Эра планетарного закипания: японские экспедиции раскрывают загадки океана, растапливающего шельфовые льды Антарктики

Тяжкий труд по наблюдению за «последним фронтиром планеты»

Антарктиду называют «последним неосвоенным рубежом планеты». На этой экстремально холодной земле с декабря 2023 года исследованиями и наблюдениями занимается японская 65-я антарктическая экспедиция в составе из 100 человек (под руководством профессора Национального института полярных исследований Хасиды Хадзимэ).

Автор этих строк ровно год назад тоже ступил на землю Антарктиды вместе с 64-й антарктической экспедицией для того, чтобы снимать материалы для передач телеканала «Фудзи тэрэби». На побережье были тюлени, пингвины, безупречно белые снежные буревестники и другая живность, а в море плавали айсберги всех форм и размеров, но стоило продвинуться вглубь континента – и мир вокруг радикально изменился. Во все стороны, насколько мог видеть глаз, простирались ледяные пустоши. Ни растений, ни животных, ни насекомых – только пустота без конца и края. Непрерывно дул ветер, и не было ни одного звука, кроме шороха, с которым снежинки и льдинки трутся о поверхность этой пустоши. А когда ветер вдруг затихал, кругом воцарялась абсолютная, немая тишина.

В феврале, в самый теплый период, температура воздуха составляет не выше минус 15 градусов Цельсия, а погода становится очень переменчивой. Однажды, когда я снимал работу членов экспедиции, нас застигла снежная буря. Под порывами ветра скоростью 20 метров в секунду стало казаться, что меня вот-вот унесет – при всем желании удержаться на месте вокруг было не за что ухватиться. Если бы мне не повезло, то меня действительно явно могло сдуть. Кое-как мне наконец удалось на четвереньках вернуться к снегоходу. Это был пугающий опыт. Как мне объяснили, риск для жизни подстерегает даже опытных полярников.

Конечно, благодаря современной экипировке и оборудованию исследовать Антарктиду стало гораздо безопаснее, и тем не менее внутренняя часть этого материка, где не удается выжить никаким животным, по-прежнему внушает достаточно сильный страх. А в повседневной жизни особенно досаждавшей проблемой была кожа вокруг глаз, сгоравшая под прямыми солнечными лучами, а также трещины на ногтях и губах из-за крайней сухости. Стоило поработать полчаса без солнцезащитных очков – и на следующий день боль была такая, что глаз не открыть. Таковы суровые условия, в которых приходится постоянно работать участникам экспедиций.

В былые времена в сердце Антарктиды добирались на больших санях, теперь же в основном ездят на крупных машинах-снегоходах, а в наиболее долгих поездках участникам приходится месяцами жить в такой машине

Участник экспедиции защищается от снежной бури, держась за веревку-«линию жизни»

«Труднейшее из трудных»: место, доставшееся Японии

Япония начала антарктические исследования в 1956 году. Поскольку о начале этой деятельности страна объявила всего 10 лет спустя после войны, страны Запада отнеслись к этому довольно прохладно. Как проигравшей в войне, Японии достался самый трудный из наиболее труднодоступных участков – восточная Антарктида, куда в то время было невозможно высадиться с ледоколов.

Организованная при поддержке многих предприятий, а также жителей страны, Первая экспедиция под руководством Нагаты Такэси высадилась в Восточной Антарктиде в заливе Лютцов-Холм и успешно основала базу «Сёва». В настоящее время судно для антарктических исследования того времени, которое называется «Соя», демонстрируют в Музее науки в токийском районе Одайба.

На следующий год Вторая экспедиция была вынуждена отказаться от высадки на континент, поскольку судно оказалось в ледовом плену. Предназначенные для использования в санных упряжках собаки остались более чем на год в ошейниках в Антарктиде, и было просто чудом то, что двум животным по кличке Таро и Дзиро удалось выжить. Этому радовалась вся Япония. Впоследствии история была экранизирована.

С тех пор японские экспедиции, помимо базы «Сёва», ведут свою деятельность с опорой и на другие базы, в частности, базу «Купол Фудзи» (открыта в 1996 году). За период вплоть до нынешней 65-й экспедиции, помимо первенства в открытии так называемой «озоновой дыры» – истончения в атмосфере над Антарктидой озонового слоя, защищающего нашу планету от ультрафиолетового излучения – Япония лидировала в сборе и анализе метеоритов, а также в сборе и анализе образцов льда из толщи ледового панциря, позволяющих получать данные об изменениях климата на протяжении десятков тысяч лет.

Антарктическая база «Сёва»

Исследование подводным роботом стремительного таяния шельфовых льдов

Японская деятельность по наблюдениям за Южным полюсом, которая продолжается около 70 лет, теперь стала важнее, чем когда-либо прежде. Это объясняется тем, что наибольшая часть антарктических льдов находится как раз на восточной стороне, где расположены японские базы.

Если антарктический ледовый панцирь (толстый слой льда, покрывающий континент) растает полностью, то уровень мирового океана, как утверждают, поднимется примерно на 60 метров, из которых 50 метров придется на лед, находящийся на восточной стороне. Понятно, насколько лед сосредоточен именно в этом месте. Ранее считалось, что восточная сторона антарктического панциря стабильнее и прочнее западной, но ситуация постепенно изменяется.

Одной из главных целей работы 64-й экспедиции, при которой состоял для сбора материалов автор этих строк, было выяснить механизм таяния льдов на восточной стороне. Принимавшие участие в этой экспедиции геолог Фудзии Масакадзу, доцент Национального института полярных исследований, специалст по роботам Ямагата Хирокадзу, исследователь Токийского университета, а также технический ассистент Ямамото Кадзу стали первой японской исследовательской группой, которая провела практическое обследование таяния льдов с использованием автономного подводного робота.

Целью обследования было получить данные о том, насколько быстро тает нижняя сторона шельфовых льдов, свисающая в море.

Подсчет объема таяния антарктических льдов производится в основном путем расчета их толщины на основе данных, получаемых со спутников, и высчитывания, насколько уменьшилась эта толщина. Но в последние годы выяснилось, что быстрее тает не лед на поверхности континента, а нижняя часть шельфовых льдов, подтачиваемых теплой океанской водой. Японские экспедиции пытаются определить скорость и объем этого таяния путем изучения океанских течений и температур океанской воды под шельфовыми льдами и расчета объемов энергии, растапливающей лед.

Вести обследование с помощью робота под огромной толщей льда – крайне непростая задача. При использовании проводного управления кабель застревает во льдах, что оборачивается невозможностью вернуть аппарат, поэтому единственный способ – полагаться на беспроводное управление. Но под водой очень трудно добиваться стабильной беспроводной связи.

Выход из этой ситуации – автономный робот, то есть, необходимо, чтобы аппарат передвигался, самостоятельно принимая решения, исходя из рельефа океанского дна, окружающей обстановки и других факторов. К тому же, в условиях, когда температура воды составляет около минус двух градусов, а при всплытии на поверхность существует риск обледенения аппарата, неизбежны поломки чуткого электронного оборудования.

Исследовательская группа добилась успеха в сборе данных о температуре льда под водой, рельефе морского дна и прочих условиях с использованием автономного подводного робота, раз за разом преодолевая все новые трудности, возникавшие на пути.

Практическое обследование таяния льдов 64-й антарктической экспедицией проводилось с использованием автономного подводного робота MONACA. После спуска с борта судна для антарктических исследований «Сирасэ», аппарат погружался под лед, где собирал данные о рельефе дна (справа внизу) и других условиях. MONACA – сокращение от Mobility Oriented Nadir AntarctiC Adventurer

Обнаружение гигантских воронок, растапливающих лед с морской стороны

Нынешняя 65-я антарктическая экспедиция тоже продолжает деятельность по выяснению механизма таяния льдов в Восточной Антарктике. При этом теперь Япония ставит целью исследовать самый большой в Восточной Антарктике ледник Тоттена. Из спутниковых и других данных ясно, что он является местом наибольшего таяния льдов Восточной Антарктики. Если же этот ледник растает полностью, то уровень мирового океана предположительно поднимется на 3-4 метра.

Исходя из данных совместного обследования океана вблизи ледника Тоттена, проведенного в 2017-2021 годах японо-австралийско-американской группой специалистов, доцент Токийского университета морских наук и технологий Мидзобата Кохэй и его коллеги обнаружили, что в океане имеется несколько гигантских воронок, вращающихся по часовой стрелке, которые направляют к леднику теплые океанские воды.

Высота этих воронок – от морского дна до самой поверхности, а диаметр составляет 150-200 километров, при этом они продолжают находиться на одном месте, практически не сдвигаясь. Причины образования этих воронок невозможно понять без более подробного исследования рельефа океанского дна.

Есть вероятность того, что такие же воронки обнаружатся и в других водах близ Антарктиды, и чем больше воронок удастся выявить, тем легче будет предсказать скорость таяния льдов. Но температура поступающей теплой воды в воронках не является постоянной, поэтому одной из задач выступает сбор данных об изменении температуры с годами, счет которых идет на десятилетия.

Верное определение скорости таяния льдов в стремлении к пониманию морского механизма, растапливающего шельфовые льды, как ожидается, приведет к повышению точности прогнозирования изменений климата, а также уровня мирового океана.

Прогнозирование изменений окружающей среды путем сбора образцов льда возрастом миллион лет

В настоящее время в японских антарктических исследованиях, помимо разгадывания механизма таяния льдов в восточной части Антарктиды, большое внимание уделяется и сбору «ледовых кернов» – старейших на планете образцов льда.

«Ледовые керны» – это цилиндрические образцы льда, извлекаемого из ледового панциря. Этот лед образовался в результате толстых наслоений снега, выпадавшего в Антарктиде. Такие керны называют «капсулами времени» за то, что они содержат захваченные снегом частицы из атмосферы давностью в сотни тысяч лет, а эти частицы дают возможность судить о том, как в то время сменялись сезоны, какая была температура воздуха, каким был состав и другие параметры атмосферы.

В 2006 году Япония извлекла из ледового панциря с глубины около 3 тыс. метров лед возрастом 720 тыс. лет, а теперь стремится получить ледовый керн еще большей давности – более 1 млн лет. Место бурения находится в материковой части Антарктиды поблизости от базы «Купол Фудзи», причем только для определения места проведения этих работ потребовалось шесть лет.

Использование слова «Фудзи» в названии базы объясняется тем, что толщина льда в этом месте сопоставима с высотой горы Фудзи – составляет около 3.700 метров. Исследователи полагают, что на глубине около 2.700 метров есть возможность откопать образцы льда, образовавшегося миллион лет назад.

Ученые намереваются, проанализировав климат миллионнолетней давности, узнать, насколько Земля покрывалась льдом во время ледниковых периодов, насколько поднимался уровень океана между ледниковыми периодами, а на основе этих знаний спрогнозировать изменения окружающей среды из-за климатических изменений, происходящих в настоящее время.

Периодичность ледниковых и межледниковых периодов во времена давностью 16-12 млн лет назад составляла 40 тыс. лет, а в настоящее время она сильно отличается, составляя 100 тыс. лет. Какой механизм привел к таким изменениям цикличности? Ожидается, что получение образцов льда миллионнолетней давности позволит понять этот механизм. При благоприятном ходе реализации проекта образцы планируется получить до 2028 года.

Работы, в ходе которых в 2006 году был получен образец льда возрастом 720 тыс. лет (снимок предоставлен Национальным институтом полярных исследований)

Яркие живые существа на морском дне возле базы «Сёва»

В ходе работы 64-й экспедиции 2022-2023 годов исследовательская группа под руководством профессора Киотского университета Итикавы Котаро провела биологическое обследование океанского дна и до сих пор продолжает заниматься анализом полученных результатов. Сопровождавшая исследователей съемочная группа, участником которой был и автор, также добилась успеха в своей работе: наш телеканал впервые провел съемку морского дна близ базы «Сёва» с использованием подводного дрона. В результате удалось запечатлеть богатое биологическое разнообразие и показать, что там обитают яркие, красочные существа.

Среди пойманной исследователями рыбы сёвагису (эндемичный антарктический вид нототении) у одной из особей во рту обнаружилось большое количество икры. Итикава с коллегами занимаются подробным исследованием, предполагая, что столкнулись с феноменом поедания собственной икры, наблюдаемым у организмов, которым приходится выживать в условиях с особенно скудной питательной базой.

По словам Итикавы, аналогичных исследований, предметом которых послужили обитатели подледного участка моря в месте, где льды поглощают 99% солнечного света, почти нет. Ученые продвигаются к выяснению ответа на вопрос о том, как антарктические рыбы переживают зиму в среде, где столь сильно отличаются зимние и летние условия. Исследователи выдвинули теорию, согласно которой зимний период эти рыбы проводят в состоянии, близком к спячке.

(В центре) эндемичный антарктический вид рыбы – нототении сёвагису у морского дна близ базы «Сёва»

«Умисида» – коматулида из семейства иглокожих которая плывет с распущенными руками, подобна цветку

«Котокурагэ» – не плавающая медуза, которая добывает пищу, выпуская из желтого тела белые щупальца

К решению проблемы глобального потепления

В ноябре 2011 года, побывав на Южном полюсе в преддверии Международной конференции участников рамочной конвенции по борьбе с изменением климата (COP28), генеральный секретарь ООН Антониу Гутерриш поднял вопрос об опасности таяния льдов и призвал лидеров всех стран действовать для того, чтобы сдержать глобальное потепление.

Хотя генсек ООН и бьет тревогу, говоря о том, что планета «закипает», вряд ли можно утверждать, что весь мир уже объединился в борьбе с глобальным потеплением. А между тем в прошлом человечеству уже доводилось согласованно действовать для того, чтобы защитить окружающую среду. В 1980-х годах, когда японская экспедиция обнаружила озоновую дыру в атмосфере над Южным полюсом, страны всего мира ощутили угрозу и успешно выработали международные правила, ограничивающие производство и потребление фреона и других разрушителей озонового слоя. Эти меры принесли свои плоды, и в январе 2023 года Программа окружающей среды ООН объявила о том, что она ожидает восстановления озонового слоя через несколько десятилетий.

Специалисты продолжают исследования, связанные с изменением климата, и когда они не оставят места для дискуссий о причинах и механизмах потепления, человечество наверняка сможет еще раз объединиться и двинуться по пути, ведущему к решению проблемы. Японские антарктические экспедиции, взяв на себя часть этих исследований, продолжают самоотверженную работу на континенте, где температура воздуха иногда опускается почти до восьмидесяти градусов ниже ноля.

Часть состава 64-й антарктической экспедиции (под руководством профессора Национального института полярных исследований Имуры Сатоси), которую сопровождала съемочная группа «Фудзи тэрэби», в том числе автор статьи. «Зимовочная» часть 64-й экспедиции в составе около 30 человек, продолжавшая работу весь зимний сезон, в ходе специальной церемонии 1 февраля 2024 года передала эстафету 65-й экспедиции, и отправляется на родину, завершив более чем годичное пребывание в Антарктике

Все изображения, за исключением схем, взяты из передачи телеканала «Фудзи тэрэби» под названием «Последний фронтир планеты: таинственный мир Антарктиды глазами съемочной группы».