26_kamchansky - Лаборатория криологии почв

ПЕРВАЯ ПОЛОСА НАУКА И ТЕХНИКА ЗАКРЫТЬ
07.07.10
Наука и техника: Естественные науки • Экология
Камчатский филиал Марса
Татьяна Σ Пичугина
В 2016 году Европейское космическое агентство планирует послать к Красной планете
аппарат «Экзо-Марс», предназначенный для поиска следов жизни. Искать их будут в
приповерхностных слоях грунта, для чего спускаемый аппарат будет оборудован
компактной буровой установкой. Задача эта технически непростая. Пока же на Марсе
удалось выкопать только несколько небольших шурфов.
«Мы знаем, как бурить на Марсе, – заявляет Андрей Абрамов, геокриолог из Пущино, и
улыбается. – Точно так же как на склонах вулканов Камчатки, в районе распространения
многолетнемёрзлых пород». Похоже, он знает, о чём говорит. Андрей начал работать в
полярных районах ещё студентом, теперь он – вице-президент сообщества молодых
исследователей геокриологов (PYRN) при Международной ассоциации геокриологов. В
2009 году он защитил кандидатскую диссертацию на геологическом факультете МГУ по
теме вечной мерзлоты в условиях активного вулканизма, а недавно выступал с докладом
на конференции по итогам Международного полярного года (МПГ) в Осло.
Идея бурить мерзлоту на Камчатке возникла в 2002 году. Интерес исследователей был
связан с теплолюбивыми микроорганизмами (термофилами) – могут ли они при
извержениях попадать в мерзлоту и там сохраняться? Андрей, тогда ещё студент, приехал
с коллегами из Института физико-химических и биологических проблем почвоведения
РАН (ИФХиБПП) на вулканы Ключевской группы, чтобы посмотреть, что это за место и
как там можно работать. Понравилось – ландшафт практически марсианский,
температурный режим грунтов, конечно, отличается, но по составу они, скорее всего,
близки к грунтам Красной планеты. Первые результаты обнадёжили: выделенные из
мёрзлых вулканических отложений микроорганизмы отлично себя чувствовали как при
околонулевых температурах, так и при +75 градусах Цельсия. Это дало возможность
продолжить исследования при поддержке Астробиологического института NASA.
Сама по себе мерзлота на вулканах кажется нонсенсом.
Однако она может присутствовать на склонах 30
процентов активных вулканических построек в мире, в
том числе на Гавайских островах, в Новой Зеландии,
Японии.
Есть многолетнемёрзлые породы и на склонах вулкана Эребус в Антарктиде, несмотря на
то, что в его кратере находится лавовое озеро. Раньше геокриологи не обращали внимания
на мёрзлые грунты на вулканах, потому что эти районы не интересны с инженерной точки
зрения, осваивать их в ближайшее время никто не собирается. В сущности, про
многолетнюю мерзлоту на вулканах ничего не было известно, рассказывает Андрей
Абрамов.
У сотрудников лаборатории криологии почв ИФХиБПП большой опыт работы. Они
бурили мерзлоту по всей Арктике и в Антарктиде, но вулканами занялись впервые.
Формирование многолетнемёрзлых пород на вулканах Ключевской группы начинается с
высот более 900 метров над уровнем моря, где температуры воздуха довольно низкие.
Мерзлота сковывает продукты извержений, формирующие склоны.
«Это один из возможных аналогов ландшафтов и экосистем на Марсе, именно здесь в своё
время тестировали отечественные луноходы и марсоходы. Подобные экосистемы могут
существовать и на Европе, спутнике Юпитера», – объясняет учёный.
Судя по снимкам, доставленным межпланетными аппаратами, большая часть поверхности
Марса сложена вулканогенными отложениями, а в его приполярных областях Mars
Express обнаружил молодые шлаковые конуса – вероятно, это следы недавней активности.
При этом химический состав марсианских отложений весьма близок к камчатским
базальтам. Вблизи поверхности в районе полюсов Марса содержится лёд. Это установили
в 2002 году по данным о потоках эпитепловых нейтронов, а затем и прямыми
наблюдениями с аппарата Phoenix.
Вид на южную часть Ключевской группы вулканов с вершины вулкана Безымянный. Это территория распространения многолетней мерзлоты (Фото Андрея Абрамова)
Даже лишайники здесь напоминают о внеземных формах жизни (Фото Андрея Абрамова)
Вес рюкзаков приближается к 30 килограммам, так как нужно нести с собой научное оборудование. Вот так по склонам геокриологи ходят две недели, пока не снимут данные со всех скважин (Фото
Андрея Абрамова)
Долгие переходы скрашиваются калейдоскопом цветов в окружающих ландшафтах, так похожих на марсианские (Фото Андрея Абрамова)
Стены ледяной пещеры в склоне вулкана сформированы несколько тысяч лет назад (Фото Андрея Абрамова)
Склоны самого высокого и активного вулкана Евразии, Ключевской сопки, скованы многолетней мерзлотой. Интересно, что на дне кратеров некоторых конусов мерзлота отсутствует из-за
повышенного накопления снега (Фото Андрея Абрамова)
Вулканы это не только раскалённые потоки лавы, но и бескрайние ледяные просторы (Фото Андрея Абрамова)
«Мёрзлые шлаки района Ключевской группы пригодятся и космическим физикам для
полевого тестирования нейтронных детекторов. Имеющиеся у нас данные по скважинам
помогут интерпретировать данные дистанционных замеров, что необходимо для создания
моделей распределения влаги в марсианских грунтах. Такие работы мы ведём с ИКИ РАН,
но пока есть трудности с вывозом в поле источника излучения», – объясняет Абрамов.
На Земле термофильные микроорганизмы живут в самых экстремальных точках – на
вулканических постройках, вокруг лавовых озёр, в гейзерах, «чёрных курильщиках» на
дне океанов. Если на Красной планете когда-то жили микроорганизмы, то они, вероятно,
были термофильными, то есть обитали при высоких температурах. Потом условия
изменились, грунт замёрз, но микроорганизмы могли сохраниться, впав в состояние
покоя. Как долго они могут оставаться там жизнеспособными? Этот вопрос тоже волнует
исследователей.
При положительных температурах в соляных толщах Австрии обнаружены микробы,
изолированные в течение последних 220 миллионов лет. Жизнеспособные
микроорганизмы обнаружены и в янтаре возрастом до 25–30 миллионов лет. А что будет
при отрицательных температурах? Самые древние мёрзлые породы геокриологи
планируют добыть в Антарктиде.
Теоретически там можно найти микроорганизмы,
которые замёрзли почти 30 миллионов лет назад.
Для сравнения: возраст самых древних бактерий, обнаруженных в Арктике, – 3 миллиона
лет.
«В середине 90-х заведующий нашей лабораторией Давид Гиличинский вместе с
учёными из Новой Зеландии и США уже бурил в Сухих долинах в Антарктиде. Теперь мы
хотим повторить эти эксперименты с использованием новейших технологий
датирования», – отмечает Абрамов.
В Антарктиду Андрей попадёт нескоро. Сначала в июле–августе его ждёт экспедиция на
Землю Франца-Иосифа на ледоколе «Михаил Сомов». В сентябре – работа на
Астробиологической конференции в Пущино, потом – снова Камчатка. И только зимой он
отправится на шестой континент бурить вечную мерзлоту в составе Российской
Антарктической экспедиции, а там и о совместных работах с Новой Зеландией, возможно,
удастся договориться.
Мерзлота не собирается пока таять
«Основные данные, которые мы получаем из скважин помимо керна пород, – это
температура мёрзлого грунта. Чтобы сделать замеры, приходится бурить на глубину 10–25
метров. Мы опускаем в скважину датчики измерения температуры, которые производят
замеры несколько раз в день. Таким образом, мы изучаем температурный режим
территории», – продолжает рассказывать Андрей Абрамов.
За 8 лет он с коллегами создал в районе вулканов Ключевской группы сеть скважин и
площадок для замеров сезонного таяния. Эти работы стали частью международных
программ Thermal State of Permafrost и Circumpolar Active Layer Monitoring и в качестве
проекта «Мониторинг температурного поля извергающихся вулканов» вошли в
исследования Международного полярного года. Полигон на Камчатке послужил не только
для поиска замороженных бактерий, но и для решения глобальной задачи – детального
описания криосферы Земли на текущий момент.
Одним из следствий глобального потепления называют повсеместное таяние вечной
мерзлоты. До сих пор это остаётся больше теоретическим предположением. Сведений о
таянии вечной мерзлоты не много, а их связь с потеплением климата не всегда
прослеживается. В ходе МПГ изучению криосферы Земли посвятили несколько проектов,
из которых «Термическое состояние мерзлоты» (Thermal State of Permafrost) – самый
крупный. Исследователи измеряли температуру мёрзлых пород в различных точках
земного шара и фиксировали её изменения. Постепенно они планируют наладить систему
скважин по всему миру, чтобы получать с их помощью данные о температуре в реальном
времени.
То есть делать мгновенный снимок – snapshot –
криосферы Земли.
Идея пока далека от реализации, собирать данные из скважин приходится 1–2 раза в год,
наведываясь к ним лично.
В ходе экспедиций на Камчатку Андрей Абрамов получил несколько важных результатов,
которые изложил в своей диссертации. Так, он объяснил, почему на вулканах образуется
мерзлота и почему она не тает: «Вулканические породы – пористые, поэтому они служат
хорошим теплоизолятором. Если извержение произошло зимой, и пирокластический
материал выпал на промёрзшие склоны, то он препятствует таянию, под ним начинает
образовываться мерзлота, которая не тает годами. Есть пример из истории. Вулкан
Толбачик извергался в 1975–1976 годах, он засыпал окрестности вулканогенным
материалом мощностью до нескольких десятков метров. Через три года у подножия
шлакового конуса инженеры решили пробурить скважину в поисках горячей воды,
прошли 50 метров, а встретили только вечную мерзлоту. На вулканах она образуется
гораздо быстрее, чем на равнине».
Как выяснилось, активность вулкана вообще мало влияет на мерзлоту. Жар от
магматического очага не перекрывает холодных условий на склонах на большой высоте.
Тепло магмы в жерле тоже оказывает на мёрзлый грунт лишь локальное воздействие.
Даже в случае излияния лавы на поверхность мёрзлых пород небольшой мощности
пористых шлаков достаточно, чтобы предотвратить их таяние, поэтому Андрей Абрамов
полон планов: «Я мечтаю, чтобы рядом с одной из пробурённых на Камчатке скважин
произошло извержение. Тогда бы мы реально увидели, как вулкан влияет на температуру
мёрзлого грунта. Но за 8 лет такого ещё не случалось. Так что будем продолжать
исследования».