|
Фундаментальные проблемы геофизики, геодезии, океанологии, исследования
атмосферы Земли и околоземного космического пространства МГГ в полярных и ледниковых областях Земли Земля и Вселенная №4/2007
Эмблема
МГГ
академик Институт
географии РАН Полярные области Земли и ледники сближают природу нашей планеты с
природой космического пространства, в котором царит вечный холод. Оболочка
холода (криосфера) окружает и Землю. Она включает в себя те значительные части
атмосферы, гидросферы и литосферы, где господствуют отрицательные и близкие к
температуре 0°С.
С криосферой можно встретиться на всех материках Земли, даже в Африке. Поэтому
ее полноценное изучение должно быть (как, впрочем, и других геосфер) глобальным
и интернациональным. Не случайно именно во владениях «Криоса», в Арктике
впервые зародилась и начала осуществляться идея международного сотрудничества в
области наук о Земле. «Окружить полярную область кольцом
станций…» С того момента, когда дизельэлекроход «Обь» подошел к ледяному припаю Антарктиды в январе 1957 г. начался Международный геофизический год полярников и гляциологов, хорошо помнивших предысторию глобального научно мероприятия 1950-х гг. Доклад Карла Вайпрехта на съезде естествоиспытателей и врачей в Граце в
1875 г назывался «Основные принципы арктических исследований». Австрийский
геофизик, год назад вернувшийся из арктической экспедиции, случайно открывшей в
конце двухлетнего ледового дрейфа архипелаг Земля Франца Иосифа (Земля и
Вселенная, 1993, № 5) предложил организовать в Арктике совместные исследования
ряда стран по единой программе: «Окружить полярную область кольцом станций, на
которых производились бы одновременно в течение одного года, при помощи
одинаковых приборов и одинаковыми методами различные наблюдения». После обсуждения на двух конференциях – в Гамбурге и Берне – этот план
утвердили в 1881 г. в Санкт-Петербурге представители научных кругов 11 стран
Европы и Америки, собравшиеся под председательством тогдашнего директора Главной геофизической
обсерватории российского академика Г.И. Вильда. Совместные научные работы в
полярных областях Земли согласились провести Австрия, Великобритания, Германия,
Голландия Дания, Канада, Норвегия, Россия, США, Франция и Швеция. 13 станций
организованы в северном полушарии и всего две – в Южном (в Антарктиде). Россия
проводила наблюдения на двух станциях: Малые Кармакулы на Новой Земле и
Сагастырь – в устье Лены. Ровно полвека спустя опыт совместных
полярных исследований повторили вчетверо больше стран. Во 2-ом МПГ в Арктике
работало 27 станций, в Антарктике – 7. Россия организовала 17 полярных станций.
Был совершен первый в истории переход через полярные моря, вдоль берегов Сибири
из Мурманска во Владивосток на ледокольном пароходе «Сибиряков» за одну
навигацию (Земля и Вселенная, 2002, № 2), открылось регулярное плавание судов
по Северному морскому пути. В начале 1930-х гг. произошло
становление географо-геофизической науки о природных льдах Земли – гляциологии. Считавшаяся до того частью гидрологии, она сформировалась
на стыке географии, гидрологии, геологии и геофизики. Во 2-ом МГГ работало несколько гляциологических
станций. На антарктическом шельфовом леднике Росса была тогда основана
американская научная база «Литтл-Америка». Ее начальник Ричард Бэрд (будущий
адмирал и руководитель ряда экспедиций в Антарктику) в одиночестве зимовал в
центральной части ледника, установив радиосвязь с советским радистом Э.Т.
Кренкелем, зимовщиком станции МГГ «Бухта Тихая» на Земле Франца – Иосифа. Был
поставлен рекорд дальности связи. Во 2-м МПГ сформировалась система
сбора информации о природе Арктики и ее влиянии на соседние регионы. Более 100 ледниковых станций МГГ В
1870-е гг. стали вырисовываться многие глобальные проблемы естествознания,
решение которых было не под силу отдельным странам. Там это было особенно
актуально. Становилось ясно, что для многих наук исследования не могут быть
ограничены лишь полярными областями. Необходим был переход на глобальный
уровень. Это касалось и гляциологии, объект которой – ледники – присутствует на
всех широтах и во всех частях света, даже в Африке. Во
2-м МПГ существовал план советской экспедиции в Антарктику: предполагалось
создать станцию на о. Петра I и провести комплекс
океанографических и гляциологических исследований с аэрофотосъемкой побережья в
районе моря Росса. Однако этот план реализовать не удалось. Зато большие
исследования в период Второго МПГ были проведены на ледниках Арктики, Кавказа,
Урала, Тянь-Шаня, Памира и Алтая; на леднике Федченко на высоте 4300 м над
уровнем моря была основана самая высокогорная на Земле станция. Материалы
гляциологических исследований, проводившихся во 2-м МПГ обобщил географ и
гляциолог С.В. Калесник в книге «Горные ледниковые районы СССР» (1937 г.).
Горный узел в районе ледника Федченко на Памире, где
находилась самая высокогорная научная станция периода МГГ, выполнявшая комплекс
гляциологических исследований. Благодаря проведению 2-го МПГ, многое стало ясно в закономерностях размещения ледников в
Арктике и в горах, но оставались не решенными вопросы их взаимодействия с современными климатическими условиями.
Поэтому, когда в начале 1950-х гг. началось планирование следующего полярного года, непременно была
учтена и гляциологическая тематика. Она по праву заняла заметное место в
программе Международного геофизического года. Период МГГ растянулся на 30 месяцев. Комплексными
исследованиями был охвачен весь земной шар – от Северного полюса до Южного,
включая Мировой океан, атмосферу, ионосферу и литосферу. Исследователи 67
стран-участниц на 4 тыс. станций вели геофизические наблюдения по единым
программам и близким методикам. Гляциологические
исследования включили в свои национальные программы 26 стран, организовавших
103 ледниковые станции, несколько дрейфующих станций на морских льдах и
множество экспедиций. В Северном полушарии функционировали 54 гляциологические
станции, в Южном – 49, из них в Северной полярной области располагалась 31
станция, а в Антарктиде – 39. Самые обширные исследования ледников выполнили
Советский Союз и США, имевшие каждая 17 станций: 11 на своей территории и 6 – в
Антарктиде. В СССР стационарные гляциологические наблюдения были поставлены на
Земле Франца-Иосифа, Новой Земле, Полярном Урале, Эльбрусе, ледниках Федченко
на Памире, Карабаткак на Тянь-Шане, Центральный Туюксу в Заилийском Алатау,
Актру на Алтае, в горах Сунтар-Хаята, в Хибинах и под Москвой – в Загорске. В
Антарктиде гляциологические работы выполнялись на советских станциях Мирный,
Пионерская, Восток-1, Комсомольская, Восток и Советская.
Поселок Мирный, основная база российских исследований
в Антарктиде в период Международного геофизического года. 1957 г. Нашим
исследователям, доставленным в Центральную Антарктиду санно-гусеничными
поездами, предстояло впервые провести длительную полярную ночь на станциях
Пионерская, Комсомольская, Восток в высокогорье с 70–80-градусными морозами. Но
ежедневно в любую погоду, даже при ураганном ветре, запускали метеорологические
шары-зонды, измеряли магнитное поле Земли, изучали особенности распространения
радиоволн, накопление и перенос снега, выходили на связь и передавали все эти
сведения. А с других концов Антарктиды в центры сбора информации аналогичные
данные поступали от американских полярников со станции Амундсен-Скотт,
расположенной на самом Южном географическом полюсе, с баз Литл-Америка и
Мак-Мердо, со станций Элсуэрт и Уилкс на побережье, с внутриконтинентальной
станции Бэрд. Непрерывно приходили сведения о проводившихся наблюдениях от
британских геофизиков со станций Шеклтон и Халли-Бей, австралийских – со
станций Маусон и Дейвис, французских – со станций Дюмон д’Юрвиль и Шарко,
бельгийских – со станции Король Бодуэн, японских – со станции Сёва. Становление отечественной гляциологии Международный
геофизический год сыграл решающую роль в
превращении гляциологии из узкой академической отрасли в широкую науку геофизического профиля,
соединенную многими цепочками связей с науками о верхней атмосфере, океане и
«твердой земле».
Тягачи на старте внутриконтинентального
санно-тракторного похода, стартовавшего в пос. Мирный. 1957 г. Главными
достижениями МГГ в области гляциологии было расширение районов исследований,
применение новых методов, получение одновременных данных о состоянии ледников в
разных частях Земли, начало непрерывных систематических наблюдений за режимом
ледников. Были уточнены данные об общей массе льда на Земле – это около 30 млн.
км3. Гляциологи установили, что, хотя некоторые ледники
увеличиваются в размерах подавляющее их большинство сокращается, как и вообще оледенение планеты. Они исследовали
влияние оледенения на климат и климата на ледники. Научные результаты
наблюдений МГГ, полученные в СССР, изданы более чем в 120 томах серии
«Материалы гляциологических исследований» и поступили на хранение в мировые
центры геофизических данных по гляциологии, находящиеся в Москве, Боулдере
(США) и Кембридже (Великобритания). В настоящее время наиболее важные из этих
данных, собранные и опубликованные еще в докомпьютерное время, переводятся в
цифровую форму.
Первая карта годовой аккумуляции на
ледниковом покрове Антарктиды, построенная в основном по данным, полученным в
период МГГ. Гляциологи нанесли на нее данные о
распределении снежной аккумуляции, питающей ледниковый щит. Оказалось, что
центральной части материка поступление снега (как и его таяние) практически
отсутствует. Антарктический щит «живет» своей окраиной. После МГГ начался новый, современный этап в развитии гляциологии, приведший к широкому фронту исследований и решению ряда научных и научно-прикладных проблем изучения снега и льда глобального значения. С середины 1950-х гг. вошли в практику круглогодичные наблюдения на ледниках, охватывающие избранные ледники в целом, особое внимание было обращено на процессы массообмена и влияния льдов на климат Земли и их участие в глобальном круговороте воды.
Снегосъемка на южном склоне Эльбруса.
Ледовая База на высоте 3700–4100 м над уровнем моря – одна из 100 научных станций
периода МГГ. 1959 г. Обобщение данных мировой сети наблюдений позволило сделать выводы о
соответствии ледников современному климату, высокой интенсивности оборота массы
ледников даже в континентальных районах, трансформации структуры водного и
теплового баланса ледников при изменении континентальности климата, о связи
изменения режима ледников с изменениями форм циркуляции атмосферы. С 1965 г.,
по завершении обработки материалов МГГ, советские гляциологи приняли участие в
программах Международного гидрологического десятилетия, прежде всего в
каталогизации ледников и выполнении Международной программы наблюдений за
колебаниями ледников. В составлении Всемирного каталога ледников пионером был
Советский Союз. В 1965–1982 гг. издано более 60 книг Каталога ледников СССР,
охватывавших все современное оледенение нашей страны: от арктических
ледников-куполов до горных ледников умеренных широт (Земля и Вселенная, 1991, №
1). Каталог – важнейший банк данных для оценки ресурсов, осадков и стока в
высокогорных и полярных регионах. Ныне его данные переведены в цифровую форму и
хранятся в Мировом центре данных по гляциологии в Боулдере (США). Наблюдения за колебаниями ледников Важное
направление, начавшее развиваться в период МГГ – организация наблюдений за
постоянно происходящими колебаниями ледников, то есть изменениями их размеров
(площади, длины, толщины, положения концевых частот) и формы, обычно
сопровождающимися наступанием или отступанием их концов. Со второй половины XIX в.
ведутся наблюдения за положением концов ледников, а с 1945 г. – регулярные
измерения баланса массы и его составляющих. В 1963 г. в основу наблюдений за
колебаниями ледников была положена программа Международной комиссии снега и
льда, а в 1973 г. принята собственная программа, разработанная в СССР под
руководством выдающегося советского гляциолога П.А. Шумского. Она
предусматривала работы на ледниках трех классов, различающихся по степени
детальности. Детальные
наблюдения первого класса проводились на четырех ледниках: Обручева на Полярном
Урале (Институт географии АН СССР), Абрамова на Алайском хребте
(Среднеазиатский гидрометеоинститут в Ташкенте), Центральном Туюксуйском в
Заилийском Алатау (Сектор географии АН Казахской ССР) и Карабаткак на хребте
Терскей Алатау (Тянь-Шанская физико-географическая станция АН Киргизской ССР).
Работы по второму классу планировались на 15 ледниках, а по третьему классу –
более чем на 150 ледниках, причем широко использовалась космическая информация. Пик
наблюдений за колебаниями ледников в СССР пришелся на 1970–1980-е гг., а затем
из-за нехватки средств и многих других причин их активность снизилась. Тем не
менее получено много новых данных, не известных до этого времени. В середине
1960-х гг. толчок к развитию гляциологии дало решение ЮНЕСКО о Международном
гидрологическом десятилетии (МГД) и продолжившей его Международной
гидрологической программе (МГП), в которую была включена подпрограмма
наблюдений в репрезентативных горно-ледниковых бассейнах. Охвачен период с 1965
г. до 1974 г. Совместное изучение балансов льда, воды и тепла в избранных
бассейнах ставило целью познать механизм формирования стока с ледников, выявить
связь его колебаний с изменениями климата и дать прогноз этого стока. Подобные
наблюдения проводились с 1966 г. на семи бассейнах: три – на Кавказе, два – в
горах Средней Азии и по одному на Алтае и Полярном Урале. Все эти бассейны
расположены в пределах двух «мировых цепей» подобных наблюдений, охватывавших
весь земной шар вдоль 60–70° и 40–50° с.ш. В эти годы в СССР достигнуты большие успехи в оценке состояния ледниковых
систем методами полей ряда географических параметров и по эталонным наблюдениям
за колебаниями ледников и балансом тепла, льда и воды в избранных ледниковых
бассейнах. Выявлены условия формирования стока и многолетние ряды составляющих
баланса, их изменчивость, подобие полей, большая роль фирнового и
внеледникового стока, построены модели трансформации абляции в гидрографы
стока. Начато создание основ глобального и регионального гляциологических
прогнозов. Глобальный характер таких прогнозов, необходимость учета широкого
диапазона условий делают неизбежным использование мировых данных и участие в
международных программах. Большой прогресс достигнут в использовании космических съемок и
наблюдений – от открытия ледников и наблюдений за развитием быстрых подвижек
ледников, называемых гляциологами «сёрджами» (Земля и Вселенная, 1992, № 5) до
оценки составляющих баланса массы ледников. Широкую международную поддержку
получил Атлас снежно-ледовых ресурсов мира – обобщающий труд в области ресурсов
снега и льда, изданный в нашей стране в 1997 г. (Земля и Вселенная, 2000, № 1). Наука о всех природных льдах Результатом международного сотрудничества уже после МГГ по ряду новых
проектов стало оформление гляциологии как науки о всех видах природных льдов,
что соответствовало запросам практики и привело к быстрому росту социальных
заказов в гляциологии. Как следствие, высокого уровня достигли успехи в области
инженерной гляциологии, в частности разработаны методы искусственного спуска
снежных лавин и гляциальных селей, снегозадержания, ледокольные маршруты в
Арктике и Антарктике, противозаторные мероприятия на реках, противоналедные
меры при дорожном и других видах строительства. Внедрены в практику метод
факельного намораживания льда, на порядок более эффективный по сравнению с
методом тонкослойного налива, а также принципы комплексного
инженерно-гляциологического описания и картирования территории для
малоисследованных районов Земли, в том числе с использованием космической
информации. На стыке гляциологии с четвертичной геологией и палеогеографией возникла
и развилась новая научная дисциплина – палеогляциология, предметом которой
служат ледники и ледниковые покровы прошлого, а также другие формы природных
льдов, рассматриваемые в их взаимодействии с атмосферой и океаном. Обоснованы
новые представления о географии древних оледенений Земли. Если раньше
считалось, что ледниковые покровы возникали только на суше, то теперь доказано,
что в высоких широтах обоих полушарий оледенения охватывали также
континентальные шельфы, а древнеледниковые покровы представляли собой
объединения наземных и «морских» ледников, их сложные динамические системы. Открыта сущность механической неустойчивости «морских», находящихся под
воздействием обильных циклонических осадков ледников, и выяснена роль
катастрофических процессов в их развитии. На этой основе выдвинута гипотеза о
вероятности быстрого распада ледникового щита Западной Антарктиды в случае
значительного глобального потепления, предсказываемого климатологами на
ближайшие десятилетия. Один из основных источников подобных идей – научные результаты исследований Антарктиды, начатых в период МГГ (Земля и Вселенная, 1999, № 4). Именно Антарктида является ареной наиболее плодотворного международного сотрудничества ученых в самых разных областях геофизики. В этой связи следует отметить проект КЛИМАП (Климат Антарктиды и палеогляциология), который впервые связал палеогляциологию с важнейшими глобальными проблемами человечества, прежде всего с энергетической и экологической. Криосферный блок оказался одним из ведущих в системе океан – атмосфера – криосфера – биосфера. Стало ясно, что оледенения формируются сравнительно медленно, а на стадии дегляциации существовали раньше и возможны в будущем (при резком антропогенном потеплении) быстрые «распады» гидростатически неустойчивых участков ледниковых покровов. Это обстоятельство важно учесть к моменту практического освоения энергии термоядерного синтеза. Ближайшее будущее гляциологии видится в соединении ее динамической и
изотопно-геохимической отраслей, широком развитии гляциогидроклиматологии,
внедрении дистанционного зондирования и космической информации, применении
физического, математического и картографического моделирования. Такие
возможности появятся уже в ближайшее время с проведением (спустя 50 лет после
МГГ) – следующего Международного полярного года. И все-таки снова МПГ Международный полярный год 2007–2008 (такое официальное название было
принято по договоренности между Всемирной метеорологической организацией – ВМО
и Международным советом науки – МСНС) только-только начался, но уже имеет свою
историю. 14-й Всемирный метеорологический конгресс – высший орган ВМО – в мае
2003 г. одобрил инициативу России о проведении МПГ в 2007–2008 гг. В сентябре
2003 г. ВМО и МСНС договорились действовать как спонсоры Международного
полярного года, а в ноябре 2004 г. создали Объединенный комитет по МПГ, главная
задача которого – руководство и координация подготовки и проведения
Международного полярного года 2007–2008. Основная тематика МПГ сформулирована следующем образом: определить
современное состояние природной среды в полярных регионах; оценить и понять
изменения окружающей среды и состояния здешнего народонаселения в прошлом и
будущем. Намеченные исследования призваны улучшить понимание связей и
взаимодействия во всех масштабах между полярными регионами и остальной частью
планеты. Следует изучить новые рубежи науки в полярных регионах; использовать
уникальное их положение и создать обсерватории по изучению процессов,
происходящих внутри Земли, на Солнце и в космосе. Научные проекты МПГ 2007–2008 охватывают многие области знаний:
геофизику, геологию, метеорологию, океанологию, гляциологию, биологию, экологию
и социальные науки. В связи с тем, что МПГ 2007–2008 проводится в период после
научно-технической революции, технические, логистические и коммуникационные
средства будут существенно отличаться от тех, что использовались в МГГ. Теперь
на вооружении ученых искусственные спутники Земли, измеряющие параметры
состояния окружающей среды, мощные самолеты, вертолеты, ледоколы,
научно-исследовательские суда, автоматические погодные станции, заякоренные и
дрейфующие буи. Эти технические средства вместе с Интернетом и иерархией
компьютеров создают ту уникальную техническую базу исследований, о которой не
смели и мечтать ученые периода МГГ. Для получения новых результатов потребуется расширение существующих и
создание новых сетей наблюдения за процессами, происходящими в окружающей
среде. Подобные работы предусмотрены в ряде проектов МПГ, таких, например, как
«Международная система наблюдений за атмосферой в Арктике», «Создание обширного
набора данных в период активной фазы МПГ в Антарктике для научных и прикладных
исследований». Наблюдательные системы, установленные в период МПГ, как
интегральная часть существующих глобальных систем наблюдений, призваны
обеспечивать ученых и лиц, принимающих решения, реальной информацией об
эволюции полярных регионов в последующих десятилетиях. Исследования по программе Международного полярного года 2007–2008 –
важные продолжение международного сотрудничества, с таким успехом начатого 50
лет назад, во время Международного геофизического года. Успех МПГ будет
способствовать фундаментальному прогрессу в научном освоении полярных областей.
Он станет важным стимулом в развитии экономики арктических районов, особенно в
области добычи нефти и газа, морской и речной навигации. Созданы научные основы
для устойчивого развития благоприятных социальных условий для местного
населения. Тем самым упрочится положение России как ведущей полярной державы. |
В.М.
Котляков,
