Глава третья
Дым на дне океана
После приемки аппаратов «Мир» и возвращения судна «Академик Мстислав Келдыш» в Калининград была запланирована научная экспедиция в район 26° с. ш., на Срединно-Атлантический хребет (САХ), где находится гидротермальное поле ТАГ (Трансатлантический геотраверз). Возглавлял экспедицию член-корреспондент АН СССР (ныне академик РАН) А. П. Лисицын; автор этих строк выполнял функции заместителя начальника экспедиции и руководил подводными операциями. Это был 15-й рейс НИС «Академик Мстислав Келдыш».
Несмотря на множество технических недоработок в аппаратах «Мир», эта экспедиция была необходима, поскольку требовалось испытать ГОА в режиме цикла научных погружений. Ограничив рабочую глубину 4000 метров, что достаточно для исследовании в районе ТАГа, мы обеспечили безопасность работ, ибо насосы высокого давления, как показали испытания, отказывали на глубине 5000 метров.
Здесь, наверное, следует сделать отступление и рассказать о том, что же такое гидротермы, и совершить краткий экскурс в историю открытия гидротермальных полей на дне океана.
Все началось с открытий, которые пришлись на начало второй половины XX века. Когда-то предполагали, что на поверхности нашей планеты никаких движений континентов не происходит: они зафиксированы в том самом положении, в каком находились с момента рождения Земли. Во времена, предшествовавшие великим современным открытиям, ученые не располагали столь широкой информацией о строении дна Мирового океана, которая накоплена в последние полвека.
В 1953 году американские ученые Р. Дитц и Г. Менард опубликовали результаты картирования дна Тихого океана с помощью эхолота: на карту легли крупные протяженные структуры, возвышающиеся над уровнем океанского ложа и изобилующие разломами и сбросовыми уступами. В 1956 году американские ученые М. Юинг и Б. Хизен на основании многочисленных исследований сделали заключение, что океанское дно рассекают системы Срединно-океанических хребтов, которые опоясывают земной шар, имея общую протяженность около 80 000 километров, и возвышаются над ложем океана на 2–3 километра. В центральной части хребтов находятся осевые рифты (расселины, ограниченные сбросами). Глобальной системе срединно-океанических хребтов противостоит система глубоководных желобов, расположенных с внешней (океанической) стороны хребтов.
На базе этих открытий была разработана теория глобальной тектоники литосферных плит. Эта теория получила название вегенеровской революции – в честь геофизика Альфреда Вегенера, который еще в начале XX века высказал предположение о движении континентов. Согласно этой теории, твердая оболочка Земли – литосфера – разбита на несколько плит, которые перемещаются по вязкой астеносфере. Там, где плиты раздвигаются, происходит подъем к поверхности глубинного вещества и образование новой океанической коры. Раздвижение плит получило название спрединга. Скорость спрединга в различных районах океана разная: на Срединно-Атлантическом хребте она составляет 1–2 сантиметра в год, а в районе Восточно-Тихоокеанского поднятия достигает 18 сантиметров в год. Противоположный спредингу процесс (субдукция) происходит в районах океана, где плиты сходятся: одна из них погружается под расположенные по периферии глубоководных желобов участки земной коры, образуя зоны субдукции. Было установлено, что подъем вещества, нередко сопровождаемый вулканическими процессами, происходит в пределах внутреннего рифта в очень узкой зоне, около 2 километров. Эта зона, где и формируется новая кора, выражена в рельефе в виде осевого поднятия, по высоте редко превышающего 500 метров. С обеих сторон от осевого поднятия находятся узкие депрессии (понижения, впадины), где в результате спрединга образуются многочисленные трещины. Морская вода по трещинам устремляется в глубинные слои океанической коры и разогревается там до высокой температуры. Она взаимодействует с окружающими породами, насыщаясь различными химическими элементами. Разогретая масса, содержащая металлы, минералы и другие рудообразующие элементы, изливается в холодное придонное пространство и охлаждается. Присутствующие в этих гидротермальных излияниях тяжелые частицы оседают на дно, формируя сначала небольшие холмики, а затем настоящие горы, сложенные сотнями тысяч и миллионами тонн сульфидных руд с высокими концентрациями различных металлов: меди, цинка, железа, серебра, золота и др.
Дальнейшие сенсационные научные открытия были связаны с применением подводных обитаемых аппаратов. В 1976 году в районе Галапагосского рифта американские ученые, используя глубоководный буксируемый аппарат «Ангус», получили фотографии необычной донной фауны. Но еще до этого с научно-исследовательских судов, в том числе и отечественного судна «Дмитрий Менделеев», здесь производили измерения параметров водной среды и установили высокие значения теплового потока и аномальные концентрации метана и гелия в пробах придонной воды. В феврале – марте 1977 года в районе Галапагосского рифта состоялась первая экспедиция обитаемого аппарата «Алвин», принадлежащего Вудсхолскому океанографическому институту. Ее результаты были ошеломляющими. Ученые из иллюминаторов впервые увидели потоки теплой воды на глубине 2500 метров, струящиеся вверх из каждой расщелины, из каждого отверстия в морском дне.
Обилие жизни и разнообразие видов необычных животных потрясло подводных наблюдателей. Анализ придонной воды и представителей фауны, поднятых аппаратом «Алвин», показали, что на поверхности дна обитают хемосинтезирующие бактерии, которые составляют основу пищевых цепей гидротермальных животных.
Таким образом было подтверждено существование в океане явления хемосинтеза, открытого в конце XIX века русским ученым С. Н. Виноградским: образование органического вещества на дне океанов, при полном отсутствии солнечного света, осуществляется некоторыми видами бактерий из двуокиси углерода не за счет солнечной энергии, как при фотосинтезе, а за счет энергии, получаемой при окислении восстановленных неорганических соединений, которые выносятся гидротермальным флюидом из глубинных слоев океанической коры.
Когда было открыто явление хемосинтеза, полагали, что для образования первичного органического вещества в условиях полной темноты обязательно необходима высокая температура, стимулирующая метаболическую активность бактерий. Но несколько позже, в начале 80-х годов XX века, были обнаружены районы, в которых выхода горячих флюидов не наблюдалось, тем не менее они тоже были населены гидротермальными животными. Исследования этой необычной фауны показали, что носителями энергии в таких случаях служат сероводород и метан. На локальных участках дна благодаря хемосинтезу образуются специфические сообщества ранее не известных донных организмов, причем их поселения отличаются огромной биомассой: вместо обычных граммов – до 40–60 килограммов на квадратный метр. Большое разнообразие форм и видов животных, встречающихся в этом сообществе, зачастую их яркая окраска и высокая плотность поселения на небольшом участке дна создают впечатление настоящего оазиса на фоне редких рыб, морских звезд, губок, кораллов и других животных, эпизодически попадающихся на больших глубинах океана несколько в стороне от гидротерм.
Следующее очень важное открытие было сделано в 1978 году на Восточно-Тихоокеанском поднятии, в районе 21° с. ш. Из иллюминаторов аппарата «Алвин» ученые увидели черный дым, струящийся из «труб» на глубинах 2500–2600 метров. Если температура изливающейся воды на Галапагосском рифте не превышала 20 °C, то здесь она достигала 300–350 °C в жерле «курильщика» – так ученые назвали эти постройки, образовавшиеся в результате осаждения сульфидов металлов, которые были вынесены гидротермальным флюидом в виде черного облака взвешенных частиц. Во флюидах было определено высокое содержание сероводорода, а большие площади дна оказались густо населены гидротермальной фауной, близкой по своему видовому составу к фауне Галапагосского рифта.
В последующие годы (конец 70-х – начало 80-х) на дне океана была сделана целая серия открытий в районах, изобилующих гидротермами. Первые гидротермальные поля были открыты в Тихом океане, где скорость раздвижения литосферных плит гораздо выше, чем в Атлантическом и Индийском. Появилась гипотеза, что гидротермальные излияния на дне возможны только в районах с высокой скоростью спрединга литосферных плит, но это практически исключало наличие гидротермальных полей в Атлантике. Однако в 1985 году группа американских ученых, возглавляемая Питером Рона, подняла со дна Атлантического океана креветок, пахнущих сероводородом. Это было сделано в районе 26° с. ш. В 1986 году в этом районе с «Алвина» наблюдались мощные выбросы черного дыма из труб и гидротермальные сочения через осадки на возвышениях дна. Здесь ученые обнаружили целые креветочные рои, сплошь покрывавшие большие площади донной поверхности. Креветки были основным видом животных и еще в восьми, открытых позднее, гидротермальных районах Атлантики.
Надо отметить, что все открытия гидротермальных полей происходили по одной схеме. Сначала с борта какого-либо научно-исследовательского судна обнаруживались признаки выхода на поверхность дна гидротермальных растворов – либо по высоким концентрациям соответствующих химических элементов, либо по образцам поднятых со дна сульфидов или гидротермальных животных. Затем с помощью глубоководных буксируемых аппаратов, оборудованных видео- и фотоаппаратурой, гидрофизическими и гидрохимическими датчиками, искали на дне гидротермальные оазисы. Глубоководные обитаемые аппараты использовали на заключительном этапе, когда было необходимо детально исследовать районы, обнаруженные необитаемыми техническими средствами. Применять же обитаемые аппараты для поиска гидротермальных полей, занимающих, как правило, незначительные площади, совершенно нецелесообразно в связи с небольшим энергетическим запасом аккумуляторных батарей, малой скоростью передвижения аппаратов вблизи дна и ограниченностью обзора через иллюминаторы. Однако с конца 70-х годов гидротермальные поля стали изучать в основном с применением глубоководных обитаемых аппаратов. Все ГОА, существующие в настоящее время в мире, внесли весомый вклад в эти океанологические исследования. Наибольшее число открытий сделано с помощью аппарата «Алвин»; французскому «Нотиль» и японскому «Шинкай-6500» также принадлежит немало открытий в этой области.
Российские ученые начали изучение гидротермальных полей с погружений на ГОА «Пайсис-VII» и «Пайсис-XI». В июне – июле 1986 года была проведена первая экспедиция по гидротермальной тематике в район Курильской островной дуги под руководством А. П. Зоненшайна. В августе – декабре того же года под руководством А. П. Лисицына состоялась экспедиция на хребет Хуан-де-Фука и в бассейн Гуаймас Калифорнийского залива. С введением в строй аппаратов «Мир-1» и «Мир-2» возможности отечественных ученых значительно расширились. Имея эти аппараты, уже не приходилось выбирать районы с глубиной менее 2000 метров, как было в экспедициях с ГОА «Пайсис». В 1988–2001 годах НИС «Академик Мстислав Келдыш» с обоими «Мирами» на борту работал в 17 гидротермальных районах, причем некоторые из них «Миры» посетили по 2–3 раза. А на подводный вулкан Пийпа в Беринговом море, гидротермальное поле в Атлантике на 14°45 с. ш., грязевой вулкан Хаакон Мосби и хребет Вестнеза в Норвежском море аппараты «Мир» опускались первыми после их открытия с борта научно-исследовательских судов.
Мое «открытие» гидротермали
Итак, первая экспедиция с использованием ГОА «Мир-1» и «Мир-2» началась в феврале 1988 года. Судно «Академик Мстислав Келдыш» держало курс в Атлантику на гидротермальное поле ТАГ (26° с. ш.). Помимо российских ученых и подводников на борту судна были финские специалисты, которые помогали в обслуживании аппаратов и ремонтных работах, а также инженеры с фирмы Holming Elektronics – они должны были ввести в строй гидроакустическую систему навигации по донным маякам, которая еще не была испытана на больших глубинах. В первых же погружениях аппаратов «Мир» выяснилось, что навигационная система не работает. Это создало много сложностей при поиске гидротермального холма. Напомним, что гидротермальное поле – лишь маленький оазис жизни на огромной площади дна, и найти его, не имея точной навигационной привязки под водой, практически невозможно. Есть еще один из вариантов поиска гидротермальных излияний – с помощью высокоразрешающего локатора, однако он тоже не работал. Оставались только визуальные наблюдения и надежда на удачу.
Мы сделали уже 15 погружений, но гидротермальный холм так и не появился в поле зрения «Миров». Да это и неудивительно: глубина, на которой находится искомый объект, – 3600 метров; даже если аппарат уходит под воду в точке с известными координатами, его за два часа пути от поверхности до дна сносит течениями довольно существенно – иногда на милю и более. Поэтому, если нет определений по донным гидроакустическим маякам, аппарат приходит на дно, по существу, в точку с не известными для экипажа координатами. Однако и в такой ситуации нам удалось детально исследовать главные структурные элементы рифтовой долины.
Погружения строились по схеме, разработанной еще во время работы с «Пайсисами». В одном аппарате находились командир, бортинженер и подводный наблюдатель. Такое сочетание давало возможность оптимально использовать время у дна: командир осуществлял профессиональное пилотирование, позволявшее наблюдателю обозревать исследуемые структуры со всех сторон, а бортинженер обеспечивал проведение измерений, видеозаписей, фотографирование; в то же время подводный наблюдатель следил за выполнением научной программы погружения, направляя действия всего экипажа в соответствующее русло. В этом 15-м рейсе судна «Академик Мстислав Келдыш» участвовали ведущие морские геологи нашей страны: А. П. Лисицын, Л. П. Зоненшайн, Ю. А. Богданов, М. И. Кузьмин. Эта четверка подводных наблюдателей сформировалась еще во времена геологических исследований с ГОА «Пайсис». Их большой опыт позволял быстро определять район рифтовой долины, где в данный момент находится подводный аппарат, характер геологических структур и породы, их слагающие. Каждое погружение сопровождалось отбором большого количества геологических образцов, анализ которых на борту судна позволял установить их химический состав, время их формирования и т. д. Все это, даже при весьма приблизительном определении местоположения исследуемых структур, давало неоценимую по новизне научную информацию.
Итак, для поиска гидротермального поля в отсутствие навигационной привязки нам пришлось полагаться на визуальные наблюдения. Один из методов – пилотирование аппарата в 20–30 метрах от поверхности дна и постоянный контроль за показаниями температуры и мутности (такая методика была применена в одном из моих погружений с А. П. Лисицыным на ТАГе). Как только увеличивалась мутность, а температура повышалась на 0,1–0,15 °C, я сразу останавливал аппарат, шел вниз и совершал посадку на дно. Однако обследование его поверхности положительных результатов не давало. Было ясно, что поле хотя и недалеко, но без нормально работающего локатора найти его проблематично: ведь гидротермальный плюм, т. е. облако взвешенных в воде частиц, вынесенных из недр океанической коры, распространяется на многие сотни метров от своего источника. Поэтому примененный нами метод поиска далеко не совершенен и в значительной мере рассчитан на элемент случайности.
Работы на полигоне заканчиваются. Остается еще маленькая надежда на последнее, 16-е погружение. Поработать на гидротермальном поле хотя бы в одном погружении очень важно. В составе экипажа ГОА «Мир-2» – командир Анатолий Сагалевич, бортинженер Анатолий Благодарев и наблюдатель Георгий Черкашев. Перед нами стоит непростая задача: непременно найти этот небольшой кусочек дна, этот оазис жизни, который подобен живительному источнику в огромной песчаной пустыне, с той лишь разницей, что здесь пустыня – бескрайний простор океана, а сам оазис находится на глубине около четырех километров.
«…Глубина 3710 метров. Сели на дно, на склон вулканической постройки. Начали движение вверх по склону курсом 270°», – эти слова я передаю на борт судна по подводной гидроакустической связи, в просторечье – по подводному телефону. Следует ответ: «Понял. Работайте».
Идем вверх по склону небольшого холма, который сложен лавовыми излияниями причудливых форм: шарообразными базальтами, длинными трубами, разветвляющимися на множество более мелких. Такие формы изверженная горячая лава принимает при застывании в результате контакта с холодной придонной водой. Миновали вершину этого небольшого лавового сооружения. «Пока никаких признаков», – передаю наверх по связи. Если не выйдем на активную гидротерму, это еще не значит, что погружение прошло впустую: ведь научные наблюдения выполняются по маршруту постоянно – манипуляторы отбирают образцы пород, ведутся видеозапись и фотографирование, измеряются параметры водной среды. Однако все эти данные получат совсем иную окраску, если мы выйдем на «живую» гидротерму и проведем комплекс исследований непосредственно вокруг нее.
По склону лавовой постройки спускаемся в ложбинку. На фоне осадка оранжевого цвета видим базальты, покрытые густым зеленым налетом. Этот налет говорит о том, что гидротермальный источник, возможно, расположен неподалеку. Встречаем первого вестника гидротермали – небольшой угорь, приветливо вильнув хвостом, поплыл вверх, приглашая нас следовать за ним. Теперь мы медленно поднимаемся вдоль склона, на котором уже нет массивных базальтовых шаров и труб. Их сменил мягкий осадок с желтой, оранжевой, красной, багряной окраской. Появившиеся в поле зрения небольшие сульфидные постройки напоминают маленькие башенки высотой 30–40 сантиметров. А вот и теплая вода: просачивается сквозь осадок и устремляется вверх. Оказывается, здесь, на глубине 3700 метров, тоже «журчат ручьи», но только вода струится не вниз по склону, как на суше, а вверх, поскольку она теплее и легче придонной холодной воды. Нас как будто несет вверх, словно мы плывем по волнам этого струящегося ручья, играющего всеми цветами радуги в лучах светильников подводного аппарата. Увеличивается количество маленьких белых актиний, гурьбой снуют проворные угри, величаво ступает оранжевый краб. Датчик температуры за бортом показывает +8 °C, тогда как обычная температура на этой глубине около 0 °C. Появляются отдельные креветки размером 3–4 сантиметра, затем их количество постепенно увеличивается до десятка, до нескольких десятков…
И наконец вот оно – то, ради чего мы сюда стремились: первый черный дымок, пробивающийся сквозь осадок на вершинке маленького холма. Вывожу манипулятор и обрушиваю эту вершинку – черный дым поднимается вверх мощным потоком, заслоняя вид из иллюминаторов. Аппарат погружается во тьму, хотя внешние светильники включены. По-видимому, мы разрушили преграду, удерживавшую черный дым – частицы минеральной взвеси – под плотной коркой осадка. Продвигаемся немного вперед, выходим из кромешной тьмы и упираемся в склон, сплошь покрытый креветками, колышущимися словно ковер, сотканный из живых существ. Черные дымы прорываются сквозь него, создавая картину какого-то буйства. В этом смешении креветок и дымов все настолько динамично и непривычно для человеческого глаза, что возникает впечатление сплошного движения. Вокруг невозможно найти ни одного статичного участка – все дымит, колышется, ползает, плавает. Даже не верится, что все это происходит на глубине 3700 метров!
Прошел уже час, как мы вышли на это удивительное место, но никаких действий пока не предпринимаем: в состоянии эйфории прильнули к иллюминаторам и, не отрываясь, наблюдаем за происходящим вокруг. Лишь Анатолий Благодарев щелкает тумблерами и кнопками, фиксируя все на видеомагнитофон и фотопленку. Да, будет что посмотреть нашим коллегам на борту судна, когда мы поднимемся на поверхность!
Вывожу манипулятор и пытаюсь отобрать образцы сульфидов, которыми был сложен холм. Но здесь полиметаллическая руда совсем свежая и горячая, а потому крошится в стальной клешне манипулятора, но все же часть ее попадает в бункер. Позже из разных мест на вершине этой гидротермальной постройки мы наберем полный бункер разноцветных образцов, которые после нашего всплытия заиграют на солнце, как драгоценные камни… А пока захватываю манипулятором сачок и пытаюсь загрести с поверхности дна как можно больше животных. Креветки поднимаются со дна и образуют вокруг аппарата густую живую массу. «Настоящий креветочный суп вокруг», – замечает Анатолий Благодарев. Позже мой друг биолог Лев Москалев скажет: «Поймали двадцать экземпляров креветок! Не много, но и не мало!» (Значит, для детального изучения в лабораторных условиях достаточно.) Затем добавит: «Этих гидротермальных креветок называют “римикарис”. Они совсем не такие, каких мы употребляем с пивом, к тому же пахнут сероводородом». Успокаиваться рано, мы подняли представителей только одного вида креветок, а их здесь как минимум три. В 1991 и 1994 годах мы снова будем работать в этих водах и наберем сотни креветок; среди них окажутся и недостающие два вида и еще два принципиально новых для науки, но эти первые двадцать – очень важны.
В своей первой экспедиции на ТАГ мы еще не имели того арсенала научного оборудования, которым снабжены ГОА «Мир» в настоящее время. Отбор животных производился довольно примитивным способом – сачками. Позже будут изготовлены различные средства пробоотбора, в частности всасывающее устройство «slurp gun», которое позволяет в двухлитровые емкости втягивать сотни креветок или других животных.
…Немного подвсплываем вверх, продвигаемся вперед и наталкиваемся на сплошную дымовую завесу. Это – вершина холма, на которой расположено несколько труб, из них под большим давлением вырывается черный дым. Беру в манипулятор длинную металлическую трубку с датчиком температуры и подношу к одному из жерл – на табло монитора высвечивается +338 °C. Здесь нужно быть аккуратным: если дымовая струя прямо из трубы попадет на пластиковый иллюминатор, он может расплавиться. Спустя несколько часов, уже на поверхности, мы обнаружим, что ограждение левого бокового двигателя аппарата, сделанное из твердого пластика, сильно обожжено и частично превратилось в настоящий уголь. Значит, где-то боком задели горячую струю дыма.
Смотрю на часы: два ночи. С поверхности мы ушли в 10 утра и до сих пор даже не вспомнили о бутербродах, которые всегда с большой заботой готовит судовой повар Николай Трущенков. Происходящее вокруг настолько захватило нас, что мы забыли обо всем земном. Периодически поступают запросы с «Келдыша»: «“Мир-2”, как дела?», на что следует краткий ответ Анатолия Благодарева: «Работаем». Осталось отобрать несколько проб воды и взвеси прямо из «курильщика» и произвести измерения на разных расстояниях от него. После этого можно всплывать. Выполнив последние операции на дне, немного поднимаемся, подходим к одной из труб, размещаем над ее жерлом измерительные приборы и очень медленно начинаем всплытие, работая боковыми двигателями, развернутыми вертикально, на малых оборотах. На экране монитора видно, как быстро меняется температура по мере удаления от источника: вот она уже остановилась на отметке 1,4 °C, а вода стала совсем прозрачной.
Вот и закончилось мое первое знакомство с действующим гидротермальным полем. Конечно, впечатления превзошли все ожидания. Впереди предстоит еще много таких погружений в различных районах океана, но это – первое – навсегда останется как «мое открытие» гидротермали…
Мы еще трижды возвращались на поле ТАГ с аппаратами «Мир». Но эти экспедиции 1991 и 1994 годов проводились уже в ту пору, когда научные исследования – в отсутствие бюджетного финансирования – организовывались на средства, которые удавалось найти по соглашениям с зарубежными партнерами.
В 1991 году основной целью экспедиции были работы с канадской фирмой Imax на «Титанике»; глубоководные съемки на гидротермальном поле ТАГ предполагалось провести на первом ее этапе. Попутно с борта судна проводились научные исследования. В этой экспедиции принял участие американский ученый-геолог Питер Рона, который стоял у истоков открытия поля ТАГ, положившего начало целой серии подобных открытий в Атлантике. В одном из погружений 1991 года была обнаружена и обследована огромная гидротермальная постройка, депозит сульфидных руд которой составляет 10 миллионов тонн. На ней давно уже не дымятся черные «курильщики», нет экзотической гидротермальной фауны, но ее вершину покрывает сплошной лес высоких труб охристого цвета – свидетельство того, что когда-то здесь бушевали черные дымы и ключом била необычная жизнь. Но она прекращается, как только иссякает приток горячего флюида, а на месте бывших гидротерм остаются холмы, хранящие большие запасы полиметаллических руд. Именно такой холм и был открыт в погружении с участием российского ученого Ю. А. Богданова и американского ученого П. Рона. Эта самая крупная из всех известных на дне океана гидротермальных построек получила название «Мир». А в экспедиции 1994 года сотрудник Института океанологии А. В. Верещака открыл новый род и вид гидротермальной креветки, получившей название «мирокарис».
Конец ознакомительного фрагмента.