIX века в районе Востока наблюдалось незначительное похолодание и снижение скорости снегонакопления. Но на протяжении последних 200 лет ситуация изменилась – повысилась и скорость аккумуляции снега, и температура. Темп её изменения на метеорологической станции Восток составил 1,6 градуса за сто лет.

«При сопоставлении с палеоданными ледовых кернов нельзя утверждать, что современная температура выходит за рамки естественной изменчивости. Вместе с тем, средняя скорость снегонакопления в последние полвека оказалась самой высокой за 2200 лет», - уточнил Александр Макаров.

Что касается температуры воздуха «здесь и сейчас», то две недели назад, когда полярники прибыли на Восток, днём она держалась у отметки минус 30°-32°С. Но теперь опустилась до -40°, что, конечно же, осложнило бурение неглубокой скважины VK-23. Пульт управления в связи с этим начал замерзать и теперь его приходится регулярно отвозить на размораживание в тёплые помещения станции.

Антарктида
© Форпост Северо-Запад

«В феврале температура опустится ещё сильнее, в прошлом году мы покидали Восток при минус 45°-50°С. Ощущения не из приятных: после минуты нахождения на открытом воздухе слипаются ресницы, борода покрывается сосульками от горячего воздуха, который мы выдыхаем, прилипает к одежде. Металл тоже ведёт себя по-другому, он теряет свою прочность. Мой опыт работы на нефтегазовых скважинах показывает, что при -45°С работы на буровой временно останавливаются, в связи с высоким риском поломки вышки, бурового и вспомогательного оборудования. То же самое касается и любой техники. Поэтому, как и было запланировано, нам придётся покинуть Восток в конце первой декады февраля, хотя, конечно, всем нам хотелось бы немного продлить сезон для того, чтобы продолжить изыскания. Возвращаться на прибрежную станцию Прогресс будем санно-гусеничным походом, который, к сожалению, занимает очень много времени - 10-14 суток против трёх дней пути на вездеходах Бурлак», - поделился впечатлениями ведущий инженер Горного университета Вячеслав Кадочников.

Бурение глубокой скважины 5Г-5 (её пятого ствола) ведётся в закрытом помещении, то есть в несколько более комфортных условиях. Но задача, которая стоит перед учёными, неимоверно сложна – получить керны льда с горизонтов, до которых западные специалисты никогда не доходили, их рекорд - 2800 метров. Российские же полярники извлекли первый в нынешнем сезоне керн с глубины 3437 метров. Его длина составила 160 сантиметров. Это меньше, чем у цилиндров, которые поднимали в прошлом году, но тому есть вполне логичное объяснение. Проходка упала из-за изменения температурного режима ледника и особенностей формирования кристаллов древнего льда на таких больших глубинах.

Антарктида
© Форпост Северо-Запад / На фото: Данил Сербин собирает снаряд после полного технического обслуживания

«На текущий момент забой находится на глубине свыше 3490 метров. Длина последнего на данный момент извлечённого керна - 140 сантиметров. С каждым десятым метром бурить становится тяжелее, проходка падает, фильтры забиваются. Работать тяжело, но в процессе бурения глубокой ледовой скважины мы получаем уникальный опыт, который является заделом для совершенствования профильных технологий и разработки ещё более эффективного оборудования и инструмента. Сегодня уже готовятся к выходу несколько патентов на новый буровой инструмент», - подчеркнул ведущий инженер Горного Данил Сербин.

Если возвращаться к неглубокой скважине, то она необходима не только для получения снежно-фирновых кернов, но также - проб ледяного шлама, возникающего при бурении верхних горизонтов. Дело в том, что если его вовремя не удалить из забоя, это может самым негативным образом отразиться на работе оборудования. Поэтому одна из актуальнейших прикладных задач, стоящих перед учёными, – повысить эффективность процесса транспортировки шлама.

Решает её аспирант петербургского вуза Дмитрий Васильев, который совместно с коллегами проводит исследования, связанные с применением в качестве очистного агента сжатого воздуха. Специальный стенд для этих изысканий был разработан учёными Горного университета и изготовлен в его учебно-экспериментальных мастерских. Само собой, все эксперименты проходят строго в свободное от основной работы на буровом комплексе время.

Антарктида
© Форпост Северо-Запад

«На данный момент, мы изучаем пробы ледяного шлама, отобранные из скважины VK-23. С помощью набора лабораторных сит проводим его гранулометрический анализ, а также определяем эквивалентный диаметр и объём ледяных частиц с помощью микроскопических фотографий. Параллельно для ледяного шлама с различных горизонтов залегания определяем скорость витания, то есть скорость восходящего потока, в котором частица занимает уравновешенное положение, не поднимаясь при этом вверх и не опускаясь вниз. Данная характеристика является основополагающей при проектировании систем бурения с воздухом», - рассказал Дмитрий Васильев.

Он также уточнил, что в этом сезоне полярники проводят эксперименты по изучению процесса улавливания ледяного шлама с помощью новых циклонных фильтров. Сейчас в буровых снарядах, в том числе в снаряде КЭМС-132, которым производится глубокое бурение на станции Восток, для этих целей применяют сетчатые фильтры. Однако у них есть ряд серьёзных недостатков. Учёные Горного университета разработали новую концепцию, в основе которой лежит принцип циклонной очистки воздуха. По итогам научно-исследовательских работ, проведённых в нынешнем сезоне, планируется обосновать её внедрение в технологический процесс бурения снежно-фирновой толщи ледника.

Ещё одну инновацию «доводит до ума» аспирант Горного университета Вячеслав Шадрин. Он находится на финальной стадии сборки экспериментального стенда по исследованию процесса разрушения льда возвратно-вращательным способом, в основу которого лёг динамически-уравновешенный буровой снаряд (ДУБС), разработанный профессором старейшего технического вуза России Эдуардом Загривным.

Антарктида
© Форпост Северо-Запад / На фото: Данил Сербин и Вячеслав Шадрин бурят глубокую скважину

«В настоящий момент собрана несущая конструкция стенда, выполнен монтаж и интеграция системы его электроснабжения в буровой комплекс 5Г-5, написан алгоритм-программный код. Со дня на день начнётся проведение экспериментов, в которых после 8-часовой рабочей смены, в своё свободное время, мне помогают мои коллеги. Данил Сербин и Вячеслав Кадочников разработали и изготовили буровую коронку пилообразного типа, а Алексей Большунов и Сергей Игнатьев - буровую коронку щёточного типа. В процессе экспериментов будет проверена эффективность возвратно-вращательного разрушения льда, а также исследованы различные типы породоразрушающего инструмента, до настоящего времени не применявшиеся в полевых условиях», - пояснил Вячеслав Шадрин.

Все эти разработки будут востребованы в будущем, в процессе очередного, уже третьего по счёту проникновения в подледниковое озеро Восток. Оно находится на глубине свыше 3700 метров под станцией и долгое время было изолировано от земной атмосферы. Учёные Горного университета и ААНИИ дважды, в 2012 и 2015 годах, проникли в него и отобрали уникальные пробы реликтовой воды. В обоих случаях, как и предсказывалось, вода поднималась в скважину, на несколько сотен метров вверх, после чего замерзала.

Для того, чтобы российские учёные повторили своё собственное достижение и превзошли его, например, получили образцы донных отложений озера или данные о влиянии глубинных явлений, происходящих в недрах Антарктиды, на магнитосферу планеты, необходимо построить новый буровой комплекс (действующий уже устарел, как морально, так и физически). Все инновации, работой над которыми сейчас занимаются полярники, станут его технологической основой.

Антарктида
© Форпост Северо-Запад