Рейтинг@Mail.ru
Поиск
x
National Geographic №194, ноябрь 2019
National Geographic Traveler №72, ноябрь 2019 – январь 2020
Это новый сайт National Geographic Россия. Пока мы работаем в режиме бета-тестирования.
Если у вас возникли сложности при работе с сайтом, напишите нам: new-ng@yasno.media
Наука

Властелины льда

Текст: Андрей Безлепкин Фотографии: Андрей Безлепкин, Андрей Каменев
16 августа 2011
/upload/iblock/5d4/5d47409ddd37d5557fdf75e312827959.jpg
Байкальский лед – не только сказочно красивое явление природы, но и уникальный носитель информации.
Фото: Андрей Каменев
/upload/iblock/5e9/5e96d0c4a7ca40d2397d08a091348d3c.jpg
Каждую зиму сотрудники МЧС и ученые спорят, чьи нормы безопасности приоритетнее.
Фото: Андрей Безлепкин
/upload/iblock/765/7652d3adda42015c500db35c69c0360c.jpg
Для датчика, измеряющего скорость подводных течений, во льду выпиливают отверстие – майну.
Фото: Андрей Безлепкин
/upload/iblock/358/35864d26a74fb9d5592547564366f306.jpg
Поверхность льда находится в наиболее агрессивных температурных условиях.
Фото: Андрей Каменев
/upload/iblock/818/8184d9971eab930fe5d6efc5c7c4f28a.jpg
Уже на глубине 10 сантиметров колебания температур значительно меньше, а там, где ледяная плита соприкасается с водой, их почти нет.
Фото: Андрей Каменев
/upload/iblock/ed4/ed48d8763d3e8efef244f6e03647d508.jpg
От сильных перепадов дневных и ночных температур гигантские ледяные плиты сжимаются и разжимаются. Стоит выглянуть солнцу, как лед начинает гулко постреливать, и тогда свежие трещины разбегаются прямо из-под ног.
Фото: Андрей Безлепкин
/upload/iblock/74d/74d506e678c9c76ded2bf14ed0fb65ec.jpg
Исследуя ледовый покров Байкала, ученые выяснили: лед, наравне с литосферой, ведет себя как хрупкое тело в верхних слоях и как вязкое – в основании.
Фото: Андрей Каменев
Как остановить землетрясение с помощью байкальского льда? Чтобы проникнуть в тайны земной коры, российские ученые превратили знаменитое озеро в лабораторию для исследований планетарного масштаба.
Несколько лет назад российские ученые сделали необычное предположение: свойства ледового покрова озера Байкал и твердой оболочки Земли во многом схожи. Если они правы, то, изучив поведение льда, люди смогут предсказывать и предупреждать разрушительные землетрясения. Одну зиму за другой исследователи из Новосибирска, Томска, Иркутска и Улан-Удэ проверяли теорию, а в этом году приступили к практическим работам в рамках проекта. Суть «ледовой гипотезы» – в аналогии между движением льда и литосферы. В обоих случаях речь идет о сдвигах гигантских плит или блоков, из-за которых возникают сейсмические колебания. У этой смелой идеи, выдвинутой исследователями из шести институтов Сибирского отделения Российской Академии наук (СО РАН), пока даже нет научных оппонентов. В 2009 году ученые отправились на Байкал, где им предстояло сравнить «сейсмическую» активность льда и земной коры, а также построить карту ледового покрова озера на всех стадиях – от становления до развития и разрушения. Последний раз такую карту составляли сорок лет назад. В конце февраля начальник зимней экспедиции Лимнологического института Руслан Гнатовский в очередной раз вернулся в Иркутск с Байкала. Несколько дней его группа устанавливала приборы на льду озера. Мы встретились в кафе у Политехнического университета, чтобы обсудить детали моего участия в проекте. Это не первая научная экспедиция, о которой я делаю репортаж, но всегда полезно узнать заранее, что ждет на месте. Для ученых задача номер один на ближайшие дни – провести ледовую разведку и определить место для базы, где три недели будет работать экспедиция. «Через несколько дней прибудут коллеги из томского Института физики прочности и материаловедения (ИФПМ), – сообщил мне Руслан. – Им нужно найти место рядом с живой трещиной, иначе толка от всей затеи не будет». Тем временем лимнологи готовили оборудование и технику, запасались топливом для автономной работы на льду. Пока в Иркутске полным ходом шли приготовления, из Томска на Байкал ехали научные сотрудники Лаборатории компьютерного конструирования материалов из ИФПМ. Кроме проводов, аккумуляторов и всевозможных приборов – от высокоточных датчиков до сейсмостанций и лазерных дальномеров – они везли коллегам презент: два ведра сала. Какими бы высокими ни были цели, фундаментальная наука должна хорошо питаться.
В ледяной массе постепенно нарастают внутренние напряжения. Они копятся до тех пор, пока не достигнут критического уровня, после чего и начинаются ледовые удары.
Спустя неделю мне позвонил Руслан и радостно сообщил: близ мыса Лиственничный, километрах в шести от поселка Листвянка найдено подходящее место для лагеря. До ближайшего берега – три километра. До активной, так называемой рабочей, трещины – 50 метров. Тех, кто представляет себе экспедиционный лагерь чем-то масштабным, придется разочаровать. На льду меня встретил ярко-зеленый штабной вагончик на шесть человек. У одной его стены краснел квадроцикл, другую подпирал вездеход ГТС, у третьей пристроилась старенькая легковушка. «Нива» и «УАЗик» уже выехали на лед. Чуть поодаль желтела будка с генератором и инструментами. Во все стороны от штаба тянутся провода – по краям трещины томские ученые устанавливают тросовые датчики, измеряющие перемещения ледяных блоков. Рядом в лед монтируют деформографы. «Они устроены по принципу точных весов, – объясняет Андрей Димаки, научный сотрудник Лаборатории компьютерного конструирования материалов ИФПМ. – С их помощью можно следить за тем, как меняется напряжение в ледовом покрове». Пока высокая наука вгрызается в ледовую толщу, возле зеленого вагончика бензопила борется со стволом толстенной лиственницы. С дровами здесь плохо: попросту говоря, взять их негде. Поэтому накануне водитель экспедиции Сергей Алехин съездил к берегу на вездеходе и притащил целое дерево. «Пришлось брать горелое, чтобы лесники не оштрафовали», – хитро сощурился он. У нас под ногами почти 60 сантиметров льда и еще около 1400 метров воды. Несколько дней подряд светит солнце. К полудню лед прогревается, и отовсюду доносятся звуки, напоминающие приглушенные пистолетные выстрелы. Их записывают акустические приборы – гидрофоны, а толчки, возникающие при столкновении ледяных плит и образовании трещин, регистрируют сейсмостанции Института земной коры и ИФПМ. Время от времени лагерь трясет. Однажды из штабного вагончика раздался крик: «Серега, аккуратнее двигай будку!» Но люди тут ни при чем – это ожила обвешанная датчиками трещина. От новой серии интенсивных толчков ее края оскалились выдавленным льдом. Когда все стихло, ученые неторопливо двинулись к трещине подсчитывать потери. На этот раз сорвало один из приборов и смяло ножки штатива, на который устанавливают дальномер. Так выглядит жизнь зимнего Байкала для ученых. А для иркутянина Виктора Голобокова, который круглый год возит туристов на остров Ольхон, трещины – привычная реальность сибирской зимы. «Я езжу осторожно, – говорит он. – Приближаясь к свежей трещине, открываю дверь и слушаю, не хрустит ли лед». Из года в год ледовая обстановка на озере меняется. Всякий раз появляется новая система трещин. Но основные, так называемые становые (их длина сопоставима с шириной Байкала), образуются примерно в одних и тех же местах. Этим ледовая броня схожа со строением земной коры, в которой существуют такие же постоянные разломы. Стоит взглянуть на лед с точки зрения сейсмологии, как его сходство с поведением земной коры становится очевидным: ледовые удары аналогичны землетрясениям. Происходят они так. Покрытые снегом плиты льда нагреваются и расширяются меньше, чем бесснежные участки. В ледяной массе постепенно нарастают внутренние напряжения. Они копятся до тех пор, пока не достигнут критического уровня, после чего и начинаются ледовые удары. Сейсмостанции регистрируют первые толчки – форшоки. Обычно несколько форшоков следуют друг за другом, инициируя главное сейсмическое событие – мощный удар, снимающий значительную долю накопившихся нагрузок. Остаточное напряжение исчезает после нескольких слабых толчков – афтершоков. Ученым интересно не только проследить за естественным поведением льда, но и провести эксперимент с управляемым «льдотрясением». Несколько дней у штабного вагончика лежал здоровенный кусок соснового ствола весом килограммов тридцать-сорок, если не больше. Странный предмет оказался вовсе не дровами. Это была заготовка для молота. Однажды вокруг полена поднялась суета. Деревяшку, прозванную с истинно русской нежностью Бабой, оснастили ручками, водрузили на носилки и на квадроцикле отвезли к месту испытаний. Оказалось, что у молота есть важное научное применение: с его помощью настраивают сейсмические датчики. Выглядит это весьма колоритно. Два человека крепко держат молот за ручки и изо всех сил бьют им по льду – под мерный счет от одного до десяти, несколько раз подряд. Для достижения наибольшей точности эксперимент проводится на разном удалении от датчиков. Отработав, взмокшие молотобойцы отправляются обедать и снимать показания приборов, оставляя деревянную «женщину» мерзнуть на льду до следующего рабочего дня. Этот простой на первый взгляд эксперимент – часть обширной научной программы по изучению акустических и сейсмических волн. С помощью нескольких гидрофонов или сейсмостанций можно узнать направление и расстояние до источника шума. Так вычисляется эпицентр сейсмического события. Сибирские ученые только начали собирать данные, но уже через несколько лет они рассчитывают создать карту шумов и связать ее с трещинами, возникающими на льду Байкала. Мы живем на базе вторую неделю. Исследователи каждый день проверяют работоспособность и сохранность приборов. После одного из осмотров Владимир Лопатин, директор НИИ высоких напряжений Томского политехнического университета, предлагает мне взглянуть на пятачок чистого льда к юго-западу от базы. Несколько минут на квадроцикле – и мы у цели. Во льду хорошо заметны ветвистые вертикальные образования, по виду напоминающие укроп. Владимир становится на колени и протирает лед рукавицей. «Крохотные древовидные трещины возникают случайным образом, – объясняет ученый. – Они объединяются в крупные, и появляется хорошо заметная свежая трещина». Существуют ли аналогичные структуры в земной коре – пока неизвестно. Главные виновники всех изменений земной коры и льда – давление и температура, причем во льду роль температуры более значима. Как показали вмороженные в Байкал термодатчики, быстрее всего прогревается и охлаждается внешняя часть ледового покрова. Пока верхний слой раздирают на части температура и нагрузки, нижний пребывает едва ли не в буддийском спокойствии. А вот исследователям до спокойствия еще далеко. В этом году экспедиция завершилась 20 марта, однако полученные данные обрабатываются до сих пор. Но уже сегодня ученые могут смело утверждать, что вот-вот станут властелинами байкальских трещин. Например, они уже знают, как с помощью специально созданной виброустановки весом около 150 килограммов в разы уменьшить напряжения во льду – а значит, предотвратить мощные толчки и образование разломов. Установка действует наподобие молота. Достаточно запустить ее на несколько часов, чтобы сильные шумы и трески льда на время прекратились. Пара дней работы прибора, и на ледовой плите почти не появляются трещины. То же самое возможно и с земной корой – нужна лишь более мощная установка. Она сможет предотвратить сильное землетрясение, превратив его в серию небольших безобидных толчков. Это важное достижение проекта. Рассчитанный на три года, он позволит ученым лучше понять процессы, которые происходят в земной коре – фактически у нас под ногами.