Timur adalah perkara yang rumit

Timur adalah perkara yang rumit

Sergey Sysoev
"Mekanik Popular" №3, 2011

Musim panas Antartika adalah pendek. Di pusat benua itu hanya dua bulan – Disember dan Januari. Stesen "Vostok", yang terletak separuh dari lautan ke Kutub Selatan, panas: suhu bergerak sekitar -30 ° C. Kerja sibuk di stesen: mungkin musim ini, penjelajah kutub akan dapat menyelesaikan lebih daripada 20 tahun kerja – untuk mengebor hampir 4 km ais dan mencapai Lake Vostok.

Kisah ini bermula pada tahun 1957, apabila calon sains teknikal yang muda dan tidak dikenali, Igor Zotikov, yang sebelum ini bekerja dalam bidang kejuruteraan roket, mendapat pekerjaan di Institut Geografi Akademi Sains USSR. Seperti yang dikenang oleh Igor Alekseevich selepas setengah abad, proses-proses yang berjalan di permukaan fairing dan di kedalaman glasier, pada pendapat fizik termal, kelihatan sama – mereka digambarkan dengan hampir sama persamaan yang sama. Pada tahun 1960, dia menerbitkan pengiraan menunjukkan bahawa glasier yang kuat mesti mempunyai sifat penebat haba, cukup untuk aliran haba yang datang dari kedalaman untuk mencairkan lapisan ais. Proses ini sepatutnya pergi ke seluruh Antartika, dan di mana rupa bumi adalah seperti air cair, di mana berlarutan, takungan bebas ais mesti ada di bawah ais.

Beberapa tahun sebelum itu, stesen Vostok telah diletakkan di tiang geomagnetik selatan. Tidak menghairankan bahawa Zotikov menggunakan perhitungannya untuk melegakan Antartika di garis dari Kutub Selatan ke pantai laut melalui Vostok dan menyarankan agar ada air cair di bawah glasier.

Beberapa tahun sebelum Zotikov, ahli laut laut Nikolai Zubov menyatakan pandangan yang sama. Dengan mengandaikan bahawa suhu glasier perlu berkembang dengan kedalaman dengan cara yang sama seperti yang berlaku di mana-mana batu, dia mengira bahawa titik lebur telah dicapai beberapa kilometer dari permukaan. Pada masa itu diketahui bahawa ketebalan glasier Antartika biasanya melebihi 3 km – oleh itu, air atau campuran ais dan air harus lebih rendah.

Rakan sekerja mengambil idea yang ragu-ragu. Pada tahun 1958, ahli glasiologi bahasa Inggeris, Gordon Robin menunjukkan bahawa suhu jisim glasi berbeza-beza secara tidak linear dengan kedalaman dan sebahagian besarnya tidak begitu berbeza dari permukaan, iaitu, konsep Zubov tidak berfungsi. Ia tidak menghairankan bahawa kesimpulan Zotikov tidak menimbulkan keghairahan – gagasan tasik bebas ais yang terdengar sangat nontrivialdi mana suhu tidak meningkat melebihi sifar selama berjuta-juta tahun.

Namun ia adalah cecair!

Pada tahun 1966, Amerika memulakan program pengeboran ais secara besar-besaran di Bird Station. Sudah tentu, mereka tahu mengenai ramalan saintis dari Rusia, terutama kerana mereka mengenali beliau secara peribadi: penjelajah kutub adalah orang yang ramah dan mesra. Walau bagaimanapun, skeptisisme, biasanya sesuai dalam mana-mana sains, kali ini memainkan jenaka kejam dengan penyelidik. Di bawah 2 km ais, memang ada air cair, yang mereka tidak bersedia untuk dihubungi. Pada musim bunga tahun 1968, air bertekanan tinggi dicurahkan ke dalam sumur, memusnahkan peralatan penggerudian yang mahal dengan tukul air dan membeku, membekukan program penggerudian Amerika selama satu dekade setengah.

Dengan kehendak nasib pada bulan Mei tahun itu, Igor Zotikov terpaksa mempertahankan tesis doktornya mengenai kehadiran air cair di bawah glasier Antartika. Lawan, Profesor P. A. Shumsky, ahli glasiologi terkenal di dunia, telah membuat ulasan yang dahsyat pada 30 muka surat, di mana beliau berpendapat bahawa disertasi tidak boleh dipertahankan: tidak ada air di bawah glasier. Telegram pendek dari stesen Burung terletak di sisi lain skala: terdapat air. Keputusan eksperimen melebihi.Terdapat beberapa contoh dalam sejarah pengesahan yang mengagumkan mengenai hipotesis saintifik.

Pengesahan teori itu bukan penemuan geografi – pada ketika itu tiada objek tertentu muncul di peta. Pengetatan seismik dilakukan di sekitar stesen Vostok pada tahun 1960-an, bukannya satu batasan yang dijangka – ais dengan batu – mendedahkan dua. Ahli geofizik percaya bahawa antara ais dan batuan dasar terdapat lapisan sedimen yang dibawa oleh glasier. Dengan ketiadaan data priori mengenai geologi kawasan itu (dan tidak ada tempat untuk mengambilnya: segala-galanya berada di bawah ais), kesilapan itu sama sekali tidak mengejutkan.

Teruskan ke kedalaman

Percubaan untuk mengebor ais di stesen Vostok bermula setengah abad yang lalu dan diiringi oleh banyak belokan dan belokan. Dengan cara yang sangat mudah, penembusan ke dalam ais kelihatan seperti ini.

Pada tahun 1959-1960, latihan termal mencapai kedalaman kira-kira 40-50 m, tetapi ketidaksempurnaan teknologi tidak memungkinkan untuk pergi lebih jauh.

Pada pertengahan tahun 1960-an, I. Zotikov dan A. Kapitsa mencadangkan satu projek untuk peranti termo autonomi dengan pemanas yang beroperasi dari reaktor atom kecil dengan kapasiti kira-kira 100 kW. Ia diandaikan bahawa unit dengan diameter kira-kira 1 dan panjang 10 m,Dengan mencairkan ais, ia akan tenggelam melalui ketebalan glasier ke dasar batuan tanpa pembentukan sumur yang berterusan (air cair akan membekukan dari atas), akan menyampaikan satu set sensor dan kekal di bahagian bawah. Pengambilalihan data akan dijalankan melalui kabel beku dalam ais. Projek itu tidak dilaksanakan.

Sejak 1967, pakar dari St Petersburg (kemudian – Leningrad) Institut Perlombongan telah terlibat dalam teknologi penggerudian di ais Antartika. Beberapa reka bentuk latihan termal telah dibangunkan secara berturut-turut. Pada tahun 1972, kedalaman penggerudian mencapai 952 m. Teknologi yang dibina dengan tidak mencukupi dan keadaan yang paling sukar kerap menyebabkan kemalangan – ini adalah bagaimana beberapa telaga hilang.

Pada tahun 1981, sebuah salur 3G baru telah diletakkan, mencapai kedalaman 2,200 meter menjelang Ogos 1985, bagaimanapun, disebabkan pelekanan gerudi dan rehat kabel berikutnya, telaga itu harus dijatuhkan dan dimulakan sekali lagi. Nasib serupa menimpa 4G (2426 m, 1989).

Penggerudian telaga 5G, kini mendekati permukaan tasik, bermula pada 20 Februari 1990.

Argumen untuk tasik menjadi lebih pada tahun 1970-an, selepas radar membunyikan glasier, yang dilakukan oleh British dari sebuah kapal terbang.Mereka menemui isyarat yang jelas, bentuk yang berbeza dengan ketara daripada isyarat tindak balas dari batuan dasar. Dalam kes ini, lebih sukar untuk mencampurkan air dengan batu sedimen. Kejelasan terakhir datang pada awal 1990-an, selepas, menurut satelit ERS-1 (Satelit Remote Sensing Eropah) buat kali pertama peta tepat pelepasan glasier Antartika telah dibina. Ia menunjukkan bagaimana permukaan glasier, melalui ketebalannya di tempat-tempat lain yang tidak teratur permukaan mendatar muncul, di kawasan "Timur" menjadi sama rata: di tempat ini es mengapung di atas air.

Saiz tasik adalah kira-kira 250 × 50 km – kurang daripada Baikal, tetapi setanding dengan Onega.

Di tempat ini pada tahun 1980-an, penggerudian dalam telah mula mengumpul sampel ais purba. Menjelang pertengahan 1990-an, telaga mencapai 3 km. Pada tahun 1998, penggerudian dihentikan pada 3,623 m, kira-kira 130 m dari paras tasik.

Iklim yang melampau

Medan di sekitar stesen Vostok mempunyai iklim yang sangat keras. Di sini pada tahun 1983 suhu udara minimum mutlak di Bumi dicatatkan – tolak 89.2 ° C. Cuaca yang paling panas di sini pada bulan Disember 1957 – kemudian termometer meningkat kepada 13.6 ° C di bawah sifar.Secara purata, suhu di tempat-tempat ini pada musim panas (yang jatuh pada bulan Disember-Januari) turun naik -30 ° C, pada musim sejuk – sekitar -60-65 ° C. Suhu purata glasier di bawah stesen adalah 55 ° di bawah sifar.

Stesen ini terletak pada ketinggian kira-kira 3900 m di atas paras laut, tetapi kerana suhu udara yang rendah, tekanannya dengan ketinggian jatuh lebih cepat daripada di latitud tengah, dan kandungan oksigennya bersamaan dengan ketinggian 5 km di atas paras laut.

Malam polar di stesen berlangsung dari 24 April hingga 20 Ogos.

Jangan bahaya

Orang timur. Imej: Mekanik Popular

Dari pertengahan 1990 hingga hari ini, kira-kira seratus lima puluh tasik ais, kebanyakannya kecil, telah ditemui di Antartika. Sungguh menggembirakan bahawa "penuaian" penemuan bertepatan dengan pencapaian yang signifikan dalam sfera seperti yang jauh (dalam semua deria) sebagai mencari planet di luar sistem suria. Perincian lucu ini dengan jelas menunjukkan bahawa kita bercakap tentang tugas-tugas kerumitan yang setanding, walaupun jarak ke objek kajian berbeza dengan banyak pesanan magnitud.

Ciri-ciri takungan adalah pengasingan jangka panjang – ratusan ribu atau bahkan berjuta-juta tahun. Terdapat pilihan yang sangat sukar untuk ekosistem di sana – mereka yang tidak menyesuaikan diri, tidak ada lagi.Adalah perlu untuk menyesuaikan diri dengan ketiadaan cahaya dan, dengan itu, fotosintesis dan bekalan bahan organik yang sangat kecil dari dunia luar. Pollen yang dibawa dari benua lain dan perlahan-lahan mencairkan dari ais adalah diet kecil. Hayat bumi boleh menyesuaikan diri dengan ini, tetapi hasilnya kadang-kadang kelihatan hampir asing.

Beberapa tahun lalu di "air terjun berdarah" (Darah jatuh) yang mengalir dari tasik subglacial Bonnie (Lake bonney), mikroba ditemui yang, jika tiada oksigen di alam sekitar, menarik nafas besi. Kegembiraan ahli biologi tidak mempunyai had. Kaedah metabolisme ini "diperhatikan" hanya di hujung pen – dan di sini ia berada dalam biocenosis sebenar! Orang mungkin berfikir bahawa banyak bentuk kehidupan yang lebih unik tersembunyi di bawah ais Antartika, dan kemungkinan besar tidak semua daripada mereka secara teori dijangka. Dan di sini datang soalan: bagaimana untuk tidak membahayakan? Lagipun, walaupun pencemaran yang sangat sedikit boleh membawa kepada perubahan dalam ekosistem yang ada, selepas itu ia akan menjadi lebih sukar untuk mengkaji, jika mungkin.

Mikroorganisma yang terdapat dalam teras ais. Sesetengah daripada mereka mungkin penduduk tasik, tetapi ini hanya boleh ditegaskan dengan menerima sampel secara langsung dari tasik. Imej: Mekanik Popular

Harus dikatakan bahawa sehubungan dengan sebahagian besar tasik subglacial yang lebih kecil, komuniti saintifik menunjukkan sedikit kurang teliti. Beberapa tahun yang lalu, tasik Bonnie yang sama juga menyelam kapal selam Amerika (atau lebih tepat lagi, subglacial) penyelidikan ENDURANCE, sebuah prototaip alat, yang mungkin sekali akan menjelajahi lautan Eropah – satelit Musytari. Dengan kebarangkalian yang sangat tinggi pada badan angkasa ini di bawah lapisan ais terdapat air cair – mungkin membentuk lautan "Eropah biasa" global. Keadaan takungan di bawah glasier Antartika kelihatan sama dengan lautan Eropah, sejauh mungkin persamaan seperti itu di Bumi, jadi tidak hairanlah pakar NASA menghantar prototaip penyelidikan masa depan ke benua selatan.

Kapsul masa

Perairan Timur mengisi kesalahan peluru yang terletak di pinggir perisai Antartika Precambrian. Di atas keretakan disekat oleh glasier, perlahan-lahan (kira-kira 3 m setahun) yang turun dari bahagian pelepasan ais yang terletak seratus kilometer jauhnya. Ketebalan gletser di atas tasik berbeza-beza: dari kira-kira 3,800 m di sepanjang pantai selatan hingga 4,250 – di utara. Ini mungkin satu-satunya takungan semula jadi yang besar di Bumi yang mempunyai permukaan cenderung.Tasik dibahagikan kepada dua bahagian – utara dan selatan (dengan kedalaman 1000-1265 m) – disambung oleh jambatan yang agak cetek.

Ketidaksetilan penutup ais ternyata menjadi harta yang luar biasa: ia memungkinkan untuk mengira kepadatan air, dan oleh itu kemasinannya. Tasik itu hampir basi.

Umur lapisan bawah glasier di atas tasik dianggarkan pada 420-470 ribu tahun. Mengenai masa pengasingan takungan di bawah glasier, saintis biasanya mengatakan sesuatu seperti "kira-kira satu juta tahun" dan, kemungkinan besar, adalah berhati-hati. Menurut pandangan moden, glasiasi Antartika Timur bermula kira-kira 35-40 juta tahun yang lalu, dan nampaknya sejak itu ais tidak meleleh di sana. Tidak mungkin untuk mengatakan sesuatu yang lebih pasti: sejarah geologi benua selatan masih kurang dipelajari, kerana "kronik" – batuan sedimen – tersembunyi dari kami di bawah lapisan glasier.

Dari kedalaman 3538 m, struktur inti berubah. Telaga mencapai lapisan yang terbentuk apabila air tasik membeku di bahagian bawah glasier dari bawah. Pertukaran bahan di antara tasik dan glasier berjalan baik. Salah satu daripada hasil yang paling penting ialah air sejuk dengan oksigen "dimeteraikan" dalam ais. Menurut pengiraan, kepekatan oksigen dalam air kira-kira 50 kali lebih tinggi daripada ciri-ciri badan air terbuka.Untuk kehidupan tasik hipotetikal, ini mungkin menjadi faktor yang agak menyedihkan: dalam jumlah oksigen yang begitu banyak ia boleh "dibakar" walaupun di bawah air.

Kajian sampel membawa hasil yang tidak dijangka: terdapat kesan dalam sampel yang menyerupai DNA bakteria termofilik yang terdapat di mata air panas pada suhu 40-50 ° C. Penemuan mata air panas dan bentuk kehidupan yang berkaitan bukanlah sensasi, tetapi senarai pilihan biodiversiti yang mungkin menjadi sangat luas – dari mikrob yang hidup pada suhu beku untuk termosil.

Kaedah penembusan

Selepas penggerudian dihentikan, saintis dari Institut Perlombongan St Petersburg membangunkan teknologi untuk mengambil air dari tasik, yang menurut pengarangnya, menghapuskan kemungkinan pencemaran.

Apabila menggerudi sebarang lubang dalam ais (dan bukan sahaja), larasnya dipenuhi dengan bendalir (penggerudian) cecair. Ini dilakukan untuk pelbagai tujuan, dan pertama sekali, supaya tekanan urutan sekitarnya tidak "runtuh" ​​lubang kecil di dalamnya. Di stesen "Vostok" digunakan campuran minyak tanah dan freon. Kedua-dua cecair tidak bercampur dengan air dan tidak membekukan.Nisbah mereka dipilih supaya ketumpatan campuran sama dengan ketumpatan ais – jadi tekanan lajur cecair di dinding salur yang mengimbangi tekanan ais.

Oleh kerana glasier mengapung di permukaan air, tekanan yang dihasilkan olehnya boleh dikira dengan ketepatan yang besar – fakta yang paling penting di mana kaedah itu berasaskan.

Pada saat hubungan gerudi dengan air tasik, paras cecair di dalam telaga harus lebih rendah dari yang diperlukan untuk persamaan tekanan, dan, dengan itu, tekanan di bawah telaga akan lebih rendah daripada satu tasik.

Air memasuki telaga akan naik ke ketinggian sepadan dengan penurunan tekanan (30-40 m) dan membekukan. Selepas itu, penggerudian akan diteruskan (jelas sekali, ini akan menjadi musim depan), dan teras yang terdiri daripada ais tasik segar akan dinaikkan ke permukaan. Tidak akan ada penembusan kedua ke dalam tasik – ia akan terus tersumbat.

Skim yang sama sebenarnya diuji pada Julai 2003 di Greenland. Pada kedalaman 3085 m, telaga membuka kolam di bawah ais, selepas itu air naik 45 meter di sepanjang batang. Sebuah kajian inti, yang dibangkitkan setahun kemudian, menunjukkan bahawa hanya 10-15 cm pertama yang terkontaminasi dengan cairan minyak-freon – tidak ada lagi ketara ia adalah.

Untuk menghapuskan pencemaran, lapisan akan dibuat di bahagian bawah telaga daripada cecair silikon organik yang tidak larut dengan air dan mempunyai ketumpatan yang lebih besar daripada campuran serapan, tetapi kurang air.

Cari dan anda akan dapati. Imej: Mekanik Popular

Dua belas meter terakhir akan diliputi oleh gerudi terma, termasuk dua elemen yang dipanaskan: pahat juruterbang – batang enam meter nipis, lubang lebur dengan garis pusat kira-kira beberapa sentimeter, dan hud termal yang luas yang membentuk batang utama. Sebaik sahaja sokongan pepejal hilang di bawah pahat perintis (permukaan dicapai), automasi akan berfungsi. Unit khas – pembungkus – mengganggu sambungan bahagian wellbore dengan jumlah keseluruhannya, pemanasan akan berhenti, dan saluran haba akan ditekan ke permukaan berat peluru itu. Penggerudian akan menjadi "palam", menyekat jalan air tasik, dan cecair penggerudian – ke bawah.

Selepas itu nisbah tekanan akan diperiksa. Jika ketidaktepatan telah merangkak ke dalam pengiraan dan tekanan di bawah ais kurang daripada yang dikira, maka cecair yang berlebihan akan dikeluarkan dari telaga. Variasi hipotetis adalah mungkin di mana tekanan di bahagian bawah akan cukup tinggi untuk memerah rig penggerudian ke atas – tetapi dalam kes ini tiada apa yang pasti akan jatuh ke dalam tasik.


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: