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来自圣彼得堡的极地探险家们顶着零下40多度的霜冻继续在南极洲进行独特的研究

Антарктида
© Форпост Северо-Запад

南极洲沃斯托克研究站的温度现在比北极还低,尽管众所周知南半球现在正处于夏季。严寒、大风和暴雪使圣彼得堡矿业大学和北极与南极研究中心科学家们受尽折磨。尽管如此,他们还是打算进行原计划的所有实验。这包括从冰川的上层获得雪和冷杉芯,冰川几乎覆盖了整个大陆,在东部地区达到海拔约3.5公里的高度。

从提取的雪和冰碛岩芯中,正在对过去2000年的气候进行重建。这是必要的,为了了解这段时间地球大气层发生了哪些变化及其导致的后果。在这些数据的基础上,有可能对未来做出预测。十天前,一口新的浅井 VK-23 打好了。 目前,工作面位于 22.5 米的深度。每次行程下沉半米,取芯用于北极与南极研究中心的冰川学家进一步研究,”圣彼得堡矿业大学科学小组负责人 阿列克谢·博尔舒诺夫 解释道。

北极和南极研究所的科学家们在研究雪和冷杉沉积物的样本时,测量了岩芯的导电性,并确定了绝对年龄的标志:含有主要火山爆发产物的层。例如,秘鲁的维纳普提纳,在1600年向大气层抛出了大量的火山灰,引发了所谓的小冰河时期,在俄罗斯和其他几个国家造成了大饥荒。通过进一步的研究,可以构建从地表到钻孔深度的雪杉厚度的详细综合密度曲线,测量同位素组成,并改进古气候重建的方法。

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

"南极洲是一个宝贵的气候信息的宝库。从冰川深处的岩芯样本中,我们得到了公元前几十万年的气候变化的数据。同时,对雪的上层的研究对于理解甚至更近的气候变化至关重要。它们使我们能够非常准确地讲述过去几个世纪所发生的转变,"北极与南极研究中心主任Alexander Makarov说。

例如,该研究所的专家发现,在19世纪初之前的两千年里,东部地区出现了轻微的降温,积雪率下降。但是在过去的200年里,情况发生了变化--积雪率和温度都在上升。沃斯托克气象站的变化率为每百年1.6度。

“与古冰芯相比,不能说现代温度超越了自然变化。与此同时,过去半个世纪的平均积雪速度是2200年来最高的,“亚历山大·马卡罗夫说。

至于 "此时此刻 "的温度,两星期前,当极地探险家们抵达沃斯托克时,白天的温度在零下30°-32°C左右徘徊。但现在气温已降至零下40摄氏度,当然,这使得VK-23号浅井的钻探变得困难。因此,控制面板开始结冰,现在不得不定期被带到车站的暖气室去解冻。

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© Форпост Северо-Запад

"2月份的气温将下降得更多;去年我们在零下45°-50°的温度下离开了东方站。这不是一种令人愉快的感觉:在露天待了的一分钟后,我们的睫毛粘在一起,我们的胡子被我们呼出的热空气覆盖成冰柱,它粘在我们的衣服上。金属的表现也不同,它失去了强度。在油气井上的经验表明,在-45℃时,由于井架、钻井和辅助设备发生故障的风险很大,钻机上的工作会暂时停止。这同样适用于所有机械。这就是为什么按照计划,我们必须在2月的第一个十年末离开沃斯托克,当然,我们所有人都希望把这个季节延长一点,以便我们能够继续探索。矿业大学首席工程师维亚切斯拉夫-卡多奇尼科夫(Vyacheslav Kadochnikov)说:"我们将通过雪橇-aterpillar跋涉返回沿海进步站,不幸的是,这需要很长的时间--10-14天,而乘坐Burlak越野车的跋涉时间只有三天。"

深井5G-5(其第五个竖井)的钻探在室内进行,即在更舒适的条件下进行。但科学家面临的任务非常困难——从地平线上获得冰芯,西方专家从未达到过,他们的记录是 2800 米。俄罗斯极地探险家本季从3437米的深度提取了第一个岩心。它的长度为160厘米。它小于去年提取的圆柱体的核心长度,但有一个非常合理的解释。下沉的原因是冰川温度体系的变化和在如此大的深度形成的古冰晶的特殊性。

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

“目前,工作面的深度已经超过3490米。目前最后提取的岩芯的长度为140厘米。每过十米,钻孔变得更加困难,穿透力下降,过滤器堵塞。工作起来很困难,但在钻深冰井的过程中,我们获得了独特的经验,这是改进专业技术和开发更高效的设备和工具的基础。今天,一种关于新型钻孔工具的几项专利已经在准备发布,“矿业大学的首席工程师丹尼尔-塞尔宾说。

如果我们回到浅井,不仅需要获得雪冷杉岩芯,还需要获得钻井上层时发生的冰污泥样本。事实是,如果不及时将其从面部移除,这可能会对设备的运行产生非常不利的影响。因此,科学家面临的最紧迫的应用任务之一是提高污泥运输过程的效率。

解决方案是来自圣彼得堡大学的研究生德米特里-瓦西里耶夫,他和他的同事一起,正在进行关于使用压缩空气作为清洁剂的研究。矿业大学的科学家们为这项研究开发了一个特殊的展台,并在该大学的培训和实验车间进行了制作。当然所有实验都严格在钻井综合体的主要工作空闲时间进行。

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“目前,我们正在研究从VK-23井中取出的冰污泥样本。在一组实验室筛子的帮助下,我们进行粒度分析,并使用显微照片确定冰粒的等效直径和体积。平行于冰污泥从不同发生地平线,我们确定卷曲速率,即向上流动的速度,其中颗粒占据平衡位置,不上升也不下降。这一特性是空气钻井系统设计的基础,“德米特里·瓦西里耶夫说。

他还说,本季极地探险家正在进行实验,研究使用新的旋风过滤器捕获冰泥的过程。现在在钻壳中,包括在东方站进行深钻的 KEMS-132 弹丸中,过滤器用于这些目的。但是,它们存在许多严重的缺点。矿业大学的科学家开发了一种新概念,该概念基于旋风空气净化的原理。根据本季进行的研究工作的结果,计划证实将其引入钻探冰川雪冷层的技术过程。

另一项创新正在由矿业大学的研究生维亚切斯拉夫-沙德林 "敲定"。他正在组装一个用于研究往复旋转破冰过程的实验台,该实验台是基于俄罗斯最古老的技术大学教授爱德华-扎格里夫尼开发的动态平衡钻探工具,目前处于最后阶段。

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

“目前,展台的支撑结构已经组装好,其供电系统与5G-5钻井综合体的安装和集成已经完成,算法程序代码已经编写完成。日复一日,实验将开始,在8小时的工作班次之后,在我的空闲时间,我的同事会帮助我。丹尼尔-塞尔宾 和维亚切斯拉夫-卡多奇尼科夫设计并制造了锯齿式钻头,阿列克谢-波尔舒诺夫和谢尔盖-伊格纳季耶夫设计了刷子式钻头。在实验过程中,将测试冰的返回旋转破坏的有效性,并将研究迄今为止尚未在现场使用的各种类型的岩石破坏工具,“维亚切斯拉夫·沙德林解释说。

所有这些发展都将在未来被需要,在下一个过程中,已经第三次渗透到冰下沃斯托克湖。它位于空间站下方3700多米的深度,长期以来与地球大气层隔绝。矿业大学和北极与南极研究中心的科学家在2012年和2015年两次参与其中,并采集了独特的遗余水样本。正如预测的那样,在这两种情况下,水都上升到井中,几百米高,然后结冰。

为了让俄罗斯科学家复现自己的成就并超越它,例如获得湖底沉积物的样本或关于南极洲深处发生的深层现象对地球磁层的影响的数据,必须建造一个新的钻探综合体(目前的钻井综合体在理论上和实际使用上都已经过时了)。极地探险家目前正在研究的所有创新都将构成其技术基础。

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