Андрей Капица. Колумб XX века

Что-то там в глубине

Меньше чем через год после отбытия Андрея с ледового континента уже Вторая Комплексная антарктическая экспедиция Академии наук СССР продвинулась в самые глубинные районы Восточной Антарктиды.

12 апреля 1957 года в 620 километрах к югу от Мирного была основана промежуточная станция Восток-1, 6 ноября, уже в 760 километрах от Мирного — Комсомольская. А 16 декабря станцию Восток-1 передвинули в точку Южного геомагнитного полюса, и она стала называться просто Восток по имени шлюпа одного из первооткрывателей Антарктиды Фаддея Фаддеевича Беллинсгаузена.

Станция Восток с координатами 78°28′ южной широты, 106°48′ восточной долготы — это просто космос. 1410 километров ледяной пустыни отделяют ее от Мирного, высота — 3420 метров над уровнем моря. А содержание кислорода в воздухе соответствует его содержанию в средних широтах на высоте 5000 метров, то есть дышать там так же сложно, как на Эльбрусе! Ведь атмосфера на полюсах Земли тоньше, чем на экваторе и даже в средних широтах.

В ходе санно-гусеничного похода следующей, Третьей Комплексной антарктической экспедиции к прежним станциям добавилась внутриконтинентальная Советская, удаленная к юго-западу от Мирного на 1420 километров. А 23 декабря 1957 года самолет Ил-12 прилетел из Мирного в район Полюса относительной недоступности (ПОН), где была основана станция Полюс недоступности — уже в 2100 километрах от Мирного к юго-западу!

Работы по определению толщины ледникового покрова продолжились и во время Второй КАЭ, а в трех санно-гусеничных походах Третьей КАЭ впервые были сделаны профили ледника от Мирного до Полюса недоступности и от Комсомольской до станции Восток. Геофизик Олег Георгиевич Сорохтин (доктор физико-математических наук, академик РАЕН, заведующий лабораторией теоретической геодинамики Института океанологии) усовершенствовал методику сейсмического зондирования, и его методом стали пользоваться не только советские экспедиции, но и ученые США, Англии, Франции, Японии.

В ходе сейсмозондирования в Третьей КАЭ группа О. Г. Сорохтина сделала большие географические открытия: обнаружила в Восточной Антарктиде целых две горных системы. Первую, между станциями Мирный и Пионерская, с платообразными вершинами и высотами около 1000 метров над уровнем моря, назвали горами Голицына в честь физика и изобретателя электромагнитного сейсмографа — князя Бориса Борисовича Голицына. А вторую… Вторая система между станциями Комсомольская и Полюс недоступности оказалась с Альпы величиной! Длиной 1300 километров, шириной — 500, высотой—3390 метров, и при этом полностью, даже в самой своей высокой точке перекрытая льдом 800 метров толщиной. Эти новые высокие горы назвали в честь советского геофизика Григория Александровича Гамбурцева, доктора физико-математических наук, директора Геофизического института АН СССР (ГЕОФИАН), родоначальника сейсмического профилирования методом отраженных волн, скоропостижно скончавшегося на заседании Президиума АН СССР во время обсуждения своего доклада 28 июня 1955 года.

А ведь раньше считалось, что подледный рельеф Восточной Антарктиды — равнина. Кстати, равнину группа Сорохтина тоже открыла между станциями Пионерская и Комсомольская — впоследствии ее назвали равниной Шмидта. Вдобавок к югу от станции Пионерская, на полпути к станции Восток-1, на коренном ложе ими была обнаружена впадина глубиной 1130 метров ниже уровня моря и над ней зарегистрирована толщина льда 4060 метров! Гравиметрические измерения показали, что под давлением льда земная кора Антарктиды прогнулась там на 800 метров.

Ко всему прочему, группа Сорохтина доказала, что Антарктида — не группа островов, как предполагали, а материк: «Из всей длины профиля, равной 2100 км от Мирного до Полюса недоступности, 1800 км приходится на участки с залеганием коренных пород выше уровня моря и 300 км — на участки, опущенные ниже уровня моря, что составляет примерно 14,3 % общей длины профиля <…> Исключение составляют лишь прибрежные участки до 200 км и некоторые районы между станциями Пионерская и Комсомольская»[190]. Примерно на трети пути от станции Советская к станции Полюс недоступности группа О. Г. Сорохтина вышла на высшую точку антарктического ледникового купола: на 1700-м километре от Мирного, как раз над высшей точкой гор Гамбурцева, ее альтиметр показал отметку 4000 метров над уровнем моря. И определила «свою» среднюю толщину современного оледенения Антарктиды — 2200 метров.

Количество «белых пятен» ледового континента стремительно сокращалось, надо было спешить! Поэтому уже в 1958 году Андрей Капица защищает на географическом факультете МГУ кандидатскую диссертацию «Динамика краевой части ледникового покрова Восточной Антарктиды в районе работ Первой Комплексной Антарктической экспедиции Академии наук СССР в 1956–1957 гг.». Его научным руководителем выступил все тот же профессор Н. И. Маккавеев. Уже в своей кандидатской Андрей Капица выдвинул смелую идею, что подо льдом на самом деле находится вода. Потому что еще перед поездкой на покрытый льдом континент ознакомился с двумя полезными книгами. Первая — это монография «Исследования о ледниковом периоде» родоначальника науки гляциологии, князя и анархиста Петра Алексеевича Кропоткина. В своем обширном труде он уподобил ледник горной породе, подогреваемой снизу естественным теплом земли. Он писал: «Пройдя в… толщах слой около 10–15 м, в котором еще чувствуется влияние времен года, мы встретим уже лед, которого температура остается неизменною круглый год и равна средней годовой воздуха в данной местности… Затем… температура льда… оказывалась бы все выше, по мере дальнейшего углубления в ледник, вследствие общего возрастания температуры почв, по мере опускания вглубь земной коры, — явления, замеченного как в каменных горных породах, так и в вечно-мерзлых пропитанных льдом, рыхлых наносах. Полагая это возрастание в 1° с увеличением глубины на 15–35 м (50–115 футов), мы должны были бы следовательно заключить, что в ледяном покрове Гренландии нулевой слой встретится только на весьма значительной глубине»[191].

Второй источник — в начале 1955 года в № 3 журнала «Вестник Московского университета» инженер-контр-адмирал Николай Николаевич Зубов, основатель кафедры океанологии на Географическом факультете МГУ, опубликовал статью «Некоторые особенности природных льдов большой толщины». В ней он ввел понятие предельной толщины ледника: «Если толщина льда меньше предельной, то на нижней поверхности ледника, т[о] е[сть] на границе между льдом и грунтом, температура при установившемся процессе будет несколько ниже температуры замерзания. Изотерма последней температуры спустится на некоторую глубину вниз от поверхности раздела. Если же толщина льда больше предельной, то изотерма температуры замерзания теоретически должна оказаться уже где-то над поверхностью грунта. Во втором случае… между изотермой температуры замерзания и грунтом должен находиться слой льда, насквозь пропитанного водой, в котором должны наблюдаться сложные явления сосуществования воды и льда»[192].

Иначе говоря, Зубов посчитал, что существует толщина ледника, толще которой он просто не в состоянии стать, так как температура у его подошвы уже достигла нуля.

Специально перед МГГ в 1956 году издательство Московского университета переиздало эту статью Зубова отдельной брошюрой «О льдах Арктики и Антарктики» (Дополнения к книге «Льды Арктики»), где она для быстроты издания была размножена на пишущей машинке!

Получалось, что морену скорее можно было бы ожидать у края ледника, в то время как в центральных частях Зубовым предполагалось донное таяние. Это мнение было в те времена настолько революционным, что Николай Николаевич даже написал не о чистой талой воде под ледником, а о некоей смеси воды со льдом.

На это и опирался Андрей Капица в своей кандидатской диссертации. В ней он в первую очередь рассчитал повышенный тепловой поток, идущий из недр Антарктиды около Мирного даже по сравнению с соседней Южной Африкой: «Это может быть объяснено тем, что в краевых частях ледника благодаря большой скорости движения идет выделение тепла, образующегося при внутреннем трении в теле ледника». И сообщил свое открытие: «Критическая мощность почти во всех точках [профиля от Мирного до Пионерской] меньше действительной мощности ледника вдвое. Исходя из вышесказанного, мы должны предположить, что под мощным слоем льда у нас должен существовать почти такой же слой воды…

Если бы таковой слой существовал, то давление воды в центральных районах материка, где высоты и мощности льда превышают 3000 м, создали бы давление в этом слое 300 атм. Это давление передалось бы через слой воды в краевые части ледника, где давление воды и льда меньше [в] 1,5–2 раза. Передача давления вызвала бы поднятие краевых частей на такую же высоту, как и центральных. Но мы знаем, что превышение ст. Пионерской над 100-м км порядка 1300 м, значит под[о] льдом на этом участке подобной линзы не существует, исходя из чисто механических соображений. [Но] известно, что центральные районы материка имеют огромные площади совершенно ровных участков, так, например, высота ст. Комсомольской 3540 м над уровнем моря, а ст. Восток 3500 м, т. е. на расстоянии более 600 км разница высот очень невелика. Отсюда следует, что существование подобной линзы слоя воды вполне возможно в центральных частях ледника»[193].

С этой точки зрения были интересны наблюдения гляциолога и геоморфолога, тогда еще младшего научного сотрудника Института географии АН СССР Свенельда Александровича Евтеева во время Второй КАЭ. В основании наползающего на советской станции Оазис (в 350 км к востоку от Мирного вдоль берега) на холмы Бангера ледника он увидел 40-метровый слой не просто морены, а мореносодержащего льда. А в месте слияния ледников Денмана и Скотта такой слой достигал уже толщины 100 м. Что мешало этому льду притечь из центральных районов Антарктиды и под некритической толщиной ледника у края снова замерзнуть? Евтеев опубликовал свою статью о том, что увидел в 1959 году, но на нее не обратили внимания[194].

Андрей Петрович в своей кандидатской тоже описал похожий случай: «Б. И. Втюрин обнаружил в нижних слоях перевернутого айсберга моренный материал, заключенный в обычный пресный водный лед. Объяснить происхождение этого слоя водного льда в нижних слоях ледника очень трудно, иначе как указанной выше теорией».

Однако рядом с Капицей и Евтеевым в Антарктиде работали корифеи «моренной» теории — знатоки голоцена и четвертичных отложений Константин Константинович Марков и Петр Александрович Шумский, которые не позволяли любой дискуссии уйти «не туда».

«Меня подняли на смех», — через много лет рассказывал об этом периоде своей жизни Андрей Петрович. Однако он не стал продавливать свою идею, а честно с точки зрения ученого написал в кандидатской: «Упругие волны, проникая вглубь тела ледника и встречая границы раздела лед — вода, будут чрезвычайно плохо отражаться от нее, так как скорость распространения упругих волн во льду 3750 м/сек, а в воде 1500 м/сек. Преломленные волны вообще не вернутся к поверхности… Для того, чтобы доказать существование подобной структуры ледника, необходимо провести… бурение (более 1500 м) и тщательные температурные исследования».