А.М.Козловский

Оцифровка и корректура: И.В.Капустин

ИССЛЕДОВАНИЯ В ЮЖНОМ ОКЕАНЕ

Изучение Южного океана в период плаваний <Оби>.
До середины 50-х годов ХХ в. (начала работ по программе МГГ) сведения о гидрологическом режиме обширных водных пространств, омывающих Антарктиду, были крайне ограни ченными и отрывочными.
К этому времени экспедициями разных стран в Южном океане было выполнено около 2000 океанографических станций.
Бoльшая их часть (примерно 70%) была сделана в Атлантическом секторе, меньшая часть (около 10%) - в Индийском секторе. Экспедиционные суда, опасаясь заходить во льды, совершали плавания преимущественно в северной части Южного океана.
В планах МГГ наблюдения в водах Южного океана занимали особое место. Советские ученые ставили перед собой задачу изучить наименее исследованные прибрежные акватории, которые ббльшую часть года покрыты морскими льдами и буквально нашпигованы айсбергами.
Для этого предусматривалось провести широкий комплекс исследований, включавших океанологические, ледовые, гидрохимические, аэрометеорологические, гидробиологи ческие и другие наблюдения. Данная задача могла быть выполнена только при наличии универсального по своему научному оснащению судна, которое должно было также доставлять в Антарктиду разнообразные грузы и персонал научных станций.
До МГГ ни одна страна в мире таким судном не располагала. Его предстояло создать.
В начале 50-х годов в Голландии по заказу Советского Союза начала строиться серия грузовых дизель-электроходов, предназначенных для плавания в летний период по трассе Северного морского пути без сопровождения ледоколов.
В марте 1954 г. на воду была спущена <Лена> - первое судно этой серии, спустя три месяца - <Обь>. Суда данной серии имели водоизмещение около 13 тыс. т, длину 130,2 м, ширину около 19 м. Общая мощность четырех главных двигателей достигала 8200 л. с., скорость судна на чистой воде составляла около 15 узлов.
Эксплуатация этих судов в Арктике показала их надежность, высокие мореходные качества, а также возможность использования для плавания в антарктических водах. Весной 1955 г., форсировав без помощи ледокола всторошенные льды Финского залива толщиной до полутора метров, <Обь> пришвартовалась к причалу Ленинградского порта. После переоборудования внутренняя планировка и внешний облик <Оби> изменились. В кормовой части судна была сделана площадка для вертолетов.
За счет твиндеков третьего и четвертого трюмов были сделаны каюты, в которых могло разместиться около 150 человек. На судне были оборудованы океанологические, метеорологическая, гидробиологи ческая, гидрохими ческая, эхолотная, геологическая и другие лаборатории, а также подсобные помещения, предназначенные для хранения и установки научных приборов и оборудования.
На палубе было установлено несколько лебедок, которые давали возможность работать с буксируемыми приборами на ходу судна и опускать приборы на глубину до 6000 м, когда оно ложилось в дрейф.
Научные задачи, стоявшие перед советскими учеными, которые должны были принять участие в экспедиционных исследованиях в Южном океане с дизель-электрохода <Обь>, формулировались Академией наук СССР следующим образом:
1) выявление характера теплового и динамического режима южнополярных вод, водо- и теплообмена с прилегающими районами Мирового океана и атмосферой;
2) изучение гидрологического режима шельфовых морей Антарктиды;
3) изучение ледового режима и особенностей распределения айсбергов, а также физико-механических свойств антарктических льдов;
4) изучение циркуляции поверхностных и глубинных вод;
5) сбор инструментальных данных по элементам волн в водах Южного океана, изучение зависимости их от ветрового режима и ледовых условий;
6) изучение геологического и морфологического строения дна океана и гидрографическая съемка прибрежных районов Антарктиды;
7) исследование зонального распределения фауны в водах Южного океана;
8) изучение особенностей географических явлений в Южном океане.
В период плаваний <Оби> (1955 -.1975 гг.) исследования, проводившиеся советскими учеными, охватили все широты Южного океана, включая зону дрейфующих льдов.
Моря Дэйвиса, Космонавтов, Содружества, Моусона и Лазарева"заливы Алашеева, Прюдс и Ленинградский стали своеобразными полигонами, где впервые в истории антарктических исследований одновременно выполнялись наблюдения по нескольким научным дисциплинам.
Основным районом советских исследований в Южном океане в этот период стал Индийский сектор.
Во время первых рейсов дизель-электрохода <Обь> в южнополярные воды в работе морской экспедиции участвовали аэрометеорологический, гидрологический, геологический, гидрохимический, гидробиологический, геофизический, гидрографический и другие отряды. Общее число сотрудников этих отрядов составляло около 60.
В открытом океане и в зоне дрейфующих льдов осуществлялись гидрологические разрезы, большинство из которых проходило в меридиональном или близком к этому направлении. Меридиональные разрезы, пересекающие Южный океан, как. Правило, начинались у берега Антарктиды и заканчивались у побережья Африки, Австралии или Новой Зеландии.
В период работы первых САЭ <Обь> заходила для разгрузки только в Мирный, поэтому у находившихся на ее борту ученых оставалось много времени для научных исследований. В 1959 г. на берегу моря Лазарева была создана станция. Лазарев, а в 1963 г. на берегу моря Космонавтов начала действовать станция Молодежная. Это увеличило объем грузовых работ, выполнявшихся судном, и повлекло за собой сокращение объема его работ в открытом океане. С 1963 г. на <Оби> в основном проводились попутные ледовые гид-рометеорологические наблюдения и гидрографические работы. Однако при следовании на бункеровку в порты Австралии или Новой Зеландии либо при возвращении на родину с борта дизель электрохода выполнялись меридиональные океанографические разрезы.
Пятнадцать раз проводились гидрологические работы на разрезе Африка-Антарктида (по 20' в. д.), в четыре раза на разрезах Фримантл (Западная Австралия) - Мирный и Новая Зеландия - Антарктида. Два гидрологических разреза, выполненных дизель электроходом <Обь> в первых двух рейсах, пересекли Индийский океан от Антарктиды до Аденского и Бенгальского заливов.
Объем наблюдений, проводившихся в этот период судами САЭ в Атлантическом и Тихоокеанском секторах Южного океана, был несколько меньше. Помимо уже упомянутого разреза между Новой Зеландией и Антарктидой в Тихоокеанском секторе были проведены наблюдения на разрезах от острова Пасхи до Южной Америки (по 160 и 109' з. д.). В Атлантическом секторе проводились работы на разрезах пролив Дрейка - Монтевидео и пролив Дрейка - 30 з. д. Наибольший объем океанографических наблюдений был выполнен дизель электроходом <Обь> во время первых трех САЭ, т. е. в период подготовки и проведения МГГ.
С 1956 по 1966 гг. с борта <Оби>, а также частично с борта дизель электрохода <Лена> в южнополярных водах был выполнен комплекс исследований, в результате которых были получены важные сведения о природе данного района земного шара. В этот период было уточнено положение береговой линии Антарктического континента, сделаны значительные открытия в области строения и рельефа морского дна, морских льдов и других природных комплексов Южной полярной области, что позволяет с полным основанием называть его десятилетием <Оби> в изучении Южного океана.
Итоги исследований, выполненных в Южном океане в эти годы, неоднократно рассматривались на многочисленных международных и всесоюзных симпозиумах, заседаниях Академии наук СССР и других организаций, ведущих работы по изучению Южной полярной области.
Одним из наиболее значительных и интересных научных результатов данного десятилетия, полученных в основном благодаря исследованиям, проводившимся с борта дизель- электрохода <Обь>, следует считать выявление основных черт рельефа дна Южного океана, в частности, его прибрежной части, которая большее время года закрыта морскими льдами.
Характерной чертой антарктического шельфа является то, что он находится на глубине около 500 м (у других материков- на глубине 200 м). Советскими исследователями были обнаружены внутришельфовые узкие впадины - желоба, глубина которых достигает 1700 м. Впервые такой желоб был обнаружен в море Дейвиса 1-й САЭ. Как уже говорилось выше, часть этих желобов находится под шельфовыми ледниками, а другая их часть, простираясь к северу, прорезает материковый склон.
Было установлено, что материковый склон Антарктиды более крутой, чем у других континентов, и имеет очень сложный характер расчленения. В результате исследований, проводившихся с борта <Оби>, были уточнены контуры подводных хребтов, гор и впадин. Например, к югу от Африки в центре котловины мыса Игольного на глубине более 5000 м было обнаружено поднятие дна шириной 90 - 120 миль с двумя вулканическими возвышенностями.
Эти банки получили названия в честь советских судов <Обь> и <Лена>. Основные водные массы Южного океана и их характеристики были выявлены еще до начала МГГ. Ученым было известно, что влияние холодных. придонных антарктических вод на тепловой режим прилегающих океанов очень велико. Очагом образования этих вод они считали бассейн моря Уэдделла. Глубоководные океанографические наблюдения, выполненные с борта <Оби>, позволили установить, что эти воды формируются во многих прибрежных районах Антарктиды в пределах материковой отмели.
Давно было известно и о существовании течения, опоясывающего весь земной шар, которое в настоящее время называют Антарктическим циркумполярным течением (АЦТ).
Ранее оно было известно под названием Течение западных метров и Великий восточный дрейф. Ученые единодушно считали, что это течение обусловлено воздействием пояса неистовых западных ветров, проносящихся над северной окраиной Южного океана. Благодаря исследованиям, выполненным на меридиональных разрезах, было установлено, что это течение имеет устойчивое направление и проникает на глубину до 3000 м.
Безусловно, воздействие ветра на океан не может распространяться до таких глубин, а значит, АЦТ обусловлено гравитационным наклоном уровня океана.
Ранее ученые предполагали, что вдоль берега проходит второе круговое течение - Западное, обусловленное воздействием преобладающих восточных и юго-восточных ветров.
Кроме того, они считали, что перенос поверхностных вод к северу происходит вследствие ответвления потоков от основного западного течения, что обусловлено очертаниями берега или рельефом дна.
Отмечались три таких ответвления, располагающихся у восточного берега Антарктического полуострова в море Уэдделла, вдоль Кергелен-Гауссбергского подводного хребта в Индийском океане и близ острова Петра I в Тихом океане.
Исследования, проводившиеся с борта <Оби> в прибрежных акваториях, которые частично очищаются ото льда лишь в летний период, позволили сделать новые и совершенно неожиданные выводы об особенностях циркуляции вод в прибрежной зоне.
В частности, было установлено, что характер прибрежного течения определяется циклоническими циркуляциями вод в местах преимущественного стационирования циклонов над прибрежной зоной.
В западных частях этих циркуляций преобладающими течениями, направленными к северу от континента, в более теплые воды выносятся плавучие льды и айсберги. Благодаря этому происходит быстрое очищение ото льдов некоторых участков побережья и образование зон, по которым суда сравнительно легко могут проникать к материку.
Этим объясняется и отсутствие мощных многолетних морских плавучих льдов в антарктических водах. На южных перифериях таких циркуляционных систем наблюдается отчетливо выраженное прибрежное течение, направленное на запад.
Благодаря этому течению происходит транспортировка плавучих морских льдов и айсбергов. В результате активных океанографических исследований, которые удалось выполнить с <Оби>, а также зарубежных морских экспедиций получил право гражданства термин <Южный океан>.
Такое условное название было дано южным частям Атлантического, Индийского и Тихого океанов, прилегающих к Антарктиде. Споры по поводу выделения Южного океана в самостоятельный океанический бассейн ведутся и в настоящее время, но теперь они не носят того ожесточенного полемического характера, который был свойствен им еще 20 - 30 лет назад.
Основным доводом противников определения Южного океана как самостоятельного океанического бассейна было то обстоятельство, что четкой у него является лишь южная географическая граница.
По мнению В. Г. Корта и Е. С. Короткевича, северной границей Южного океана является северная граница Кругового антарктического течения - зона субтропической конвергенции. Но так как эта зона неустойчива, было предложено считать, что северная граница Южного океана проходит через южные точки Африки, Австралии, Южной Америки и островов, максимально близких к положению субтропической конвергенции.
С 1968 г. в исследовании Южного океана стали принимать участие новые научно-исследовательские суда - <Профессор Визе> и <Профессор Зубов>, однако льды существенно ограничивали зону их действия. У <Оби> же, наоборот, сфера действия значительно расширилась: летом 1968 г. была открыта станция Беллинсгаузен, в 1971 г.- станция Ленинградская и, таким образом, пять прибрежных советских антарктических станций почти равномерно распределились вокруг всего материка.
К началу 70-х годов в морских транспортных операциях Советской антарктической экспедиции стали регулярно использоваться суда других типов, однако основная часть грузовых перевозок, как и проводка судов во льдах, по-прежнему выполнялась <Обью>. Девятнадцать рейсов в антарктические воды, трехмесячный дрейф во льдах Балленского ледяного массива, самостоятельный выход из ледяного плена - такое вряд ли сможет записать в свою биографию другое судно
Исследования в Южном океане в последние годы. <Профессор Визе> впервые отправился в Антарктику в 1967 г.
Годом позже ушел в южнополярные воды <Профессор Зубов>. Эти прекрасно оснащенные и комфортабельные суда приняли эстафету от судна-ветерана. По объему и разнообразию получаемой и перерабатываемой информации они превзошли <Обь>, однако вся шельфовая зона (труднодоступные из-за коварных льдов бухты, заливы и окраинные моря Антарктиды) осталась практически вне сферы их деятельности.
В течение многих лет с этих судов проводились комплексные океанологические, гидрографические, геофизические и другие исследования в акваториях, находившихся к северу от кромки дрейфующих льдов и в зоне Антарктического циркумполярного течения.
Техническое задание на строительство НИС <Профессор Визе> (головного судна данной серии) было разработано ведущими специалистами ряда научно-исследовательских институтов Гидрометслужбы СССР. Судно построено судостроительной фирмой <Матиас Тезен> в городе Висмар (Германия) и было спущено на воду 1 декабря 1966 г.
Оснащенность лабораторий судна современной исследовательской аппаратурой позволяет его научному коллективу осуществлять широкий комплекс исследований водного и воздушного пространства планеты. Наблюдения за скоростью и направлением течений, температурой воды на различных глубинах, морским волнением ведут специалисты-океанологи (глубоководные лебедки позволяют им брать пробы воды практически с любой глубины).
Выполняется большой объем сложных гидрохимических работ. Измерения и анализ радиоактивности воды и воздуха осуществляется радиохимиками. Наблюдения за давлением, направлением и скоростью ветра, температурой и влажностью воздуха на различных высотах, а также оперативные актинометричесские исследования по маршруту судна выполняют метеорологи и аэрологи.
Метеорологическая лаборатория на НИС <Професор Визе>, по существу, является подвижной метеорологической станцией, передающей в научные центры страны сведения, необходимые для прогноза погоды. Высотное зондирование атмосферы осуществляют аэрологи.
Физики ведут наблюдения за космическими лучами с помощью специальных радиозондов. Метеорологические ракеты, которыми снабжено судно, позволяют вести исследования верхних слоев атмосферы. Вычислительный центр, оборудованный ЭВМ <Минск-32>, непрерывно обрабатывает результаты научных наблюдений.
Новейшие навигационные приборы обеспечивают плавание НИС <Профессор Визе> в самых разнообразных условиях. Установленные на нем активные успокоители качки позволяют снизить ее до минимума при любом шторме.
Подруливающее устройство удерживает судно на месте при сильном течении и боковом ветре. Укрепленный корпус позволяет продвигаться во льдах. Общесудовая кондиционная установка обеспечивает постоянный микроклимат во всех помещениях, автономные кондиционеры поддерживают необходимый режим для нормальной работы приборов в лабораториях.
Первоначально научно-исследовательские суда <Профессор Визе> и <Профессор Зyбoв> осуществляли исследования в Южном океане по уже отработанной методике - с выполнением комплексных океанографических работ на основных разрезах между южными оконечностями континентов и кромкой льда. В середине 70-х годов с целью изучения взаимодействия атмосферы и океана в Южной и Северной полярных областях проводился Полярный эксперимент (ПОЛЭКС).
Гвоздем исследований этой программы оставалось Антарктическое циркумполярное течение. Анализ данных, полученных на меридиональных разрезах, привел ученых к двум выводам. Суть первого вывода состояла в том, что АЦТ - это мощное течение, охватывающее всю толщу океана от поверхности до дна, суть второго - в том, что под этим течением существует мощное противотечение, расход воды в котором равен расходу воды в АЦТ.
Оценки расхода воды в течениях, дававшиеся сторонниками двух данных точек зрения, отличались друг от друга весьма существенно.
В середине 70-х годов в Южном океане начали проводиться исследования с использованием автоматических буйковых станций. Эти исследования осуществлялись несколькими странами на океанографических полигонах, занимавших большую площадь. Интересные данные, свидетельствующие о том, что течения в проливе Дрейка имеют сложную пространственную и временную структуру, были получены в результате гидрологической съемки в проливе Дрейка, выполненной экспедициями, которые участвовали в работах по программе ПОЛЭКС - Юг в 1975 и 1976 гг.
Однако сведений, подтверждающих существование мощного придонного противотечения, равного по величине АЦТ, получено не было.
Мощные круговороты, образующиеся к югу от АЦТ, и антициклональные круговороты, которые возникают к северу от него, активно взаимодействуют друг с другом. Два таких гигантских вихря располагаются в морях Уэдделла и Росса.
Поэтому в последние годы именно эти моря стали своеобразными полигонами, где ведут детальные исследования
ученые СССР, США, ФРГ, Великобритании, Аргентины и других стран.
Итоги работы по изучению Южного океана в зоне АЦТ за 25-летний период были обобщены в работе Э. И. Саруханяна <Структура и изменчивость Антарктического циркумполярного течения> (1980).
Благодаря инструментальным и визуальным наблюдениям ученые получили представление об особенностях волнообразования в различных климатических зонах Южного океана, а также сведения о возможных значениях элементов волн.
Было установлено, что главными особенностями волн Южного океана являются их большие высота (в некоторых местах она достигает 25 - 30 м) и крутизна. Основные районы постоянного зарождения штормовых волн располагаются в зоне западного переноса воздушных масс (в пределах 40 - 60' ю. ш.).
Здесь было обнаружено пять климатических районов наиболее интенсивного штормового волнения. Такие районы непосредственно связаны с областями сильно развитой циклонической деятельности.
Район наиболее сильного штормового волнения с центром около острова Кергелен находится в Индийском секторе.
К востоку от него располагается новозеландский район интенсивной штормовой деятельности с центром между Новой Зеландией и Антарктидой. В Тихоокеанском секторе такой район обнаружен примерно между 100 и 1 30 - 140' з. д.
Кроме того, два района повышенной штормовой активности располагаются в зоне пролива Дрейка. В результате исследований была выявлена сезонная изменчивость интенсивности волнения в Южном океане.
Регулярные наблюдения над колебаниями уровня океана начали проводить вначале в Мирном, затем в Молодежной.
В течение года их выполняли на рейде станции Беллинсгаузен. На протяжении последних 1 5 - 20 лет самописцы уровня моря устанавливают эпизодически то на одной, то на другой прибрежной станции - там, где ведут промерные работы гидрографы.
В настоящее время ученые имеют только самое общее представление о характере приливов в Южном океане.
Им известно, что у побережья Антарктического континента преобладают неправильные суточные и чисто суточные приливы. В некоторых районах характер приливов меняется на неправильный полусуточный. В открытом океане суточные составляющие малы и приливы имеют полусуточный или неправильный полусуточный характер.
У антарктического побережья максимальные значения, характеризующие приливы, колеблются от 1,4 до 3,5 м, в открытой части Южного океана они меньше.
Еще во время первых плаваний советских судов к берегам Антарктиды большое внимание уделялось изучению льдов Южного океана. Это и понятно - без знания ледового режима, условий формирования ледяных массивов, морфологических характеристик ледяных полей плавание в Южном океане не может проходить успешно.
Несмотря на весьма ограниченные возможности для изучения дрейфующих льдов,- ведь только суда ледового класса могли проводить исследования в зоне их расположения, не особенно опасаясь за свою безопасность,- уже в первые годы деятельности Советской антарктической экспедиции появилось много обобщающих научных работ.
Наиболее значительными из них были работы В. Х. Буйницкого, А. Ф. Трешникова, П. А. Гордиенко и др. Поток информации о льдах Южного океана резко расширился благодаря искусственным спутникам Земли. Итогом анализа данных, полученных с помощью ИСЗ, явился ряд работ А. А. Романова, наиболее значительной из которых стала монография <Льды Южного океана и условия судоходства> (1 984).
В результате исследований было установлено, что к концу зимы (в сентябре - октябре) лед покрывает 19 млн. км 2 поверхности Южного океана, а к концу лета (в феврале) сокращается до 3 млн. км . Океанская зыбь, а также большое 2 количество полыней вблизи побережья обусловливают преобладание мелкобитого, реже - крупнобитого льдов (горизонтальные размеры отдельных льдин не превышают вблизи кромки 20 м).
Лишь в ледяных массивах встречаются большие поля, достигающие нескольких сотен метров в поперечнике. Многолетние ледовые образования в виде обширных полей сморози различных по возрасту льдов достигают в этих районах 20 км и более. Средняя толщина однолетнего льда, которая зависит от условий формирования, заснеженности, влияния внутриводного льда, числа морозных дней и других факторов, колеблется от 100 до 200 см.
Основные закономерности дрейфа льда определяются циркуляцией атмосферы и поверхностных вод прибрежной зоны Южного океана. Вдоль берегов льды дрейфуют в западном направлении, а их вынос от берега в открытый океан происходит на западных перифериях стационарных циклонических циркуляций. Наиболее значительными из них являются циркуляции в морях Уэдделла (системы с центрами между 20 - 30' в. д. и 50 - 1 25' в. д. в районе островов Баллени), Росса, Амундсена и Беллинсгаузена.
В настоящее время слабо изучены взаимодействие шельфовых ледников и омывающих их вод, условия формирования холодных придонных вод, тепловое влияние Южного океана на воды смежных океанов и атмосферную циркуляцию. Мало изучена также изменчивость гидрологических характеристик во времени. Нет пока у ученых ясного представления и о многих процессах, происходящих в водах Южного океана, и факторах, которые их обусловливают. Эти и многие другие проблемы предстоит изучать в ближайшие годы.
В последние годы все большее значение приобретают комплексные экспедиции в Южном океане по международным программам, с участием ученых нескольких стран. Своеобразным полигоном для такого творческого сотрудничества стало море Уэдделла и акватория, расположенная к востоку от него.
В 1981 г. с борта <Михаила Сомова> здесь выполнялись исследования по советско-американской программе <Полынья>. Своеобразным продолжением этих исследований была экспедиция в 1989 г., имевшая условное название <Круговорот моря Уэдделла>, в которой принимали участие ученые СССР, США, Великобритании, ФРГ, Канады и других стран, на двух судах ледокольного типа - <Академик Федоров> (СССР) и <Полярштерн> (ФРГ).