Арктика — это где трудно: экспедиция РГО ищет следы древних землетрясений на архипелаге Земля Франца-Иосифа
Завершился первый этап экспедиции Русского географического общества на архипелаге Земля Франца-Иосифа, основной целью которого стало продолжение исследований, начатых в ходе экспедиции РГО и Северного флота в 2021 году. В поисках следов древних землетрясений учёные дополнили картину сейсмотектонической обстановки острова, измерили толщину припайного льда, а также зафиксировали землетрясения на Шпицбергене и на острове Вануату в Тихом океане. Об этом и других деталях экспедиции рассказываем в нашем материале.
На острове Земля Александры. Фото: Пётр Ушанов
В экспедиции на остров Земля Александры участвовали специалисты РГО и национального парка «Русская Арктика», сотрудники Института физики Земли им. О. Ю. Шмидта РАН (ИФЗ РАН), Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н. В. Пушкова (ИЗМИРАН) и Арктического и антарктического научно-исследовательского института (ААНИИ).
Работа с георадаром. Фото предоставлено участниками экспедиции
Старт был намечен на 15 мая из Североморска, но из-за погодных условий вылет отложили на сутки. К вечеру 16 мая военный транспортный самолёт Ан-26 доставил учёных на аэродром Нагурское на острове Земля Александры, откуда исследователи добрались до базы «Омега» национального парка «Русская Арктика», где им предстояло жить и работать.
— Дорог в обычном понимании на острове почти нет, это прорытый в снегу тоннель, — рассказывает научный руководитель экспедиции, старший научный сотрудник ИФЗ РАН, кандидат физико-математических наук Руслан Жостков. — Джип, на котором мы ехали до базы, для московских дорог — огромный грузовик мегапроходимости, но по местным меркам это слабенькая машинка, которая может ездить только там, где бульдозер прочистил что-то наподобие дороги.
База национального парка «Русская Арктика», приютившая участников экспедиции, расположена практически на берегу бухты Северная и напоминает добротный двухэтажный дачный коттедж. Окна первого этажа защищены решётками на случай, если белый медведь попытается пробраться внутрь. Правда, за время экспедиции ни один из них не попался на глаза исследователям, чему они были весьма рады, поскольку встреча с таким опасным зверем немедленно прекращает все полевые работы.
Отбор керна льда. Фото предоставлено участниками экспедиции
— «Омега», научная станция, которую открыли ещё в Советском Союзе, — это уникальное место, самая северная станция, где можно проводить исследования любого уровня и практически всех направлений, — отмечает руководитель экспедиции Сергей Чечулин. — И мы хотим вернуть ей тот высокий уровень значимости для академической науки, который она имела в советское время. Чтобы это была круглогодично действующая база, где учёные могли бы вести долгосрочные исследования по различным научным направлениям.
Земля Александры встретила экспедиционеров прекрасной по арктическим меркам погодой — солнечной и безветренной. Температура не опускалась ниже —15 °С.
— Обычно Арктика ассоциируется со снегом, льдом и айсбергами, но я Арктику видел разную, в том числе с цветами и бабочками, — делится Руслан Жостков. — Арктика у меня ассоциируется с трудностями. Отто Юльевич Шмидт говорил, что настоящих людей тянет туда, где трудно. Арктика — это куда трудно добраться, где трудно перемещаться, мало развита инфраструктура, где очень сложно работать.
Арктический огород. Фото предоставлено участниками экспедиции
И трудности не заставили себя ждать — снегоходы не завелись. Отсутствие транспорта внесло серьёзные коррективы, но не остановило работу учёных. В тот же вечер, благо на Земле Александры был в разгаре полярный день, исследователи, разбившись на две группы, отправились устанавливать сейсмическую аппаратуру и проводить исследования.
Сотрудники нацпарка приложили максимум усилий, чтобы не сорвать работу учёных, и выделили им ГТС (гусеничное транспортное средство), а строители на следующий день — трэкол, вездеход с колёсами низкого давления, перемещающийся по снежной целине, не проваливаясь и практически не оставляя следов. Но по технике безопасности ни ГТС, ни трэкол не могли выехать на лёд, для передвижения по которому необходим был снегоход.
Сверка широкополосных сейсмических станций. Фото предоставлено участниками экспедиции
— Мы провели ледомерную съёмку, хотя с самого начала всё пошло не по плану, — делится научный сотрудник отдела ледового режима и прогнозов ААНИИ Анна Тимофеева. — В итоге нас в первый раз довезли на машине по дороге до локации, ближайшей к берегу, откуда мы, неся в рюкзаках и в руках тяжёлое оборудование, шли примерно полкилометра по проваливающемуся снегу и камням, а затем ещё столько же непосредственно по припаю. Со второй ледомерной съёмкой, в другом месте, повезло чуть больше, поскольку на трэколе довезли хотя бы до берега, но по льду потом полкилометра шли всё-таки сами. Всего получилось выйти на лёд дважды, во время каждого из выходов был выполнен профиль замеров. Два этих профиля удачно находились вокруг места, используемого в качестве ледового причала для разгрузки судов.
Длина первого профиля составила около 100 м, второго — 120 м, через каждые 10 м бурили лёд, измеряли толщину и другие стандартные морфометрические характеристики льда. Средняя толщина льда на первом профиле оказалась 90 см, на втором — 100 см.
Знать, где, какая и в какое время года толщина льда, важно для судовождения. Такой мониторинг надо вести регулярно, но для этих мест он проводился впервые.
Установка короткопериодной сейсмостанции. Фото: Николай Гернет
— Научная группа в 2021 году работала здесь по 10 направлениям, — замечает Сергей Чечулин. — Изучив отчёты, мы поняли, что наиболее перспективными в этом регионе являются исследования в области сейсмологии и океанологии. Это важно, потому что Земля Александры — единственный остров архипелага, на котором ведётся активная деятельность, и мы должны понимать, что здесь происходит, насколько эта зона сейсмоопасна.
По словам Руслана Жосткова, в этом году сейсмологи сосредоточили усилия на инструментальном исследовании ледового покрова моря, для чего потребовались короткопериодные приборы, регистрирующие короткие упругие волны. Зная по опыту прошлой экспедиции, что белые медведи могут разрушить аппаратуру, для защиты хрупких и дорогостоящих приборов для регистрации геоакустических сигналов изготовили специальные прочные боксы.
Датчики поставили ещё в нескольких местах на суше, поскольку в данных 2021 года были обнаружены аномалии и их требовалось уточнить.
Для высокочастотного эксперимента учёные развернули на льду сейсмическую косу — 24 геофона (датчик, измеряющий высокочастотные колебания), расставленные через каждые 5 м и подключённые к регистратору. Приборы устанавливались в углубления в снегу и присыпались им сверху, чтобы избежать помех, связанных с ветром.
Сейсмостанция. Фото предоставлено участниками экспедиции
— Сейсмическую косу мы использовали для определения основных характеристик льда, — объясняет Руслан Жостков. — В ИФЗ РАН длительное время разрабатывают методы сейсмического мониторинга в условиях покрытого льдом моря, используя неинвазивный (неразрушающий) контроль. Экспедиция РГО стала возможностью провести ряд экспериментов для их проверки. Установив на льду сейсмические датчики, мы сможем судить о его толщине и других параметрах. В частности, по характеристикам распространяющихся по льду геоакустических волн определяется его толщина и упругие параметры. Этот метод удобно использовать, например, для контроля над состоянием зимников.
Также участники экспедиции разместили сейсмические станции на территории острова для регистрации происходящих на планете землетрясений. Если метровый слой плотного снега выдерживал человека, то ГТС, на котором передвигались исследователи, периодически проваливалось и буксовало, создавая дополнительные проблемы и замедляя работу. Чтобы установить приборы, учёным пришлось пробиваться сквозь слой снега при помощи рыбацкого ледобура. Сейсмическую станцию, широкополосную или трёхкомпонентную высокочастотную для микрогруппы, ставили на вечную мерзлоту. Микрогруппа — это несколько станций, расположенных на большом расстоянии друг от друга. Расставив их, геофизики получили антенну, способную зафиксировать даже слабое землетрясение. Убедившись, что оборудование работает, его засыпали снегом, чтобы обеспечить термоизоляцию и защитить от ветра, так как в противном случае фиксировались бы колебания прибора под воздействием ветра, а не земной поверхности.
По словам учёных, в условиях Арктики временные сейсмические станции удобнее устанавливать либо в конце зимы, когда много снега, или уже в конце лета, когда оттаивает верхний слой мерзлоты (примерно 50 см) и его можно раскопать, чтобы установить датчик. Если ставить аппаратуру в межсезонье, то промёрзший, словно бетон, грунт очень сложно продолбить и её не получится укрыть от ветра.
Для определения глубинной геологической структуры исследователи провели микросейсмическое зондирование при помощи сейсмических станций, а для создания ортофотоплана и выявления особенностей рельефа местности — аэрофотосъёмку на мысе Двойной на западе Северной бухты.
Участники экспедиции работают с георадаром. Фото: Николай Гернет
Проанализировав космические снимки острова, они наметили несколько разломов, через которые провели георадарные измерения для обнаружения нарушений в верхних геологических слоях. Георадар — это две антенны в виде трёхметровых проводящих полотен. Георадарные измерения удобно проводить в морозную погоду из-за большей глубины проникновения радиоволн в мёрзлую среду, к тому же работать по снегу удобнее. Геофизики оперативно прошли четыре профиля (профиль — проход туда и обратно около 250 м). Съёмка представляет собой следующее. Один человек спереди тянет антенны, второй идёт с блоком регистрации, подсоединённым к приёмной антенне, и фиксирует шаг за шагом сигналы, отражающиеся от геологических слоёв при перемещении георадара.
— Первый анализ георадарных профилей, снятых в областях предполагаемых тектонических разломов, выявил признаки наличия разрывов в структуре геологических отложений, что является признаком проявления сейсмической активности, — отмечает научный сотрудник ИЗМИРАН Игорь Прокопович. — Эти результаты будут в дальнейшем систематизированы и обработаны в рамках большого проекта ИЗМИРАН по глубинной георадиолокации, поддержанного грантом Российского научного фонда.
Арктическая пустыня острова Земля Александры. Фото: Пётр Ушанов
Также оказалось, что в месте проведения ледомерной съёмки лёд был как бы притопленным, погружённым в воду. По словам Анны Тимофеевой, наблюдался интересный эффект: внешне было не видно, что лёд погружён в воду, но как только пробуривали лунку, из неё почти фонтаном выбивалась вода. Такое явление может происходить, когда выпадает значительное количество снега.
— Под воздействием приливных течений в припае могут образовываться трещины, через которые морская вода вытекает на лёд и замерзает, образуя слои, — объясняет Анна Тимофеева. — Кстати, трещина возле берега как раз наблюдалась. В принципе, этот эффект и то, что припайный лёд имеет своеобразную переслоенность, подтвердилось и при измерении вертикального профиля солёности ледового керна. Всего удалось отобрать три ледовых керна, были измерены их профили температуры (сразу после извлечения) и солёности (после растопления). Для этого керны распиливали на куски по 10 см, забирались со льда, растапливали в тёплом помещении.
Для получения проб на хлорофилл вода, полученная из керна, по специальной методике с использованием ручного компрессора и портативной фильтрационной установки была профильтрована, так же как и вода, взятая из той же лунки в отдельную пробу. После этого образцы были заморожены. В замороженном виде они доставлены в Санкт-Петербург, где будут проанализированы в лабораторных условиях.
— Измерения с микрогруппой, микросейсмическое зондирование, георадарная и аэрофотосъёмка необходимы для составления долгосрочного сейсмического прогноза, — подчёркивает Руслан Жостков. — Исследуя сейсмотектонику острова Земля Александры, мы ищем следы древних землетрясений, чтобы понять, происходили они в прошлом или нет, и если случались, то какие и примерно когда могут повториться в будущем. В Арктике такие задачи инструментальными методами никто до нас не решал. Мы не даём однозначных ответов, что тут или там будет землетрясение через столько-то лет, мы ставим вопросы. Говорим о том, что в Арктике всё не так однозначно, есть признаки того, что здесь происходили сейсмические события, и значит, нельзя их игнорировать, необходимо снаряжать новые экспедиции и проводить более детальные исследования. Мы создаём фундаментальную базу, основу для дальнейших изысканий.
На острове Земля Александры. Фото: Николай Гернет
За время работы на острове учёные установили четыре широкополосные станции для микросейсмического зондирования, семь высокочастотных трёхкомпонентных сейсмостанций, 24 геофона (в составе сейсмической косы), прошли пять профилей георадарной съёмки и два профиля ледомерной съёмки.
Сейсмические станции за этот период зафиксировали землетрясение на Шпицбергене магнитудой 4,74 и на острове Вануату в Тихом океане магнитудой 7,69. На Земле Александры во время экспедиции сейсмических событий не произошло, но это значит, что исследователи просто не попали в нужное время и нужный час — в принципе, землетрясение может случиться в любой момент.
— Наша научная группа благодарит РГО за возможность провести научные исследования в столь труднодоступном районе Арктики и лично руководителя экспедиции Сергея Чечулина, — добавил Руслан Жостков.
Марина Круглякова