Геннадий Блинов - Покорители земных недр
Уже многое знает человек об Антарктиде, но мы пока еще только учимся жить и работать (в том числе — бурить) в этих сложнейших и суровейших на Земле климатических и географических условиях.
Чем же интересен человечеству этот необычный материк? Задаем этот главный вопрос известному полярнику Герою Советского Союза Евгению Ивановичу Толстикову, заместителю председателя Госкомгидромета СССР.
«Зачем людям Антарктика? Зачем вкладывают они столько сил и средств в изучение колоссальной глыбы льда и омывающих ее студеных морей? Зачем терпят лишения и рискуют жизнью?
Не открыв секретов шестого континента, мы не разгадаем тайны изменений климата и погоды планеты. Не сможем и обеспечить надежной радиосвязью суда во всех районах Мирового океана, самолеты, для которых расстояния не помеха только в том случае, если они слышат Землю. Исследования в Антарктике — путь к познанию происходящего в космосе. Антарктика — это и ее минеральные богатства, ключи к которым со временем найдет человек. Это, наконец, огромные запасы белка в морях Южного океана. Антарктические льды содержат 90 % поверхностной пресной воды планеты. А она становится дефицитом не только в жарких пустынях, но и в наиболее развитых промышленных регионах.
Антарктику нужно изучать для решения проблем сегодняшних п грядущих, проблем, стоящих перед всем человечеством…»
Ответ предельно лаконичен и убедителен.
Итак, во-первых, человеку необходимо познать закономерности циркуляции атмосферы в этом районе, чтобы изучить влияние этой «белой шапки» Земли на формирование климата всей планеты.
Ученые-метеорологи считают, что об атмосфере южнополярного материка они уже знают в настоящее время больше, чем об атмосфере многих других районов зеленого шара. Сегодня на основании оперативной метеоинформации, получаемой на всех советских антарктических станциях, а также с искусственных спутников Земли, составляются прогнозы погоды для промысловых судов, плавающих в южнополярных водах.
Но почему этим исследованиям придается такое значение? Что значит для нас, для человечества наука метеорология, а для каждого человека — погода? Оказывается, еще Михаил Васильевич Ломоносов по-своему образно сформулировал эту научную проблему: «Человеку ничего не оставалось бы требовать от бога, если бы он научился правильно предсказывать погоду». «Проблемой века» считают ученые эту задачу и сейчас. И действительно, все острее встают вопросы прогнозирования погоды и колебаний климата в глобальном масштабе.
От их решения зависят урожаи, наши продовольственная и энергетическая программы, транспортная и другие народнохозяйственные проблемы. Засухи, горящие леса и торфяники, суровые, морозные, но бесснежные зимы, ранние и поздние заморозки, резкие потепления и похолодания, ленинградские и дальневосточные наводнения… Необходимо предсказывать эти и другие погодные явления, рассчитывать их силу и влияние, оценивать их последствия.
Во-вторых, Антарктида интересует человека своими полезными ископаемыми, которыми она богата, по мнению ученых, не менее, чем другие континенты. И поэтому ученые считают, что в перспективе не исключена возможность добычи полезных ископаемых на подледных территориях.
Рис. 38. Антарктическая буровая (станция Дружная).
Вот некоторые из других геологических задач, которые выполняются с помощью бурения: достичь горные породы, скрытые почти под 4-километровым ледяным панцирем (станция Восток); в шельфовых ледниках осуществить отбор керна пород со дна моря (станция Дружная). На рис. 38 — антарктическая буровая со станции Дружная. На первый взгляд специалиста, — обычная вышка. Что здесь может быть особенного? А особенное — это условия, в которых приходится жить и работать и которые не может отразить никакая, самая документальная фотография.
Характеристика условий станции Восток: расположена за 1500 км от побережья, на вершине ледникового купола высотой 3600 м над уровнем моря; температура ниже минус 70 °C держится шесть месяцев, а «жарким» считается лето при минус 30–25 °C. 21 июля 1983 г. на станции зафиксирована необычайно низкая температура воздуха — минус 89,2 °C; температура поверхности снега была минус 90,4 °C. Прежний минимум Востока — минус 88,3 °C, фигурирующий в школьных учебниках и известный как самая низкая температура на Земле, был перекрыт.
Итак, во-вторых, это — геология. А в-третьих, в-четвертых, в-пятых… Какое воздействие оказывают экстремально суровые природные условия Антарктиды на самочувствие людей, подолгу там работающих? Какой должна быть техника, предназначенная для этих районов? Какую информацию об изменениях климата в прошлом и настоящем таит в себе ледяная летопись Антарктиды? И многое, многое другое.
Мы перечислили далеко не все задачи и не в порядке их важности, а упомянули в основном только те из них, которые требуют для своего решения содружества с буровой наукой, техникой, практикой.
Первая Советская Антарктическая экспедиция (САЭ) под руководством известного полярника М. М. Сомова высадилась здесь в 1956 г. Доставили ее сюда, как и 23 последующие САЭ, морские суда. Больше месяца в одну сторону и столько же обратно — таково время морского пути в Антарктиду. В феврале 1980 г. был налажен воздушный мост Москва — Антарктида, а в ноябре 1981 г. — Ленинград — Антарктида. Таким образом, начиная с 25-й САЭ полярники могут через 30 часов, пролетев 17 с лишним тысяч километров, оказаться на «рабочем месте». Этот второй мост понадобился потому, что в городе на Неве расположен центр полярных исследований — Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт. Здесь же находится и Советская Антарктическая экспедиция, координирующая работу в Антарктиде всех семи постоянных и нескольких сезонных станций, над которыми развевается флаг нашей Родины.
Какие же исследования ведутся в Антарктиде и как используется в этой работе бурение? Рассмотрим этот вопрос на примере двух программ: гляциологической и микробиологической.
Гляциологическая программа, которой руководит участник первой САЭ доктор географических наук, Герой Социалистического Труда Евгений Сергеевич Короткевич, — одно из основных направлений научных исследований в Антарктиде. Гляциологи установили, что имеющиеся сегодня в их распоряжении способы реконструкции климата отдаленного прошлого весьма перспективны. Упрощенная схема выглядит следующим образом. Всесторонним анализом ледяного керна определяется возраст льда; учитываются размеры кристаллов, ориентация в них оптических осей, содержание изотопов кислорода, газовый состав воздушных включений и многое другое… в результате воссоздается климат прошлого. Но, пожалуй, самое трудное звено в этой цепи — добыть ледяной керн. Единственный способ проникнуть на большие глубины ледникового покрова — бурение скважин.
Советские ученые с помощью оборудования, разработанного в Ленинградском горном институте имени Г. В. Плеханова, успешно проводят работу, конечная цель которой — оценка абсолютного возраста антарктического льда.
Традиционное оборудование (которое мы описывали в этой книге раньше) в условиях Антарктиды не пригодно. Да и современную буровую установку для глубокого бурения, весящую десятки тонн, весьма затруднительно, а то и вообще невозможно доставить в глубь Антарктиды, например на станцию Восток, удаленную на 1500 км от ближайшего берега. Поэтому встал вопрос о разработке новой техники и технологии, которые бы учитывали, что предстоит обеспечить проходку почти 4-километровой толщи льда в районе, где температура минус 60 °C считается нормой, где атмосфера разрежена, как в горах на высоте 4–5 км.
В результате содружества специалистов Ленинградского горного института и Арктического и Антарктического научно-исследовательского института были сконструированы электротермобуровые снаряды. Такой снаряд можно увидеть в лаборатории Горного института. Перед нами — металлическая труба 6-метровой длины с различными устройствами внутри. На одном конце — подводящий электроэнергию кабель, на другом — кольцевой электротермонагреватель. В комплект оборудования входят источник энергопитания и лебедка. Конструкция скважинного снаряда выглядит просто и оригинально, в то же время она максимально учитывает требования гляциологов.
При бурении выплавляемый ледовый керн через кольцо нагревателя плавно входит в керноприемную 3-метровую трубу. Над ней расположен резервуар для воды, образующейся при плавлении льда. Эта вода с помощью вмонтированного внутри бурового снаряда малогабаритного насоса откачивается по специальным трубкам. Керн длиной 3 м получают примерно за час, затем следует подъем.
После того как скважина приблизилась к километровой глубине, появились новые трудности — дало знать о себе горнее давление: ствол скважины после извлечения из нее термобурового снаряда заплывал и сужался. Были внесены изменения в технологию бурения и в конструкцию бура. И этот барьер был преодолен.
