Остаться в Антарктиде

Российская станция «Восток», созданная почти в центре антарктического материка в конце 1950-х годов, за десятилетия ушла глубоко под снег, а ее износ составляет 90 процентов. Однако закрыть эту станцию означает закрыть программу изучения реликтового подледникового озера Восток и программу палеоклиматических исследований, которая уже дала данные о климате за последние сотни тысяч лет. Росгидромет целое десятилетие добивался решения о реконструкции станции. Сейчас ситуация сдвинулась с мертвой точки: деньги на новый зимовочный комплекс дает частный жертвователь. Редакция N + 1 разбиралась, как будет устроен обновленный «Восток», как строились антарктические станции других стран и что будет с российскими научными исследованиями в Антарктике.

Жизнь под снегом

СССР и США после войны соперничали повсюду, куда могли дотянуться, и Антарктида не стала исключением. Обе страны стремились утвердиться там раньше конкурентов.

В 1956 году, в рамках Международного геофизического года, экспедиция американских ВМС достигла Южного полюса и основала там станцию «Амундсен-Скотт». Тогда же, впервые в истории внутренних областей Антарктиды, люди провели там зимовку. СССР оказался в ситуации догоняющего, но ненадолго. Уже в декабре 1957 года советская антарктическая экспедиция построила станцию «Восток».

Поскольку американцы выбирали место первыми, их станция расположена на южном географическом полюсе Земли. Советская станция находится примерно в районе геомагнитного полюса Земли. Позже выяснилось, что климат в районе «Востока» более холодный, чем на самом полюсе, — за счет большей высоты над уровнем моря.

Именно это место является полюсом холода планеты. Здесь была зарегистрирована самая низкая температура в истории наземных наблюдения — минус 89,2 градуса по Цельсию.

Сегодня станция «Восток» — одна из трех станций в континентальной части Антарктиды — состоит из модулей, привезенных еще в 1970-х годах. Основная их часть давно ушла под снег — так же, как и самые старые сооружения американской станции «Амундсен-Скотт». Вообще-то снег в Антарктиде выпадает редко и понемногу, но зато практически не тает. Но главное, здесь, хотя и нечасто, бывают метели, наносящие снежную пыль к любому строению.

На первый взгляд, это даже хорошо: среднегодовая температура на «Востоке», расположенном на высоте 3,5 километра выше уровня моря, равна минус 55 градусам, и лишний снег — это лишняя теплоизоляция. Но на деле все немного не так.

Во-первых, не все элементы модулей рассчитаны на снеговое давление. Во-вторых, «подснежное» положение жилых модулей заставляет полярников рыть тоннели к каждому из них, а это не такая мелочь, как кажется, — тропосфера на полюсах особенно тонка и местные 3,5 километра высоты — примерный аналог 4,3 километра на экваторе. В норме на такой высоте рекомендуют использовать кислородный аппарат.

Но нормальной работе «Востока» мешает не только снег по самую крышу, а то и выше. Строения станции очень старые, и далеко не все из них вообще пригодны для проживания. На станции нет ни водопровода, ни канализации современного типа. Полярники используют ручные рукомойники, причем воду приходится добывать из кубиков снега в растапливающих емкостях. Для поддержания гигиены на «Востоке» оборудована баня, которую топят не каждый день.

Есть проблемы и с материальной частью, связанной с подъемом бурового материала. Гляциологическая лаборатория станции «Восток» не только невелика, но и весьма скудно оснащена. Причем до замены станции в целом не стоит ожидать и модернизации соответствующего оборудования.

Что такое современная станция

Накопление снега на антарктических станциях происходит всюду, вне зависимости от их «национальности». Американская полярная станция «Амундсен-Скотт» работает с 1950-х годов, как и «Восток», поэтому вход в самые старые ее сооружения тоже находится ниже уровня снега. Но жизнь станции сосредоточена не там, а в новых модулях, снабженных высокими опорами.

Но, пожалуй, наиболее современной полярной станцией на сегодня является британская Halley VI, построенная в 2012 году. Как и все современные полярные станции, она модульная — для легкости транспортировки в антарктических условиях это абсолютно необходимо.

Halley VI состоит из восьми модулей, причем жилые модули чуть больше вспомогательных. Все они соединены между собой крытыми переходами, так что пройти из жилого модуля в служебный можно, не выходя на улицу. На российском «Востоке» подобное невозможно, что особенно неприятно в метель.

Опоры станции снабжены гидравлическими подъемниками, так что их можно поднимать и опускать по одной, избегая накопления снега. На подошве каждой опоры имеются салазки, благодаря чему уже собранные модули станции можно перемещать по мере необходимости. Учитывая, что станция Halley VI работает на перемещающихся льдах, мобильность для нее крайне важна.

Регулярному использованию гидравлических подъемников в «ногах» модулей способствует тот факт, что климат на побережье Антарктиды по местным меркам очень мягкий: среднегодовая температура держится около минус 10 градусов Цельсия, и даже при сильных похолоданиях редко бывает ниже минус 35 градусов.

Для сравнения: В районе станции «Восток» среднегодовая температура составляет минус 55 градусов Цельсия, а теплее минус 13,6 градуса просто не бывает. То есть в среднем в районе британской Halley VI на 45 градусов Цельсия теплее, чем близ «Востока», и это радикально снижает угрозу замерзания жидкостей в гидравлических системах.

Материал стен Halley VI — готовые панели, состоящие внутри из трапециевидных повторяющихся стеклопластиковых ячеек, между которыми залит специальный теплоизолирующий полимер. Такой материал предельно легок и не имеет «мостиков холода» в виде деревянных стоек каркаса, как в более ранних конструкций полярных станций.

Если на «Востоке» тепло для обогрева и растапливания снега обеспечивает электроэнергия от дизель-генераторов, то британцы используют специальные теплообменники, улавливающие низкопотенциальное тепло от дизель-генераторов их станции. Это позволяет отапливать помещения и добывать воду для полярников без лишних затрат топлива — за счет «бросового» тепла, выделяемого дизелями при выработке электроэнергии для освещения и вентилирования станции.

Канализация на британской станции вакуумная, как в самолете, — унитазы соединены с трубой, в которой постоянно поддерживается пониженное давление. Такая система дает возможность существенно экономить потребление воды — на одного полярника уходит не более 20 литров в сутки, притом что в эту цифру входит и ежедневный краткий душ (вода включается только для смачивания тела и смывания мыла).

Органический мусор, равно как и экскременты, проходят через стандартный септик с тремя отделениями, из которых первое анаэробное, второе — с подачей воздуха и аэробной средой. Из первого отделения периодически удаляется не разложенный анаэробными бактериями ил, который затем сжигается в мобильной мусоросжигательной установке.

Несгоревшие остатки вывозятся в конце каждого рабочего сезона станции. Неорганический мусор, требующий для сжигания высокой температуры, недоступной мобильному мусоросжигательному заводу, также вывозится в конце каждого сезона - договор об Антарктике требует по возможности вывозить с материка все отходы и мусор.

Частная станция

Получит ли наконец Россия современную полярную станцию, способную заменить устаревшие помещения «Востока»? С осени 2018 года вопрос о создании нового зимовочного комплекса (НЗК) для «Востока» обсуждается на правительственному уровне.

Подробности стали известны месяц назад, 23 апреля, на заседании попечительского совета Русского географического общества. Член попечительского совета РГО и глава газовой компании НОВАТЭК Леонид Михельсон рассказал о начале работ по созданию НЗК.

По словам Михельсона, комплекс будет построен на средства частных инвесторов, прежде всего, как следует из презентации, сопровождавшей его выступление, на его личные средства. Кроме того, в проекте участвует шведский бизнесмен Фредерик Паулсен. Общий объем вложений составит более четырех миллиардов рублей (около 60 миллионов долларов). Техническое задание разработано в Арктическом и Антарктическом научно-исследовательском институте (ААНИИ).

В свою очередь государство, по словам начальника Российской антарктической экспедиции и замдиректора ААНИИ Александра Клепикова, выделило 2,8 миллиарда рублей на транспортировку новых модулей из России до станции «Восток» (морем и по суше на санях). Ранее сообщалось, что в феврале в Антарктиде завершились испытания экспериментального образца саней грузподъемностью 60 тонн, разработанных в Санкт-Петербурге в 2018 году.

Предполагается, что на двух десятках таких саней все необходимое для строительства первой очереди НЗК будет доставлено от места выгрузки возле станции «Прогресс» к месту базирования станции «Восток». Перевозку на расстояние свыше 1400 километров необходимо будет осуществить в максимально сжатые сроки — за две недели.

Как сообщил N + 1 Юрий Шибаев, глава группы по наблюдению за НЗК станции «Восток» в ААНИИ, проект будущего комплекса уже находится в стадии разработки. Им занимается немецкая компания, ранее разрабатывавшая проекты немецкой и индийской полярных станций.

Предполагается, что модули НЗК будут изготовлены и доставлены на побережье Антарктиды уже в сезон 2020–2021 годов. В 2021 году начнется монтаж первой части станции «Восток», а полностью станция будет готова в 2022 году.

Новый зимовочный комплекс

В общих эскизных решениях НЗК нетрудно заметить сходство с наиболее современной из континентальных антарктических станций — франко-итальянской «Конкордии». Среди прочего, это и «ноги» — характерные высокие опоры, позволяющие отсрочить момент заметания станции снегом. Зазор между дном жилых модулей и поверхностью позволит снегу не скапливаться у стен во время метелей.

Общая площадь НЗК составит 2,5 тысячи квадратных метров, это примерно в 2,5 раза больше, чем у всех модулей станции «Восток» сейчас. Сюда, среди прочего, войдут жилой блок и современный медицинский корпус, включающий операционную.

Кроме того, в НЗК предусмотрено «общественное пространство», которое будет включать оранжерею и тренажерный зал. И то, и другое достаточно важно, поскольку питание полярников базируется на консервированной пище, а физические нагрузки — в силу небольших размеров помещения для отдыха — серьезно ограничены, хотя потребность в них, из-за непростых условий пребывания на станции, велика.

Новый зимовочный комплекс будет принимать на зимовку не 13 человек, как сегодня, а 15, тогда как в летнее время там смогут одновременно жить и работать 35 человек. Как планируют в ААНИИ, использование новейших теплоизолирующих материалов позволит полярникам работать без шапок и валенок, что заметно упростит не только быт, но и научную работу на станции.

Кстати, выбор материалов для строительства модулей — во многом вопрос жизни и смерти полярников. В 1982 году на станции «Восток» в результате короткого замыкания проводки начался пожар в помещении дизельных генераторов. Из-за того, что стены были сделаны из пенопласта, обшитого алюминиевыми листами, пожар с выделением токсичного дыма охватил большую площадь, один человек погиб. Так что панели для НЗК должны быть пожаробезопасными.

Отдельно перед проектировщиками встал вопрос о гидравлических «ногах» для жилых модулей. Еще несколько лет назад было предложено использовать опыт ряда зарубежных прибрежных антарктических станций, у которых «ноги» жилых модулей по одной приподнимаются с помощью гидравлических домкратов. Это позволяет станции, «переступая» опорами, все время оставаться на поверхности снежного слоя, не погружаясь в него.

Но, как рассказал N + 1 Александр Клепиков, в суровых условиях центральной Антарктиды этот подход вряд ли сработает. Гидравлика уязвима к температурам заметно ниже минус 60 градусов Цельсия: жидкости, обеспечивающие работу гидравлических домкратов, слишком сильно загустеют. Механические же подъемные устройства слабоваты для ног модулей и в экстремальных условиях тоже могут оказаться ненадежными.

Поэтому, говорит Клепиков, было решено сделать опоры обычными, стационарными, но с достаточно большим зазором между их стальными «пятками» и низом жилых модулей — чтобы там могла пройти снегоуборочная техника, снижающая высоту наносов.

Еще один непростой вопрос касался использования на станции солнечных батарей. С одной стороны, в полярную ночь, которая длится почти полгода, они работать не будут, притом что именно в этот период на станцию невозможен подвоз топлива для дизельных генераторов.

Дело в том, что топливо на станцию подвозится санно-гусеничными походами. Никакие тягачи — а экспедиция использует самую лучшую зарубежную технику — не могут работать при температурах ниже минус 55 градусов Цельсия. На станции и на значительном участке трассы протяженностью около 400 километров температуры ниже этой отметки наблюдаются девять с половиной месяцев, примерно с февраля по середину ноября.

С другой, отмечает Александр Клепиков, именно полярным летом на станции потребность в энергии максимальна, так как там находится больше людей, чем в период зимовки, когда остается минимум персонала. Основная научная активность также происходит антарктическим летом, поскольку в другие периоды практически невозможно работать на открытом воздухе. Так, «добуривание» до озера Восток случилось в феврале 2012 года, в разгар южного полярного лета.

Поэтому вопрос о солнечных батареях все еще прорабатывается. К концу мая 2019 года немецкая проектная фирма, работающая над проектом станции, должна представить окончательные расчеты, которые покажут, много ли солярки удастся сэкономить в случае их установки. В конце мая также должна быть готова остальная проектная документация.

НЗК будет меньше франко-итальянской «Конкордии», где летом размещаются до 100 человек. Но сам по себе размер станции — не самоцель. Для обеспечения ее постоянной работы требуется значительное финансирование, и надо, чтобы эти расходы оправдывали себя.

А что с наукой

Строительство нового зимовочного комплекса не связано напрямую с научными исследованиями, ведущимися на «Востоке». Между тем научные программы полярников также нуждаются в финансировании. В частности, от этого зависит бурение скважин к подледниковому озеру Восток.

Впервые к нему удалось пробуриться в 2012 году. Тогда были получены образцы воды из озера, ученые даже заявляли об обнаружении ранее неизвестных бактерий в этих образцах.

Для продолжения исследований требовалось снова пробурить скважину, но сейчас продолжение этих работ практически остановлено — финансирование шло через ФЦП «Мировой океан» (подпрограмма «Антарктика»), но эта программа закончилась.

Ведущий научный сотрудник ААНИИ Алексей Екайкин пояснил N + 1, что текущее финансирование Российской антарктической экспедиции покрывает только операционные расходы. Научная работа ведется за счет грантов, и этих средств не хватит на полномасштабное исследование озера — старая скважина уже не годится, требуется бурить новую.

«Существующая скважина 5Г в нижней части замерзла, в верхней находится заливочная жидкость. С глубины 3,3 километра мы сделали новое ответвление, чтобы получить ледовые керны для палеоклиматических исследований. Теоретически, из этого ответвления можно идти дальше до озера, которое находится на отметке 3769 метров, но мы против этого, поскольку, если использовать старую скважину, не получится избежать загрязнений. Надо бурить новую скважину, но в ближайшие годы об этом речь не идет», — сказал ученый.

Для детального изучения озера необходимо запустить в него подводный дрон. Он мог бы не только забрать образцы вод и микроорганизмов из толщи озера, а не только из самых верхних его слоев, но и, что не менее важно, «копнуть» донные отложения озера, где теоретически может быть другой видовой состав биоты. Устройство такого рода сейчас разрабатывается в петербургском Горном институте.

Новое бурение, однако, требуется не только подледному озеру Восток. Чтобы хорошо понимать, чем грозит глобальное потепление будущему человечества, надо знать, каким был климат прошлого, а для этого необходимо исследовать керны древнего льда. Например, древнейший ряд ледяных кернов был получен в Антарктиде в рамках французского проекта EPICA, он прослеживает образцы льда возрастом до 800 тысяч лет.

Как отмечает Екайкин, «по всем расчетам, абсолютно точно этот [более древний] лед есть где-то в Антарктиде. Надо его только найти. Прямо сейчас происходит научная гонка между разными странами – кто этот лед первый обнаружит и сможет его пробурить и исследовать».

В 300 километрах от российского «Востока» как раз есть площадка, где можно найти лед возрастом до полутора миллионов лет. В случае удачи можно будет узнать не только температуру Земли в этот период, но и то, как менялся состав ее атмосферы.

В СМИ часто пишут, что нынешний уровень в атмосфере углекислого газа — по сути, главного парникового газа планеты — является беспрецедентным за последние 800 тысяч лет. Это именно «глубина» данных антарктических кернов проекта EPICA. Чтобы понять, насколько в самом деле беспрецедентна нынешняя ситуация с СО₂, нужно «копнуть» более старый лед, и «Восток» — одно из лучших мест для такого поиска.

Кроме этого, на станции «Восток» периодически идет сбор космической пыли. При обычном падении метеорита на Землю его материал раскаляется и вся органика на нем сгорает. Но в случае падения микрочастиц размером до 5 микрон их органика не успевает разогреться до полного сгорания, поэтому на них могут сохраняться следы гипотетической внеземной жизни.

Пространство вокруг «Востока» — одно из самых чистых мест на Земле, потому что туда практически не проникает пыль с других континентов. Оттого весьма заметная доля пыли близ станции — космическая, от падающих на Антарктиду микрометеоритов.

На базе станции возможен и целый ряд других видов научной деятельности. Частично она ведется и сегодня — например, по наблюдениям событий в магнитосфере и ионосфере.

Теоретически здесь возможна и «космическая» деятельность. На франко-итальянской антарктической станции «Конкордия» Европейское космическое агентство ведет программу мониторинга состояния людей в условиях изоляции и ненормального для нашей планеты климата. Чрезвычайно низкая температура и влажность воздуха здесь действуют на человека и его дыхательные пути месяцами, да и физическая активность лучше всего удается в закрытых помещениях, на тренировках — и так же будет и в дальних космических полетах, и в экспедициях на Луну и Марс.

Константин Александров