Арктическая наука: год наполярной станции
- Метеоданные снимаются с метеостанции дистанционно, но посидеть в тепле метеорологам удается редко — мачта довольно часто обмерзает, анемометры перестают вращаться и их приходится очищать от изморози
Метеомачту стараются устанавливать подальше от «жилой территории» и в особенности от дизельной электростанции, дабы исключить влияние посторонних факторов на показания чувствительных датчиков
Трещина, прошедшая по льдине, к счастью, обошла лагерь станции стороной.
- Такие трещины — одна из самых важных опасностей для людей на дрейфующей станции
Толщина льда измеряется посредством мерных реек, каковые опускаются в лунки, высверленные мотобуром, на особом ледовом полигоне
Сейчас во всем мире по определенным геополитическим обстоятельствам отмечается большое увеличение интереса к Арктике. Во-первых, это главный регион в плане изучения глобальных трансформаций климата отечественной планеты. Во-вторых, возможно богатейший источник природных ресурсов, таких как газ и нефть. Потому эти, приобретаемые в следствии исполнения разных научных программ изучения Арктики, тяжело переоценить.
Взять эти сведенья дистанционно фактически нереально — ее приходится еле добывать в экстремальных условиях севера.
Существует множество способов изучения Арктики. Автоматические научные комплексы — метеорологические и океанографические станции, весов-балансовые буи, каковые вмораживаются в лед и разрешают определять нарастание либо изменение массы ледяного покрова (кстати, таковой буй трудится на СП-37), — существенно облегчают сбор данных, но имеют собственные ограничения.
Само собой разумеется, заманчиво было бы сидеть в офисе, пока сведенья поступают через спутниковую сообщение от совокупности, например, автоматических гидрологических станций — якорных либо дрейфующих буев. Но за год в большинстве случаев теряется более 50% таких (очень недешевых) буев — в этом регионе условия работы достаточно тяжелы кроме того для намерено рассчитанной на это техники в связи с динамикой ледяных полей (торошением, сжатием).
Еще один метод получения научных данных — дистанционное зондирование Почвы. Научные спутники (к сожалению, не российские) разрешают приобретать данные о ледовой обстановке в видимом, ИК-, радиолокационном и микроволновом диапазонах.
Эти сведенья в основном употребляются в прикладных целях: для проводки судов, для поиска подходящих для дрейфующих станций льдин; на самих дрейфующих станциях они оказывают помощь в работе — к примеру, на СП-36 их применяли для обнаружения площадки, пригодной для построения взлетно-посадочной полосы. Но спутниковую данные нужно контролировать, сопоставляя ее с настоящими наблюдениями — конкретно измеренной толщиной льда, его возрастом (прямо измерить эти сведенья со спутника до тех пор пока нереально).
Научные станции (уже обитаемые) возможно кроме этого размещать способом вмораживания судов в лед (данный метод был опробован еще Фритьофом Нансеном). Иногда такие проекты осуществляются, как пример возможно привести французскую яхту «Тара» либо американско-канадский проект SHEBA с участием судна, дрейфовавшего в море Бофорта. Подобный проект рассматривался и в отношении ядерного ледокола «Арктика», но в итоге от него по разным обстоятельствам отказались.
Но вмороженные суда снабжают только хорошую базу для жизнедеятельности научного персонала и энергоснабжение научного комплекса. Для сбора научных данных людям все равно нужно будет сходить на лед, дабы исключить постороннее влияние. К тому же вмораживание судов обходится недешево (и отвлекает суда от их главной работы).
«На мой взор, дрейфующий лед— это естественная несущая платформа, самая оптимальная как для размещения научного комплекса, так и для проживания людей, — говорит Владимир Чурун. — Она разрешает дрейфовать в течение долгого времени и приобретать чистые научные эти без какого-либо влияния извне. Само собой разумеется, люди на льдине лишены некоего комфорта, но с этим во имя науки приходится мириться. Очевидно, получение научных разрешённых должно осуществляться в комплексе, с применением всех дешёвых средств — и дрейфующих станций, и воздушных экспедиций, и спутникового наблюдения, и автоматических буев, и научно-экспедиционных судов».
«Научная программа СП-36 была достаточно широка и успешна, — растолковывает «Популярной механике» Владимир Чурун. — Она включала в себя метеорологические, аэрологические и гидрологические наблюдения, и снежного свойств покрова и исследования льда. А вот изучения, которые связаны с магнитным полем и ионосферой Почвы, которым в советское время на дрейфующих станциях уделялось большое внимание, сейчас переданы на стационарные полярные станции на материке и на островах».
Воздушное пространство
Начало работы станции знаменуется вовсе не праздничным моментом подъема русского флага над кают-компанией. Официально дрейфующая станция начинает собственную работу с момента передачи первой метеосводки в ААНИИ, а оттуда — в глобальную метеорологическую сеть. Потому, что, как мы знаем, «Арктика — кухня погоды», эти сведенья снабжают метеорологов очень полезной информацией.
Изучение барических (давление, направление и скорость ветра на разных высотах) и температурных профилей воздуха посредством зондов до высоты 30 км употребляется не только для предсказания погоды — эти сведенья в дальнейшем смогут употребляться как для фундаментальных научных целей, таких как уточнение моделей физики воздуха, так и для прикладных— к примеру, обеспечения полетов самолетов. За все эти сведенья важны аэрологи и метеорологи.
Работа метеоролога может показаться простой — это снятие метеоданных и их отсылка в Росгидромет. Для этого на 10-метровой метеомачте расположен комплект датчиков, измеряющих направление и скорость ветра, влажность и температуру, давление и видимость. Все данные, а также от льда и (температуры выносных датчиков снега, интенсивности солнечной радиации), стекается на метеостанцию.
Не смотря на то, что эти снимаются со станции дистанционно, проводить измерения без выхода на метеоплощадку получается далеко не всегда. «Чашки анемометров и радиационная защита метеобудки, где расположены влажности воздуха и датчики температуры, обмерзают, их приходится очищать от изморози (для доступа к верхней части мачты последняя сделана ‘ломающейся’), — поясняет инженер-метеоролог СП-36 Илья Бобков.- А во время таяния растяжки всегда приходится крепить, дабы мачта была устойчивой. Помимо этого, станция не запланирована на работу в условиях столь жёстких морозов, ниже — 40 °C, исходя из этого мы вмонтировали в том направлении подогрев — простую 40-ваттную лампу накаливания. Само собой разумеется, имеется станции, рассчитанные на столь низкие температуры, но они менее правильные».
Выше 10 м — область работы аэрологов. «Мы изучаем верхние слои атмосферы посредством аэрологических зондов, — растолковывает ведущий инженер-аэролог СП-36 Сергей Овчинников. — Зонд — это коробочка массой 140 г, ее прикрепляют к аэростату — шару количеством около 1,5 м³, наполненному водородом, что приобретают химическим методом в газогенераторе большого давления — из порошка ферросилициума, едкого натра и воды. В зонд встроены GPS-приемник, телеметрический передатчик, и датчики температуры, влажности и давления.
Каждые две секунды зонд передает данные совместно со собственными координатами на наземную приемную станцию». Координаты зонда разрешают вычислить его перемещение, направление и скорость ветра на разных высотах (высота определяется барометрическим методом). Электроника зонда питается от водозаливной батареи, которую предварительно выдерживают в воде пара мин. (подобными источниками питания оснащаются спасательные жилеты с аварийными маяками).
«Зонды запускаются ежедневно в 0 и в 12 часов по Гринвичу, в случае если разрешают погодные условия, при сильном ветре зонд «» к почва. За неполный год произошло 640 выпусков, — говорит Сергей Овчинников.- Средняя высота подъема составила 28770 м, большая — 32400 м. Скорость подъема зонда — около 300 м в 60 секунд, так что предельной высоты он достигает примерно за час-полтора, шар по мере подъема раздувается, а позже лопается, и зонд падает на землю. Действительно, отыскать его фактически нереально, так что прибор одноразовый, хоть и дорогой».
Вода
«Главный акцент в отечественной работе делается на измерение параметров течений, и температуры, электропроводности, плотности воды, — говорит океанолог СП-36 Сергей Кузьмин.- За последние годы парк устройств существенно обновился, и сейчас мы можем приобретать результаты с высокой точностью, соответствующей мировому уровню. на данный момент мы используем устройства-профилографы, каковые разрешают измерять скорость течения посредством поперечного результата Доплера в нескольких слоях.
По большей части изучили атлантические течения, верхняя граница которых находится на глубине 180−220 м, а ядро — 270−400 м». Не считая изучения течений было предусмотрено ежедневное изучение толщи воды посредством зонда, измерявшего электропроводность и температуру, каждые шесть дней проводились изучения на глубине до 1000 м, дабы «захватить» атлантические воды, а раз в неделю зонд опускался на всю большую длину троса — 3400 м, дабы изучить глубоководные слои. «В некоторых районах, — растолковывает Сергей Кузьмин, — в глубоких слоях возможно замечать геотермальный эффект».
В задачу океанологов на СП-36 входил кроме этого и сбор проб для анализа гидрохимиками. «Три раза за время зимовки — весной, летом и в осеннюю пору — мы отбирали керн льда, что после этого растапливали при комнатной температуре, взятую воду пропускали через фильтр, после этого опять замораживали, — говорит Сергей. — И фильтр, и лед особым образом упаковывали для анализа. Совершенно верно так же отбирали пробы снега и подледную воду.
Брали и пробы воздуха — посредством аспиратора, что прокачивал воздушное пространство через пара фильтров, задерживавших небольшие частицы. Ранее так удалось, к примеру, найти пыльцу некоторых видов растений, которая долетает в приполюсные районы из российской тайги и Канады».
Для чего изучают течения? «Методом сравнения с данными, накопленными за прошлые годы, возможно узнать климатические тенденции, — отвечает Сергей. — Таковой анализ разрешит осознать, к примеру, поведение льдов в Северном Ледовитом океане, что очень принципиально важно не только в фундаментальном отношении, но и в чисто прикладном — к примеру, при освоении природных ресурсов Арктики».
Снег
Программа особых метеорологических изучений включала пара разделов. Исследовалась структура снежно-ледяного покрова, его теплофизические и радиационные особенности — другими словами то, как он отражает и поглощает солнечную радиацию. «Дело в том, что у снега высокая отражающая свойство, и по данной характеристике, к примеру на спутниковых снимках, он сильно напоминает облачный слой, — поясняет метеоролог Сергей Шутилин. — Особенно зимний период, в то время, когда температура и в том месте и в том месте образовывает пара десятков градусов ниже нуля.
Я изучал теплофизические особенности снега в зависимости от температуры, ветра, солнечной радиации и облачности». Измерялось кроме этого и проникновение солнечной радиации (очевидно, на протяжении полярного дня) через лёд и снег на разные глубины (в том числе и в воду). Изучались кроме этого морфология снега и его теплофизические особенности — температура на разных глубинах, плотность, пористость, фракционный состав кристаллов в разных слоях.
Эти сведенья совместно с радиационными чертями окажут помощь уточнить описание снежно-ледяного покрова в моделях разного уровня — как в глобальных климатических, так и в региональных.
На протяжении полярного дня проводили измерения доходящего до поверхности Почвы ультрафиолета, а в полярную ночь посредством газоанализаторов изучали концентрации углекислого газа, приземного озона и метана, выбросы которого в Арктике связаны, по-видимому, с геологическими процессами. Посредством особого газоанализатора удалось кроме этого взять, по словам Сергея Шутилина, неповторимые информацию о потоках углекислого газа и пара через поверхность льда и снега: «Ранее существовала модель, в соответствии с которой талые воды с побережья попадали в океан, океан покрывался льдом, и под ним шли анаэробные процессы.
А по окончании того, как поверхность освобождалась от льда, в воздух шел поток углекислого газа. Мы поняли, что поток идет в обратную сторону: в то время, когда льда нет, то в океан, а в то время, когда имеется — в воздух! Но, это может зависеть и от района — к примеру, измерения на СП-35, которая дрейфовала ближе к югу и к шельфовым морям в восточном полушарии, согласуются с приведенной догадкой.
Так что необходимы дополнительные изучения».
Лед
Ко льду на данный момент привлечено самое внимание, поскольку он — наглядный индикатор происходящих в Арктике процессов. Исходя из этого его изучение очень принципиально важно. Прежде всего это оценка массового баланса льда. Летом он тает, зимний период увеличивается, исходя из этого регулярные измерения его толщины по мерным рейкам на выделенном полигоне позволяют оценивать скорость таяния либо нарастания льдины, и эти сведенья после этого возможно применять для уточнения разных моделей образования долгого льда. «На СП-36 полигон занимал площадку 80х100 м, и с октября по май на нем наросло 8400 т льда, — говорит Владимир Чурун. — Имеете возможность себе представить, сколько льда наросло на всю льдину размером 5х6 км!»
«Мы кроме этого забрали пара кернов молодого и ветхого льда, каковые будут изучить в ААНИИ, — состав, механические особенности, морфология, — говорит ледоисследователь СП-36 Никита Кузнецов. — Эта информация возможно использована при уточнении разных климатических моделей, и, к примеру, в инженерных целях, среди них и для постройки ледоколов».
Помимо этого, на СП-36 проводились изучения процессов прохождения разных волн в морском льду: волн, образующихся при соударениях льдин, и переходящих из морской среды в лед. Эти сведенья регистрируются посредством высокочувствительных сейсмометров и употребляются в будущем для прикладных моделей сотрудничества льда с жёсткими телами.
По словам ведущего инженера-ледоисследователя СП-36 Леонида Панова, это позволяет оценить нагрузки на разные инженерные сооружения — суда, буровые платформы и т. д. — сточки зрения ледовой стойкости: «Зная особенности сотрудничества льда с волнами, возможно вычислить прочностные особенности льда, соответственно, угадать, где именно он сломается. Такие способы разрешат дистанционно обнаруживать торошение и прохождение трещин в страшных областях — к примеру, поблизости от нефте- и газопроводов».
Не курорт
В то время, когда я задал вопрос Владимира, как ощущаются глобальные трансформации климата (в частности — глобальное потепление) на протяжении работы на дрейфующей станции, он в ответ только улыбнулся: «Очевидно, их толщина и площадь льдов в Арктике сократились — это в полной мере зарегистрированный научный факт. Но на дрейфующей станции, в локальном пространстве льдины глобальное потепление совсем не ощущается. В частности, на протяжении данной зимовки мы зафиксировали минимум температуры за последние десять лет (- 47,3°С).
Ветер был не весьма сильный — большие порывы составляли 19,4 м/с. Но в целом зима с февраля по апрель была весьма холодной. Так что, не обращая внимания на глобальное потепление, Арктика не стала ни теплее, ни комфортнее, ни комфортнее. Тут все так же холодно, все так же дуют холодные ветры, все такие же льды около.
И сохранять надежду на то, что Чукотка скоро станет курортом, пока не приходится».
Армейские тайны
В состав СП-36 входили не только гражданские эксперты. На дрейфующую станцию был командирован и офицер Гидрографической работы ВМФ России, капитан третьего ранга Евгений Медвёдкин.
«Моей главной задачей было исполнение маршрутного промера по ходу дрейфа станции в Центральном Арктическом бассейне с целью подробного и точного изучения рельефа дна Северного Ледовитого океана, — говорит Евгений. — Промер выполнялся круглосуточно (раз приблизительно в 10 с, другими словами практически через любой метр!) на протяжении траектории дрейфа СП-36 с 24 сентября 2008 по 17 августа 2009 года». Важность этих разрешённых сложно переоценить. В советское время главным способом измерения глубин в этом регионе было сейсмозондирование с дрейфующих льдов.
В лунку опускали заряд взрывчатого вещества, а по окончании взрыва отраженные сигналы регистрировали посредством комплекта гидрофонов («сейсмокос»). Расстояние между измеренными глубинами колебалось от двадцати километров на океанском ложе до 5 — 10 км на поднятиях. В низкую точность определения глубин вносила собственную лепту высокая погрешность определения координат — в то время она составляла от 800 до 1200 м (на данный момент — 18м).
Столь правильные промеры выполнялись в данной части океана в первый раз.
Эхолот-профилограф разрешал не только проводить батиметрические измерения глубин, но и оценивать строение приповерхностных слоев дна моря на пара десятков метров в глубину. Но, такая информация- косвенная, для получения правильных сведений нужно будет брать геологические пробы. А это в Арктике, покрытой льдом, к тому же и на глубинах более чем 3 км, достаточно проблематично.
«Вторая задача — оценка качества работы среднеорбитальных спутниковых навигационных совокупностей в высоких широтах — американской GPS/ NAVSTAR и российской ГЛОНАСС, — продолжает Евгений. — Для этих изучений я применял российские навигационные приемоиндикаторы серии «Бриз», талантливые независимо принимать сигналы спутников GPS и ГЛОНАСС. Самая высокая точность определения координат — со среднеквадратичной погрешностью определения места около трех метров — получалась при применении обеих совокупностей в один момент. По отдельности совокупности давали бoльшую погрешность — для GPS она в среднем составляла около пяти метров, для ГЛОНАСС — 13 -17 м».
Сверху видно все
- Вид с высоты. Фотография дрейфующей станции СП-36, снятая с высоты птичьего полета камерой, установленной на БПЛА
На СП-36 в первый раз в истории арктических изучений был опробован в работе легкий 5-кг БПЛА казанской компании «Эникс» с размахом крыла 140 см и радиусом действия 15 км (такой же аппарат будет нести вахту и на СП-37).
Действительно, он употреблялся прежде всего не для научных целей, а для безопасности станции и обеспечения жизнедеятельности — разведки ледовой обстановки около нее. В частности, аппарат весьма четко зафиксировал те трещины, каковые прошли по льдине СП-36 12 апреля, — они прекрасно просматривались на снимках. Методика применения БПЛА до тех пор пока еще отрабатывается, одна из компаний в Петербурге сотрудничает с ААНИИ в области привязки и обработки изображений, передаваемых с борта БПЛА.
Со временем планируется оснастить БПЛА разными датчиками для сбора научной информации (на станции уже экспериментировали с установкой аэрологических датчиков).
Домики на льдине
Дрейфующая станция представляет собой пара домиков, расставленных на льдине. Домики, именуемые ПДКО (Полярный дом Канаки-Овчинникова), планируют из щитов — слоев бакелитовой фанеры, между которыми проложен в качестве утеплителя толстый слой пенопласта. Щиты соединяются между собой особыми замками, в щели набивают утеплитель (войлок), и домик делается в полной мере пригодным для жилья.
Очевидно, при условии наличия отопления — или электрического (масляные калориферы и тепловентиляторы), или особых печек на керосине либо солярке.
Жизнь людей на станции в прямом смысле слова зависит от горючего — солярки для дизельных электростанций (ДЭС). Исходя из этого горючее берут с запасом — около тысячи бочек (около 180 т, за год было израсходовано около 110 т). Бочки распределяют по топливным депо — расставляют в разных местах льдины, на случай, в случае если часть горючего будет утрачена при происхождении трещин.
Энергию снабжают два 30 кВт дизеля ДЭС, каковые трудятся поочередно по 500 моточасов (до смены масла), еще один дизель стоит в дежурном режиме. также для ДЭС и тракторов, на станции имеется маленький запас бензина, на котором трудятся снегоходы, и авиационного топлива — это разрешает заправлять самолеты, прилетающие на станцию весной и летом.
Статья размещена в издании «Популярная механика» (№86, декабрь 2009).
<
h4>