2. Экспедиционные и полевые работы
2.1. Экспедиционные и полевые работы в Арктике
Экспедиционные работы российских организаций в Арктике и Антарктике отличались большим географическим охватом и носили в основном комплексный характер. В них принимали участие ведущие научные организации России и зарубежных стран. Ниже приводится максимально краткое описание работ в период МПГ 2007/08 с указанием, как правило, организаций – организаторов работ. Перечень экспедиций и организаций-участников приводится в приложении. Подробное описание экспедиций можно найти в двухтомном издании «Экспедиционные исследования в период Международного полярного года 2007/08», опубликованном в 2008 г. (Экспедиционные исследования…, 2008; 2009).
2.1.1. Морские экспедиции в Арктике
Активная экспедиционная деятельность в морской Арктике стала отличительной чертой российских работ в рамках МПГ 2007/08. Ни одна другая страна не выполнила в этот период такой объем полевых работ. Беспрецедентными были исследования в высокоширотной Арктике и в арктических морях, которые охватили практически весь сектор Северного Ледовитого океана (СЛО), примыкающий к арктическому побережью России.
Большинство экспедиций носили комплексный характер, в них участвовали представители различных организаций и ведомств.
Важные данные для подготовки материалов по обоснованию внешней границы континентального шельфа России в Арктическом бассейне были получены экспедицией на борту а/л «Россия» в мае – июне 2007 г. (ВНИИ Океангеология, Федеральное агентство по недропользованию). Комплекс геолого-геофизических работ на хребте Ломоносова включал наледное глубинное сейсмическое зондирование (ГСЗ) и наблюдения методом отраженных волн (МОВ), гравиметрические и маятниковые наблюдения, геологические исследования, акустические наблюдения и телефотопрофилирование. Использовались вертолеты Ми-8 МТВ и Ка-8 МТВ, с помощью которых был выполнен комплекс океанографических наблюдений. 7 июня 2007 г. в точке 80°57′ с.ш., 168° в.д. на лед была высажена группа специалистов ААНИИ из девяти человек, которые организовали дрейфующий лагерь («Ледовая база») с целью использовать его для развертывания дрейфующей станции «Северный полюс-35». Однако активные процессы таяния арктических льдов летом 2007 г. привели к разрушению льдины, и ледовая база была снята НЭС «Академик Федоров» 23 августа 2007 г.
В 25-м рейсе НИС «Академик Страхов» (Геологический институт РАН) проводились комплексная эхолотная и геофизическая съемка дна Баренцева моря между архипелагами Земля Франца-Иосифа (ЗФИ) и Шпицберген, в желобе между арх. Шпицберген и о-вом Белый, а также батиметрическая и геофизическая съемка в зоне сочленения хребтов Мона и Книпович. На островах Гукера, Скотт-Келти и Мертвого тюленя (ЗФИ) в течение восьми дней работала геологическая группа.
Самой масштабной морской экспедицией 2007 г. стала экспедиция ААНИИ «Арктика-2007» на борту НЭС «Академик Федоров» в сопровождении атомного ледокола «Россия». На ее первом этапе решались задачи Высокоширотной арктической глубоководной экспедиции (начальник А. Н. Чилингаров). 2 августа 2007 г. глубоководные аппараты «Мир-1» и «Мир-2» впервые в истории полярных исследований совершили погружение с борта НЭС «Академик Федоров» в точке географического Северного полюса и установили на дне Государственный Флаг России. Это выдающееся достижение было отмечено высокими правительственными наградами. Трое участников экспедиции – А. Н. Чилингаров, А. М. Сагалевич, Е. С. Черняев – стали Героями России.
На следующем этапе в августе 2007 г. были выполнены комплексные исследования в районе материкового склона морей Карского и Лаптевых, желобов Святой Анны и Воронина, в проливе Шокальского. Одновременно проводились геологические и орнитологические наблюдения на архипелагах ЗФИ и Северная Земля, на о-ве Ушакова, а также была осуществлена эвакуация станции «Ледовая база». На заключительном этапе (29 августа – 25 сентября) был осуществлен поиск ледяного поля для дрейфующей станции СП-35 и ее организация. Были обследованы восточная часть моря Лаптевых, северные части Восточно-Сибирского и Чукотского морей, ледяной массив Канадского сектора Арктики. 21 сентября в точке 81°20′ с.ш., 103°02′ в.д. была организована дрейфующая станция СП-35. За период рейса судно прошло 14 447 миль, в том числе 4925 миль в тяжелых льдах.
Центральное место в высокоширотных исследованиях ААНИИ занимали работы дрейфующих станций СП-35 и СП-36. СП-35 была развернута 21 сентября 2007 г. в точке с координатами 81°33′ с.ш., 103°51′ с НЭС «Академик Федоров». За 297 суток работы станция прошла 2504 км, при этом размер льдины сократился с 3,5 × 3,0 км до 0,3 × 0,6 км. В июле 2008 г. станция вышла в шельфовый район арх. Шпицберген. В эвакуации участвовали НЭС «Михаил Сомов» в сопровождении а/л «Арктика». Была обеспечена полная экологическая безопасность окружающей среды, на льдине остались только следы от строений и передвижения транспорта.
Коллектив станции под руководством А. А. Висневского выполнил комплекс наблюдений, который включал стандартные метеорологические наблюдения, двухразовое аэрологическое зондирование, океанографические и гидрохимические наблюдения, гидрографический промер, наблюдения за загрязнением океана, льда, снега, воздуха, за газовым составом атмосферы, за морским льдом, а также гидробиологические, геохимические, криологические исследования. В работах принимали участие специалист из Норвежского полярного института С. Герланд и представитель института им. А. Вегенера (Германия) Е. Грассер.
Наблюдения были продолжены на дрейфующей станции СП-36, открытой 7 сентября 2008 г. в точке с координатами 82°31′ с.ш., 175°05′ в.д. на ледяном поле диаметром около 6 км и преобладающей толщиной 2,3–2,8 м. Коллектив станции возглавил Ю. И. Катраев.
В районе Северного полюса в апреле 2007 г. в течение двух недель проводилась экспедиция ПАЛЭКС-2007 (ИО РАН, ААНИИ, Полярный фонд), включавшая метеорологические, гидрофизические, гидрохимические, ледовые, биологические и криологические наблюдения в четырех дрейфующих лагерях, которые получили имена выдающихся полярных исследователей: И. Д. Папанина («Иван»), П. П. Ширшова («Петр»), Э. Т. Кренкеля («Эрнест») и Ф. Нансена («Фритьоф»). В апреле 2008 г. эти работы были проведены снова. Наблюдения позволили получить уникальную информацию для оценки состояния морских полярных экосистем в условиях меняющегося климата.
Исследования айсбергов и айсбергопродуцирующих ледников проводились ААНИИ с борта НЭС «Михаил Сомов» в Баренцевом и Карском морях в 2007 г. (март – май, август – сентябрь) и в 2008 г. (август – сентябрь). Изучались айсбергопродуцирующие ледники архипелагов ЗФИ, Новая Земля и Северная Земля. С использованием вертолета Ми-8 была осуществлена аэрофотосъемка северной оконечности арх. Новая Земля. Было выполнено радиолокационное зондирование ледников для определения их толщины и внутреннего строения. Были зафиксированы скопления крупных столообразных айсбергов массой более 1 млн т в ряде районов их образования, которые при определенных синоптических ситуациях могут войти в Баренцево море. Получены количественные оценки связей между характеристиками айсбергов морей Западной Арктики и состоянием айсбергопродуцирующих ледников. Результаты имеют большое значение для создания систем управления ледовой обстановкой, обеспечивающих безопасную эксплуатацию сооружений на морских месторождениях Баренцева и Карского морей, где угроза айсбергов велика.
Масштабные исследования проведены в российских арктических морях.
В Баренцевом море экспедиция ПИНРО на НИС «Фритьоф Нансен» в сентябре 2007 г. исследовала процессы водообмена в проливе между архипелагами Новая Земля и ЗФИ. Выполнена океанографическая съемка, получены годовые серии данных наблюдений за течениями на пяти автономных буйковых станциях. Всего было установлено 13 измерителей, фиксирующих скорость течений, температуру и соленость воды.
Экспедиция ММБИ на НИС «Дальние Зеленцы» в августе – сентябре 2007 г. проводила комплексные экосистемные исследования на разрезах от Кольского п-ова до архипелагов Шпицберген, ЗФИ, Новая Земля. Выполнялись наблюдения за фито– и зоопланктоном, макрозообентосом, птицами, морскими млекопитающими, загрязнением, взвешенными веществами, а также океанографические, гидрохимические и микропалеонтологические наблюдения. Не менее масштабный комплекс наблюдений был выполнен в августе – сентябре 2008 г. с борта того же судна на этих же разрезах, что позволило оценить межгодовые изменения в экосистеме Баренцева моря.
Кроме того, НИС «Дальние Зеленцы» выполнило несколько экспедиций в прибрежных районах Баренцева моря в марте, апреле – мае, июне 2007 г. и в июле 2008 г. для мониторинга морских экосистем в заливах и губах Кольского п-ова. Изучалось состояние прибрежных экосистем Кольского п-ова в различные сезоны годового цикла, оценивалось антропогенное воздействие через стоки рек на различные виды и сообщества. Также специалисты ММБИ выполнили комплекс попутных экосистемных исследований с борта атомных ледоколов «Арктика», «50 лет Победы» в весенне-зимний период 2007 и 2008 гг. на трассах Северного морского пути по маршрутам, которые связывают порт Мурманск и Енисейский залив (через мыс Желания и пролив Карские Ворота). Выполнялись наблюдения за морскими млекопитающими, за структурой и динамикой планктонных сообществ, за загрязнением морской воды, зообентоса и донных осадков. Полученные данные очень важны для количественного описания годового цикла морских экосистем в области однолетних льдов, поскольку данных наблюдений за зимне-весенний период очень мало.
В Карском море выполнено несколько крупных морских экспедиций в летний период 2007 и 2008 гг.
В сентябре – октябре 2007 г. с борта НИС «Мстислав Келдыш» (ИО РАН) проводились исследования в западной части Карского моря и Обской губе. Были получены оценки современного состояния ключевых компонентов экосистемы Карского моря, особенностей циркуляции, геохимических и гидрохимических процессов в водной толще и на дне, происходящих при трансформации речного стока, механизмов формирования структуры пелагических и донных экосистем. Исследованы механизмы переноса вещества в системе эстуарий – шельф – континентальный склон – глубокий океан, а также обследованы потенциально опасные объекты, представляющие угрозу радиоактивного загрязнения (залива Благополучия и Течений у северо-восточного побережья арх. Новая Земля). Удалось реконструировать пути распространения и особенности трансформации аномально распресненной изолированной области поверхностных вод, связанной с весенним паводком рек Оби и Енисея.
Работы экспедиции ААНИИ «Баркалав-2007», проводившейся в августе – сентябре 2007 г. на борту НИС «Иван Перов», охватили моря Баренцево, Карское, Лаптевых и Восточно-Сибирское. Исследовалось взаимодействие вод шельфа и глубокого океана в северо-восточной части Баренцева моря и западной части Карского моря, в районе желобов Святой Анны, Воронина, Новоземельский; механизмы формирования океанических структур различного масштаба в условиях пресноводного стока рек, мелководного шельфа и меняющегося ледяного покрова; формирование реликтовой подводной криолитозоны в южной части моря Лаптевых; развитие природной среды Баренцевоморского региона и лаптевоморского природного комплекса за последние 10–100 тыс. лет. Выполнены океанографические, гидрохимические, геохимические наблюдения, собраны пробы фито– и зоопланктона, донных биоценозов, ихтиофауны способом донного траления, отобраны донные осадки для изучения газовых компонентов. Также выполнены два геологических полигона, установлены две буйковые станции в море Лаптевых.
В августе – сентябре 2008 г. была проведена еще одна подобная экспедиция «Баркалав-2008», охватывающая акваторию указанных морей. Работы в большой степени были сконцентрированы на исследовании процессов, происходящих в области заприпайных полыней моря Лаптевых, в которых в холодный период года происходит активный теплообмен и формирование значительного количества молодых льдов. Были проведены наблюдения в районе, который соответствует зимнему стационированию заприпайной Ленской полыньи. Измерялись океанографические параметры, отобраны пробы донной фауны, которая является одним из индикаторов интенсивности вертикального обмена. Были установлены особенности биоценозов области Ленской полыньи, отличия от других областей моря Лаптевых.
Этим работам предшествовали наблюдения, выполненные в апреле – мае 2008 г. экспедицией «Полынья-2008», организатором которой был ААНИИ. Исследования выполнялись с припайного льда с использованием вертолета и лодки «Зодиак». Проведены комплекс океанографических, ледовых, метеорологических, гидробиологических наблюдений, наблюдения за метаном. Были установлены пять притопленных буйковых и четыре автоматических метеорологических станции. С борта вертолета измерялась толщина льда, а с помощью дрейфующего свободно опускающегося зонда проводились наблюдения в полынье.
Уникальные зимние наблюдения зафиксировали отепляющее воздействие атлантических вод, проникающих из северных районов моря Лаптевых. К сожалению, неблагоприятные погодные условия не позволили реализовать программу в полном объеме. Указанные выше три экспедиции внесли весомый вклад в российско-германский проект «Система моря Лаптевых», который реализуется со второй половины 1990-х годов.
Две экспедиции ААНИИ в области материкового склона моря Лаптевых и Восточно-Сибирского моря выполнены в рамках российско-американского проекта АВЛАП/NABOS (АВЛАП – атлантические воды в море Лаптевых, NABOS – Nansen and Amundsen Basins Observational System), который осуществляется с 2002 г. и направлен на изучение трансформации атлантических вод на материковом склоне моря Лаптевых. Первая экспедиция на борту НИС «Виктор Буйницкий» проведена в сентябре 2007 г. Выполнено более 100 океанографических станций, установлено пять притопленных буйковых станций (ПБС), которые продолжили многолетний мониторинг динамики и структуры вод континентального склона СЛО.
Вторая экспедиция ААНИИ состоялась в октябре 2008 г. на борту ледокола «Капитан Драницын». Было выполнено пять разрезов поперек континентального склона СЛО к северо-востоку от арх. Шпицберген, к северу от ЗФИ, в северных частях морей Лаптевых и Восточно-Сибирского. Было поднято пять ПБС и поставлены две новые.
Долговременные наблюдения в рамках проекта АВЛАП/NABOS позволили проследить распространение промежуточных атлантических вод в СЛО в течение нескольких лет. В это время происходило повышение их температуры, что является дополнительным фактором ускорения таяния арктических льдов.
Исследования зоны взаимодействия Северного Ледовитого и Тихого океанов проводились в Чукотском и Беринговом морях в рамках российско-американского проекта Русалка (RUSALKA – Joint Russian-American Long-term Census of the Arctic). Работы были начаты в 2004 г. В августе – сентябре 2007 г. экспедиция, организованная ГНИНГИ, проводилась на борту гидрографического судна «Север». Были подняты три установленные ранее ПБС и поставлены три новые. Выполнена океанографическая съемка, включающая широкий комплекс наблюдений, в том числе и гидрографические. Поднято и установлено вновь пять ПБС в территориальных водах США.
В октябре 2008 г. работы в этом районе выполнялись с борта НИС «Академик Лаврентьев». В ходе экспедиции поднято и установлено восемь ПБС, что позволило продолжить долговременный мониторинг динамики и термохалинной структуры вод в этом районе. Приоритетной и перспективной задачей проекта является определение связей между состоянием экосистем Чукотского и Берингова морей и климатическими изменениями, а также влияния тихоокеанских вод на состояние СЛО.
2.1.2. Наземные экспедиции в Арктике
В начале 2000-х годов Российская Федерация усилила свое научное присутствие на архипелаге Шпицберген. Работы по программе МПГ 2007/08 стали одним из важных этапов по расширению исследований природной среды архипелага и прилегающих акваторий.
Силами специалистов ПГИ и ААНИИ выполнялись исследования геофизических процессов в области дневного полярного каспа (на границе между полярной шапкой и авроральной зоной), регистрация стимулированного излучения при нелинейном воздействии на высокоширотную ионосферу мощным КВ-излучением установки SPEAR, установленной в поселке Лонгйир, КВ-интерферометром ПГИ в поселке Баренцбург. Также исследовались пульсации магнитного поля, проводилась телевизионная регистрация полярных сияний. Ученые ААНИИ выполнили серию уникальных экспериментов по изучению неоднородностей в полярной ионосфере. В этих экспериментах использовались данные зондирования с НИС «Горьковская», расположенной вблизи Санкт-Петербурга.
Проводились метеорологические наблюдения, в которых особое внимание было уделено сравнению данных наблюдений с помощью различных приборов, которые используются на разных научных станциях, компактно расположенных в поселке Ню-Олесунн.
В заливе Гренфьорд (о-в Западный Шпицберген) в летний период специалисты ААНИИ выполнили океанографические исследования, включающие съемки с борта судна и установку двух буйковых станций. Определялись гидрохимические и гидробиологические параметры. Наблюдения зафиксировали отчетливое влияние на воды залива Западно-Шпицбергенского течения.
Экспедицией ММБИ в мае – октябре 2007 г. исследовался рельеф дна и донных отложений приледникового озера Ледовое, находящегося в кутовой части залива Гренфьорд, у фронта ледников Западный и Восточный Гренфьорд, а также поток осадочного вещества ледникового выноса. Одновременно исследовались бентосные организации в верхней сублиторали залива, проводились орнитологические наблюдения в окрестностях поселков Баренцбург и Пирамида.
В июле 2008 г. группа из ММБИ проводила судовые и береговые учеты для оценки видового разнообразия, статуса пребывания и характера распространения морских, водоплавающих и околоводных птиц на акватории Гренфьорда.
Влияние колоний морских птиц на геохимию ландшафтов о-ва Западный Шпицберген исследовали специалисты ИГ РАН летом 2007 г. Выделены уникальные орнитогенные ландшафты с повышенной биопродуктивностью и биоразнообразием, своеобразные «очаги жизни».
В 2007–2008 гг. Северо-Западный филиал НПО «Тайфун» осуществлял локальный и фоновый экологический мониторинг загрязнения компонентов окружающей среды в районе поселка Баренцбург с прилегающей акваторией залива Гренфьорд. Наблюдения проводились в весенний и летно-осенний периоды года и включали геоэкологическое апробирование атмосферного воздуха и аэрозоля, снежного покрова, морского льда, почв, почвенных вод, наземной растительности, морских вод, взвесей и донных отложений. Установлено, что качество атмосферного воздуха полностью соответствует российским нормативам. В снежном покрове обнаружено повышенное содержание хлорорганических пестицидов, ПХБ, некоторых ПАУ и ТМ по сравнению с фоновыми районами Арктики. Предполагается, что повышенное содержание ПАУ и ПХБ, ряда ТМ обусловлено локальными и региональными источниками, а остальных веществ – глобальным переносом. В целом содержание основных групп загрязняющих веществ в компонентах природной среды в районе поселка Баренцбург характерно для областей развитой угледобывающей промышленности.
Исследования изменений в краевых областях ряда ледников арх. Шпицберген проводили специалисты ААНИИ и ИГ РАН.
Геологические исследования выполнены силами специалистов Института геологии РАН, которые в 2007 г. исследовали биостратиграфию волжского яруса юрской системы о-ва Западный Шпицберген (мыс Фестниген и гора Миклегард). В том же году экспедиция ПМГРЭ провела геологогеофизические работы на шести полигонах на о-ве Северо-Восточная Земля.
В 2007–2008 гг. Институтом археологии РАН в рамках международного сотрудничества были выполнены археологические работы, которые включали сбор материалов по истории начала угледобычи и раскопки древнего поселения Кокеринсет на западном берегу залива Гренфьорд.
Значительное внимание в полевых исследованиях было уделено проблеме пространственного распределения и переносу газовых и аэрозольных составляющих атмосферы.
В экспедициях ИФА РАН летом 2007 и 2008 гг. с использованием вагона-обсерватории TROICA по маршруту Москва – Владивосток – Москва собраны данные о приземном составе воздуха, в том числе о содержании озона, окислов азота, метана, оксидах углерода, диоксиде серы, летучих органических соединений и аэрозолей. Эти данные позволяют оценить фоновые условия, загрязнение в отдельных городах и регионах, а также в шлейфах крупных антропогенных источников эмиссий. Результаты этих наблюдений были дополнены данными фоновой станции мониторинга ИФА РАН в Средней Сибири (ст. Зотино).
Проблеме аэрозольного загрязнения арктической атмосферы были посвящены две экспедиции ААНИИ – САЖА-2007 и САЖА-2008. Исследовался уровень загрязнения снежного покрова и льда, прежде всего, сажевым аэрозолем в период максимального снегонакопления (март – май) вблизи пунктов Нарьян-Мар, Воркута, Диксон, Хатанга, Якутск, Черский, Билибино, Певек, но на некотором удалении от них, что позволило исключить влияние местных источников. Эти наблюдения стали частью циркумполярных наблюдений, проводимых в Гренландии, Центральном Арктическом бассейне, на Аляске и в Канаде.
Институтом географии РАН в марте – апреле 2007 г., в период максимального снегонакопления, были проведены синхронные подспутниковые измерения характеристик снежного покрова и сопутствующей гидрометеорологической информации на тестовых полигонах Полярного и Приполярного Урала (г. Воркута), на маршруте от ст. Косью до Саблинского хребта для различных ландшафтных зон. Данные были использованы для валидации данных микроволновых съемок из космоса с использованием аппаратуры SSM/I (DMSPF13) и AMSR-E («Аква»). Также специалисты ИГ РАН в сентябре 2007 г. провели работы на гляциологическом трансекте Охотское море – полюс холода Евразии.
Одним из наиболее заметных проектов МПГ стали исследования озера Эльгыгытгын в период 2007–2009 гг. Зимой 2008/09 г. была завершена активная фаза международного научно-исследовательского проекта «Глубокое бурение озера Эльгыгытгын». В проекте принимали участие Россия, Германия, США и Австрия.
Озеро Эльгыгытгын расположено в метеоритном кратере на Чукотке в 100 км к северу от Полярного круга. Возраст метеоритного кратера составляет 3,6 млн лет. Основными задачами проекта были: бурение всей толщи донных озерных отложений для непрерывной реконструкции климата за последние 3,5 млн лет; бурение метеоритной брекчии, подстилающей озерные осадки для исследования процессов формирования метеоритного кратера; бурение многолетнемерзлых пород в кратере озера для исследования истории формирования и развития мерзлоты.
Буровым работам предшествовал длительный подготовительный этап, включающий несколько международных экспедиций (1998, 2000, 2003 гг.), в рамках которых проводилось комплексное исследование этого уникального природного объекта.
Специально сконструированное, не имеющее аналогов оборудование для бурения озерных осадков было доставлено из США и впоследствии перешло в собственность Российской академии наук. В условиях полного отсутствия инфраструктуры на озеро были доставлены сотни тонн топлива и оборудования для организации работ и жизнеобеспечения. С октября 2008 г. по июнь 2009 г. на озере Эльгыгытгын функционировал научный поселок, где постоянно проживало около 40 человек, обеспеченный электричеством, транспортной техникой, всеми узлами жизнеобеспечения, спутниковой связью, доставленной из Германии мобильной лабораторией, специально оборудованными кернохранилищами с поддержанием необходимого температурного режима. По окончании работ поселок был полностью ликвидирован с проведением рекультивационных работ.
В результате проведенных работ были получены керны из всей толщи донных озерных отложений (315 м), подстилающей метеоритной брекчии (200 м) и многолетнемерзлых отложений в кратере озера (142 м).
Получен уникальный непрерывный ряд данных о развитии климата и природной среды Арктики за последние 3,5 млн лет, т. е. включающий весь четвертичный период и конец плиоцена.
Значительный комплекс палеогеографических исследований выполнен ААНИИ и другими организациями на о-ве Самойловский в дельте р. Лена в 2007–2008 гг. В течение 2–5 месяцев теплого периода года, используя инфраструктуру Государственного заповедника «Усть-Ленский», до 40 исследователей из России и Германии изучали историю развития дельты р. Лена и берегов моря Лаптевых в плейстоцене – голоцене, особенности русловых и береговых процессов на современном этапе развития дельты р. Лена. Также изучались микробиологические, химические, физические, гидрологические процессы в слое сезонного оттаивания грунта для определения интенсивности эмиссии парниковых газов в атмосфере. Эти работы являлись составной частью российско-германского проекта «Система моря Лаптевых».
Используя данные регулярных наблюдений сети гидрометеорологических станций и материалы периодических обследований ряда рек п-ова Ямал, специалисты ГГИ получили обобщения по особенностям гидрологического режима устьевой части Обской губы и рек п-ова Ямал, востребованные в работах по освоению газовых месторождений региона.
Изменения криосферы являются индикатором климатических трендов и могут представлять серьезную угрозу для наземной инфраструктуры. В рамках проектов МПГ проводились исследования в прибрежных районах, на островах, во внутриконтинентальных областях России, в которых участвовали ведущие организации РАН и других ведомств.
В прибрежной зоне моря Лаптевых Институт мерзлотоведения СО РАН в июле – сентябре 2007 г. в рамках российско-германского проекта «Система моря Лаптевых» провел исследования на о-ве Самойловский, в дельте р. Лена, в губе Буор-Хая, на о-ве Б. Ляховский (Восточно-Сибирское море), в урочище Ойягосский Яр. Основными задачами были определение изменений в темпах разрушения льдистых берегов, сбор данных для разработки модели нивального литогенеза прибрежного ледового комплекса. Отмечено ускорение отступания льдистых берегов морей Лаптевых и Восточно-Сибирского (в 1,5–2 раза), активизация склоновых процессов на прежде стабильных берегах. Эти процессы коррелируют с наблюдаемым потеплением атмосферы.
Масштабные исследования выполнены Институтом криосферы Земли (ИКЗ) СО РАН. В 2007 г. были проведены две экспедиции в районах европейского Севера, Урала, Западной и Восточной Сибири, в Карском море и в море Лаптевых. В этих регионах в июле – октябре 2007 г. работало семь экспедиционных отрядов с участием зарубежных специалистов, выполнивших полевые работы в низовьях р. Печора, на Югорском п-ове Полярного Урала, на п-ове Ямал (месторождение Бованенково), на полярной станции Марресаля[1], в районе городов Надым и Уренгой в Западной Сибири, на Таймыре в Восточной Сибири. Наблюдения позволили изучить: криогенные условия и геологические процессы на суше и в прибрежной части моря; строение, свойства и распространение многолетнемерзлых и посткриогенных (протаявших на месте) толщ в обнажениях и скважинах; изменения климата и палеоклимата; наземные экосистемы Арктики; строение и температурный режим отложений на побережье и дне морей Карского, Баренцева и Лаптевых. Уникальные данные позволяют получить наблюдения на двух геокриологических стационарах – Воркутинский и мыс Болванский.
Исследования на стационаре мыс Болванский на побережье Печорской губы проводятся уже 25 лет и включают наблюдения за температурой верхних горизонтов многолетних мерзлых пород (ММП) в скважинах, глубиной протаивания и температурным режимом активного слоя, динамикой развития криогенных процессов термоабразии, сейсмогеокриологическими условиями верхних горизонтов пород в береговой зоне Печорской губы. Результаты наблюдений за 2007 г. и имеющийся 25-летний ряд данных наблюдений подтверждают слабый положительный тренд среднегодовой температуры ММП – от 0,003 до 0,023 °С/год.
ИКЗ СО РАН проводил также работы на западе Ямала на геокриологическом полигоне в районе пос. Моррасале, на берегу Байдарацкой губы. Наблюдения выявили вековую динамику и тенденцию повышения температуры придонного слоя воды в Карском море на глубине 0–50 м. На северо-западе п-ова Ямала повышение температуры морской воды по сравнению со значениями за 1920-е годы составляет 0,2–0,3 °С. Уменьшилась толщина припайного льда, что сужает полосу примерзания припая к дну моря, ускоряя таяние ММП под дном моря. В 2007 г. оборудована наблюдательная сеть, начат мониторинг температуры мерзлых толщ в акваториях с измерениями в верхнем слое до 2,5 м.
С борта т/х «Федор Наянов» проведены исследования берегов р. Енисей и Енисейского залива от Дудинки до Диксона по двум направлениям: геокриологические исследования естественных ландшафтов и обнажений и геоботанические исследования для оценки связей строения, свойств мерзлых пород и характеристик ландшафтов, включая растительный покров и почвы.
Работы на стационарах и полигонах ИКЗ СО РАН были продолжены в 2008 г.
Палеоэкологическая экспедиция «Берингия» Института физико-химического и биологического почвоведения РАН проводит системные исследования вечной мерзлоты в Арктике с 1978 г. Районы работ – тундровая и лесотундровая зоны приморских низменностей восточного сектора Арктики (побережья морей Лаптевых и Восточно-Сибирского) между дельтой р. Лена и устьем р. Колыма. Эти работы были активизированы в период МПГ 2007/08 по нескольким направлениям.
Проводились наблюдения за термическим состоянием вечной мерзлоты в восточном секторе Арктики в рамках проектов «Термическое состояние вечной мерзлоты» (Thermal State of Permafrost, TSP), «Циркумполярный мониторинг деятельного слоя» (Circumpolar Active Layer Monitoring, CALM) и «Реакция арктических и субарктических почв на изменение условий на Земле» (RASCHER). Создана сеть наблюдений за реакцией многолетнемерзлых пород приморских низменностей восточного сектора Арктики, который включает три горизонта наблюдений (до 25 м).
Шаг измерений составляет 0,5 м в слое 0–5 м, 1 м до глубины 15 м и ниже через 2–5 м. Результаты многолетних наблюдений свидетельствуют о минимальном отклике термического состояния почвенного покрова и верхних горизонтов криолитосферы Восточной Арктики на текущие флуктуации климата по сравнению с другими регионами. Возможно, это связано с высокой льдистостью криогеосистем.
В 2007 и 2008 гг. получен материал о содержании метана в голоцен-плейстоценовых отложениях Омолоно-Анюйской едомы, примыкающей к горному обрамлению Колымской низменности. Результаты исследований не подтверждают распространенное мнение о том, что основным поставщиком органического вещества и метана являются позднеплейстоценовые отложения ледового комплекса. Оценки для Хромо-Индигирского междуречья показывают, что даже при освобождении всего метана с этой площади при оттаивании мерзлых толщ на глубину 30 м значимого выброса этого газа в атмосферу не произойдет. В большей степени он будет определяться новообразованным в оттаявшей толще газом.
Летом 2007 г. Московский центр Русского географического общества и географический факультет МГУ провели экспедицию на Восточный Таймыр для изучения снежного покрова и состояния современных ледников. В последние десятилетия отмечается отступление ледниковых языков на 100–200 м; ряд ледников расчленились между собой, что в ряде случаев привело к образованию на поверхности ледников озер. Кроме того, обнаружены новые, ранее не известные ледники, и их число достаточно велико.
Летом 2008 г. экспедиция МГУ и ИКЗ СО РАН исследовала четвертичные отложения берегов Енисейского залива, их криогенное строение, включая повторно-жильные льды.
Основная часть данных, полученных в различных экспедициях в период МПГ 2007/08, в той или иной степени освещает современное состояние арктических экосистем, в большей мере их абиотическую составляющую. Ряд экспедиций был ориентирован на исследования конкретных экосистем в локальных районах Арктики. Значительное место занимают орнитологические исследования.
Институт географии РАН провел несколько экспедиций такой направленности.
В мае – июне 2007 г. в Кандалакшском и Северодвинском заливах, на Соловецком архипелаге проводились исследования динамики и пространственного распределения морских птиц в Беломорском регионе. В работах участвовали Соловецкий филиал Беломорской биологической станции МГУ и Соловецкий музей-заповедник. Объектом исследований были более 20 видов морских птиц, наблюдения выполнялись с берега и с использованием морских лодок. Проведенная оценка уязвимости морских птиц к нефтяному загрязнению показала, что к наиболее уязвимым относятся гага, гага-гребенушка, чистик, гагарка.
На побережье и в центральной части о-ва Колгуев, в прибрежных районах р. Печоры проводились наблюдения для оценки изменений состояния гусеобразных в связи с изменением климата и хозяйственной деятельностью. Обследование проводилось на пеших маршрутах и с использованием моторной лодки. Было обследовано более 100 птиц, 14 из которых было помечено для организации спутникового мониторинга за миграциями.
В 2007 г. в Ненецком, Ямало-Ненецком, Таймырском и Чукотском АО проведены исследования реакции гусеобразных на изменение климата Арктики. Выделены виды гусей, которые подвержены воздействиям климатических изменений, таких как уровень моря, ледовые условия и т. д.
Совместно с Институтом проблем экологии и эволюции РАН в летний период 2007 г. проведены зоогеографические и орнитологические исследования на Чукотском полуострове. Использовались вездеходы и моторная лодка. Выявлены новые особенности в современном процессе расселения птиц и в динамике их численности, причем для 23 видов куликов прослежены позитивные изменения.
ААНИИ в составе морской экспедиции «Арктика-2007» провел орнитологические исследования на о-ве Хейса (25 июля – 7 августа 2007 г.). Главным объектом изучения стала белая чайка. Выполнены пешие маршруты с целью поиска гнездовых колоний белой чайки и проведены общие орнитологические наблюдения, отловлены птицы для кольцевания, спутникового мечения, биометрических исследований и отбора проб для оценки здоровья популяции. Обнаружен новый для ЗФИ вид – зуек-галстучник, доказано его гнездование.
На втором этапе экспедиции, 8–28 августа 2007 г., были проведены количественный учет морских птиц и млекопитающих по ходу движения судна, аэровизуальные наблюдения с вертолета, авиадесантное орнитофаунистическое обследование высокоширотных островов (12 островов архипелагов ЗФИ и Северная Земля, о-ва Ламон (ЗФИ), островов Шмидта, Комсомолец, Октябрьской Революции).
Большой объем попутных орнитологических исследований в 2007–2008 гг. был выполнен сотрудниками ММБИ КНЦ РАН с борта атомных ледоколов.
Летом 2007 г. на юго-западе п-ова Ямал, в районе п. Еркуты, был проведен первый полевой сезон в рамках проекта «Хищники Арктики как индикаторы состояния тундровых экосистем» с участием Института экологии растений и животных УРО РАН, МГУ и норвежских исследовательских центров. Велись наблюдения за песцами, лисицами, ласками, горностаями, мышевидными грызунами (полевки и лемминги). Отмечен рост числа лисиц, которые вытесняют песцов. Эта тенденция связана с потеплением в Арктике. В Скандинавии она достигла угрожающего характера – там практически утрачена популяция континентального песца.
Институт географии РАН в 2007 г. проводил полевые исследования в европейском секторе Арктики, в устье реки Печоры и в других областях. Проводился сбор данных для реконструкции развития растительности и арктического фаунистического комплекса хроносрезов позднего плейстоцена и голоцена – аналогов современной и прогнозируемой климатической обстановки. Выявлены особенности динамики растительности в оптимум голоцена – 5800–5500 лет тому назад (активное торфообразование, смена растительности от безлесных тундр к таежным комплексам (в течение 1000 лет)). Уточнены границы распространения биоты и экосистем тундр и лесотундр.
Важным направлением стали наблюдения за загрязняющими веществами в атмосфере Арктики, в частности развитие системы циркумполярного мониторинга. В марте – апреле 2008 г. на полярной станции Валькаркай усилиями НПО «Тайфун» и Чукотского УГМС была запущена станция мониторинга стойких органических загрязнителей (СО3) в атмосферном воздухе. Проводился регулярный отбор проб воздуха для определения содержания полихлорированных бифенилов (ПХБ), некоторых хлорорганических пестицидов (ХОП) и полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Кроме того, отбирались пробы почв и снега для оценки выпадений. Массовая концентрация конгенеров ПХБ на ст. Валькарай оказалась одной из самых высоких, наблюдаемых в Арктике.
С 2007 г. усилиями НПО «Тайфун» и Северного управления Гидрометслужбы России в районе поселка Амдерма проводится мониторинг содержания элементарной ртути в атмосферном воздухе. Ртуть – один из трех наиболее опасных с экологической точки зрения ТМ. В Арктике наблюдается повышенная концентрация ртути в воздухе. Ее внутригодовая изменчивость обусловлена естественными механизмами и сопровождается выпадением на подстилающую поверхность, что приводит к повышенному содержанию ртути в рыбах и тканях животных. Наблюдения проводились с помощью автоматизированного анализатора Terkan 2537А, фиксировались ежечасные и среднесуточные значения концентрации ртути.
Исследование речного переноса загрязняющих и других веществ, их влияния на морскую среду было одной из главных задач в экспедиции Института океанологии РАН, которая состоялась в феврале – марте 2007 г. в устьях рек Северной Двины и Пинеги. Исследовались эоловый и ледовый перенос и потоки вещества путем наблюдений в снежно-ледяном покрове и в подледной воде (растворенная и взвешенная фаза).
Состояние экосистем береговой зоны Баренцева моря, включая сушу и прибрежные воды, исследовали специалисты ММБИ в 2007–2008 гг. (Фитобентос-2007, -2008). В 2007 г. экспедиция проводилась в три этапа (январь, июль – август, сентябрь – октябрь) в районах губ Дальнезеленецкая и Ярнышная. Проводились исследования физиологических, морфологических, популяционных и фитоценотических характеристик губ Восточного Мурмана с целью изучения их адаптивных реакций на абиотические и биотические факторы внешней среды. Схема работ 2008 г. была такой же, как и в 2007 г., только первый этап исследований был проведен в апреле.
В августе 2008 г. в бухте Дальнезеленецкая проведена очередная экспедиция ММБИ КНЦ РАН по оценке современного состояния группировки камчатского краба и динамики ее количественных и качественных показателей. Наблюдения выполнялись с помощью водолазных разрезов на глубине от 3 до 28 м. Отмечено резкое угнетение популяции камчатского краба в 2008 г., возможными причинами которого могут быть загрязнение воды, вылов, сокращение кормовой базы.
Одной из задач палеоэкологической экспедиции «Берингия» (Институт физико-химических и биологических проблем почв РАН) было обнаружение в мерзлых толщах, погребенных позднеплейстоценовых почвах и линзах отрицательно-температурных растворов криопэгов палеобиологических объектов (микроорганизмов, простейших мхов, семян), сохраняющих жизнеспособность на протяжении позднего кайнозоя. При оттаивании они восстанавливают свои физиологические характеристики и заново вовлекаются в круговорот, участвуя в формировании современного биоразнообразия. Показано, что вечная мерзлота является криобанком генетических ресурсов (биота и потенциально активные продукты ее жизнедеятельности: биомолекулы, ферменты и пигменты – это законсервированный в мерзлоте генофонд) и резервуаром выведенных из современного биохимического круговорота углеродсодержащих геогазов (углекислого газа и метана), присущих только криолитосфере.
Геолого-геофизические исследования выполнялись в рамках национальных проектов МПГ Российской Федерации. Ведущая роль в этих работах принадлежала Геологическому институту РАН. В августе 2007 г. проведена экспедиция, включавшая геологические наблюдения на Мурманском берегу Кольского п-ова и на островах в центральной части Кандалакшского залива Белого моря. Использовались малые плавсредства – надувные лодки и небольшое судно. На побережье Кольского залива изучались состав и строение проявлений внутриплитного магнетизма, распространенных вдоль баренцевоморского побережья Кольского п-ова с целью определения их структурного положения, времени внедрения и, в конечном счете, геодинамической обстановки их формирования.
Полевые работы на островах Средние и Долгие Луды Кандалакшского залива были направлены на уточнение ареала распространения рифейских отложений в пределах залива, неоднозначно закартированных на изданных геологических картах, а также на изучение кинематики разломов главных этапов тектогенеза и характера унаследованности структур на северо-западном замыкании Кандалакшско-Онежского палеорифта.
В августе 2007 г. ГИН РАН провел геологические исследования мезозойских (транснижний мел) отложений на островах Надежда, Баренца, Эдиса и Западный Шпицберген. Выполнены биостратиграфические, геоморфологические и неотектонические наблюдения, отобраны образцы на магнитостратиграфию. В бухте Агард отмечена новейшая тектоническая активность.
В июне – сентябре 2007 г. состоялась экспедиция ГИН РАН на о-в Столбовой (Новосибирские о-ва). Выполнены комплексные геологические работы на южной половине острова, главная задача которых состояла в реконструкции позднеюрского-раннемелового флишевого синколлизионного бассейна, который слагает существенную часть шельфа моря Лаптевых и протягивается в юго-восточном направлении до северной Чукотки. Получены новые данные о стратиграфии, составе, возрасте, обстановке и условиях осадконакопления, а также о структурных особенностях мезозойного терригенного комплекса. На острове обнаружены выходы неизвестных ранее континентальных неогеновых отложений, фиксирующих заложение рифтогенных впадин.
В июне – сентябре 2008 г. работы ГИН РАН были продолжены на о-ве Бельковский. Была закартирована южная часть острова, детально изучены осадочные разрезы западного берега острова и выходы магматических пород. Работы на Новосибирских островах позволили произвести реконструкцию двух глубоководных прогибов на территории восточной части моря Лаптевых.
В июне – августе 2007 г. ГИН РАН при участии организаций России и Японии провел экспедицию в Усть-Большие горы Чукотского полуострова и на правобережье реки Анадырь. Исследовались офолиты, которые принято рассматривать как фрагменты древних океанов. Изучались структурные положения, состав и возраст офолитов, структура и тектоническая история региона. Приведено площадное опробование, собран представительный материал для изучения стратиграфии, структуры, литологии, изотопной геохронологии, петрографии, петрохимии и геохимии пород.
Институт геологии алмазов и благородных металлов СО РАН летом 2007 г. провел полевые работы на побережье губы Буор-Хая моря Лаптевых. Выполнены сейсмические исследования плейстоценовых областей хараулахской группы катастрофических палеоземлятрясений (тренчинг, возрастные датировки). Анализ трещиноватости выполнялся на основе 26 тысяч измерений трещин западного побережья губы Буор-Хая. Были отобраны пробы для дополнительных радиоуглеродных определений абсолютного возраста по ряду опорных литолого-фациальных разрезов позднего кайнозоя прибрежно-шельфовой зоны.
Геолого-геофизические исследования в период МПГ 2007/08 проводились также в примыкающих к арктической зоне областях. Институт геологии КарНЦ РАН выполнил геологические исследования по маршруту Петрозаводск – Кижи – Толвуя – Бесов мыс – Лодейное поле – Валаамский архипелаг – Путсаари – Сортавала. Изучались закономерности глубинного строения и особенности современной геодинамики земной коры юго-восточного склона Фенноскандинавского щита для разработки научно-методической базы для создания геолого-геофизического (или геолого-геодинамического) полигона на основе интеграции образовательных и научно-исследовательских ресурсов.
Экспедиционные и полевые работы социально-экономической направленности имели ограниченный характер и включали медико-биологические и археологические исследования, а также мероприятия, направленные на улучшение качества окружающей среды.
Специалисты ААНИИ в 2007/08 г. провели четыре экспедиции в Ямало-Ненецком автономном округе и четыре экспедиции в Республике Саха (Якутия). В Ямало-Ненецком автономном округе основное внимание уделялось исследованиям влияния ТМ (хрома, никеля, кадмия) на состояние здоровья населения. Главным объектом работ был поселок Харп, в который, начиная с 1999 г., стали завозить хром-никельсодержащую руду для дробления, складирования и отгрузки в железнодорожные вагоны. Произошло серьезное загрязнение территории поселка, реки Собь, лесотундры, прилегающей к трассам провозки руды. Исследовались загрязнение поселка и состояние здоровья населения.
Были установлены заметные изменения экологического фона, большая запыленность атмосферы. За счет накапливающейся пыли содержание хрома и никеля существенно превышает предельно допустимые концентрации даже в детских и лечебных заведениях. Помимо прямых воздействий, загрязняющие вещества (ЗВ) попадают в организм человека с рыбой местного улова и с дикоросами. Заболеваемость местного населения возросла в 1,5–8 раз.
В Республике Саха (Якутия) в 2007 г. обследовалось население в поселках Белая Гора и Кэвэргэна Абыйского улуса (осмотрены 1220 детей и 30 женщин). В 2008 г. работы были продолжены в Неррюнгринском улусе. Также выполнены работы по оценке медико-экологической ситуации в поселке Тикси и в Гидрометеорологической обсерватории Тикси.
В октябре 2007 г. при участии специалистов ГОИН и Полярного фонда реализован демонстрационный проект по реабилитации территории ЗФИ. Для этого был выбран район на о-ве Земля Александры, где у рейдовой стоянки находятся не менее 2 млн бочек и несколько сотен цистерн ГМС, а также множество техники и бытовой мусор. Были очищены два полигона (218 бочек складировано, 31 вымыта, 11 спрессованы), рекультивирована почва, отобраны пробы грунта на определение содержания загрязняющих веществ. Несмотря на то что перечисленные работы не внесли заметного вклада в реабилитацию территории ЗФИ, был сделан вывод о том, что она возможна. Масштабная очистка требует применения более эффективных технологий.
Изучению истории взаимодействия и взаимовлияния антропогенного фактора и окружающей среды с древности до XIX века были посвящены полевые работы с участием Ямало-Ненецкого окружного музейно-выставочного комплекса им. И. С. Шемановского. Работы проводились по трем направлениям:
– древнее святилище Усть-Полуй как сосредоточение проявлений систем культурной и хозяйственной адаптации в эпоху раннего железного века;
– феномен западносибирских городков Средневековья и Нового времени на примере Вайкарского городка (XIV–XVII века) и его округи;
– становление кочевой оленеводческой культуры в тундре п-ова Ямал.
Масштабные комплексные исследования культурного и природного наследия были проведены на архипелагах Новая Земля и Северная Земля, Соловецких островах, о-ве Вайгач, п-ове Таймыр, в городище Постозерск силами Морской арктической комплексной экспедиции (МАКЭ) РНИИ культурного и природного наследия им. Д. С. Лихачева. Обследования проводились с использованием НЭС «Михаил Сомов» и вертолета Ми-8. Экспедиция исследовала объекты на островах Хейса, Земля Александры, Греэм-Белл, Рудольфа, Джексона, Алджер (ЗФИ), Визе, Вайгач, Колгуев, Домашний и Голомянный (Северная Земля) и других, а также на мысе Желания, в заливе Натальи на Новой Земле, на островах морей Карского и Лаптевых, на побережье полуостровов Таймыр, Ямал, в Большеземельской тундре. Во всех местах высадки МАКЭ проведены комплексные исследования историко-культурной и природной среды Арктики. Собраны исторические экспонаты и материалы, включая ботанические и минералогические коллекции. Эти объекты наследия переданы в различные федеральные и региональные музеи нашей страны.
2.2. Полевые экспедиции и работы в Антарктике
В 2007–2009 гг. в Антарктике выполнены полевые работы по всем разделам Плана экспедиционных работ МПГ. Проведены работы по следующим 24 проектам (12 кластерных антарктических проектов, антарктические разделы 11 кластерных биполярных проектов и один национальный проект МПГ):
– «Сбор данных метеорологических измерений в активную фазу МПГ для научных и прикладных исследований»;
– «Влияние климатически индуцированного таяния ледников на морские и сухопутные прибрежные сообщества вдоль западного Антарктического полуострова»;
– «Антарктический морской лёд в Международный полярный год»;
– «Трансантарктическая научная экспедиция – ледоразделы Восточной Антарктиды»;
– «Природа подледниковых озер Антарктики – Единая международная команда по поиску и изучению»;
– «Антарктическая поверхностная аккумуляция и сток льда»;
– «Совместные циркумполярные исследования антарктических морских экосистем для сохранения живых ресурсов»;
– «Совместный циркумполярный анализ климатических взаимодействий и динамики экосистем Южного океана»;
– «Сбор сведений о морской жизни в Антарктике»;
– «Эволюция и биоразнообразие в Антарктике: ответ живых организмов на изменения»;
– «Антарктическая и субантарктическая вечная мерзлота, перигляциальная зона и почва»;
– «Происхождение, эволюция и положение подледных гор Гамбурцева: изучение неизведанных антарктических территорий»;
– «Климат Антарктики и Южного океана»;
– «Озоновый слой и ультрафиолетовая радиация в меняющемся климате»;
– «Аэрозольная оптическая толщина; средние значения, изменчивость и тренды климатически значимых аэрозольных параметров в полярных районах»;
– «АЙССТАР: Межполушарная сопряженность в земно-космических явлениях и их связь солнечно-земными взаимодействиями»;
– «ГЕОТРАССЕРЫ: международное исследование биогеохимических циклов трассеров и изотопов в Арктике и Южном океане»;
– «Состояние и судьба криосферы»;
– «Обсерватория вечной мерзлоты: вклад в изучение термического состояния вечной мерзлоты»;
– «Тектоническая карта полярных регионов Земли»;
– «Тектоника плит и полярные океанические связи в истории Земли»;
– «Данные МПГ и информационное обслуживание для распределенного управления данными»;
– «Сеть полярного мониторинга Земли»;
– «Экологически чистое проникновение и комплексное исследование подледникового озера Восток».
Отметим, что проект «Сбор данных метеорологических измерений в активную фазу МПГ для научных и прикладных исследований» был единственным антарктическим кластерным проектом, возглавляемым российским институтом. Проект «Экологически чистое проникновение и комплексное исследование подледникового озера Восток» был чисто российским проектом МПГ.
Работы проводились в рамках Российской антарктической экспедиции (РАЭ) на пяти постоянно действующих станциях, нескольких сезонных базах, во время внутриконтинентальных санно-гусеничных походов и в Южном океане с борта судов «Академик Федоров» и «Академик Александр Карпинский».
В спектр полевых работ входили сбор данных метеорологических измерений, исследования атмосферной циркуляции, озонового слоя и ультрафиолетовой радиации, оценки аэрозольной оптической толщины атмосферы, изменчивости и трендов климатически значимых аэрозольных параметров в полярных районах. Исследовались климатообразующие процессы в Южном океане, взаимодействие вод антарктического склона и шельфа.
На антарктическом ледниковом щите проведены исследования поверхностной аккумуляции и стока льда. Изучено влияние солнечной активности на атмосферные процессы и космическую погоду в Антарктике. Биологические исследования включали изучение эволюции и динамики экосистем в Антарктике и Южном океане в современных климатических условиях, геологические – изучение тектоники плит, а также происхождения, эволюции и положения подледных гор Гамбурцева.
Особое внимание было уделено задаче экологически чистого проникновения в подледниковое озеро Восток и гляцио-геофизическим исследованиям вдоль линий тока льда, проходящих через подледниковое озеро Восток. Работы проводились в условиях активного международного партнерства.
В процессе исследования современного климата получены оценки параметров пространственно-временной изменчивости термического режима атмосферы Антарктики в приземном слое, в толще тропосферы и в нижней стратосфере за период инструментальных наблюдений 1957–2009 гг. Данные о среднегодовой температуре приземного воздуха на станциях в Антарктике показывают, что за период 1957–2008 гг. на большинстве станций тренды положительны. Из 15 станций с длинными рядами только на четырех тренд является отрицательным, причем большинство трендов не являются статистически значимыми. За последние десятилетия заметное потепление климата наблюдается в районе Антарктического полуострова как в приземном слое, так и в тропосфере. Здесь наблюдается уменьшение амплитуды годового и суточного хода температуры воздуха за счет увеличения минимальных значений.
Феномен регионального потепления, являющегося крупнейшим в Южном полушарии, проявляется не только в повышении приземной температуры воздуха, но и в увеличении мощности и числа облачных слоев, уменьшении высоты нижней границы облачности и увеличении водности облаков, таянии ледников, деградации вечной мерзлоты и сокращении морского ледяного покрова на акватории к западу от полуострова. Процесс потепления уже оказал влияние на морские и наземные экосистемы, в которых начали появляться более теплолюбивые биологические формы.
Важно, что в период проведения МПГ в результате установки автоматических метеостанций на законсервированных станциях Молодежная, Русская и Ленинградская восстановлена российская циркумполярная сеть метеонаблюдений.
По данным измерений общего содержания озона (ОСО) и парниковых газов в толще атмосферы определены тенденции и механизмы изменений в Антарктике концентрации озона и малых газовых составляющих атмосферы. В течение нескольких десятилетий в антарктической стратосфере каждую зиму создаются метеорологические условия, приводящие к образованию «озоновой дыры». Необходимой предпосылкой для формирования отрицательной аномалии ОСО является преобладание процессов фотохимического разрушения озона над процессами его образования. Это возможно при наличии развитого стратосферного циркумполярного вихря. Он изолирует стратосферные слои над Антарктикой от стратосферы умеренных широт и препятствует переносу богатых озоном воздушных масс внутрь охватываемой им зоны. Сохранение ядра холода с экстремально низкой температурой в зоне действия вихря способствует образованию стратосферных полярных облаков, на поверхности которых и происходят химические реакции разрушения озона.
Отмечена стабилизация содержания озона за последние годы. Данные измерений ОСО в период МПГ на станциях Восток, Мирный, Новолазаревская и др., а также спутниковые данные показывают, что самой большой за последние годы озоновая дыра была в 2006 г., когда ее площадь составила 29 млн км2. Потери общей массы озона внутри границ зоны, где ОСО меньше 200 ед. Добсона, составили 40 мегатонн. Озоновые дыры в 2007 и 2008 гг. были средними по интенсивности и протяженности, однако в 2007 г. разрушение озона началось раньше, чем в предшествующие годы, а в 2008 г. «дыра» просуществовала дольше, чем когда-либо ранее.
Исследованы интегральные и спектральные потоки радиации и характеристики прозрачности атмосферы в Антарктике. Радиационный климат Антарктиды был очень устойчив в течение более 50 лет. Интегральная прозрачность атмосферы существенно уменьшалась лишь после сильных вулканических извержений, причем длительность периодов с повышенным уровнем замутнения атмосферы составляла 1,5–2 года. В межвулканические периоды прозрачность атмосферы и аэрозольное ослабление солнечной радиации были стабильными и находились в пределах естественной изменчивости. Измеряемые в Антарктиде значения спектрального аэрозольного ослабления солнечной радиации являются одними из самых низких на Земле и, по существу, характеризуют начальный уровень естественного глобального фона аэрозольного замутнения атмосферы.
В процессе исследований гелиогеофизических эффектов была проведена оценка влияния космических лучей (солнечного и галактического происхождения) и солнечного ветра на температурный режим и атмосферное давление в южной околополюсной области. Показано, что галактические лучи, направляемые солнечным ветром, влияют на температурный и ветровой режим в стратосфере и на озоновый слой. Разработана эмпирическая модель влияния межпланетного электрического поля на параметры атмосферы в Центральной Антарктиде, оценено влияние солнечной и магнитной активности на атмосферное электрическое поле.
В результате океанографических исследований антарктических вод с борта НЭС «Академик Федоров» получена уникальная информация о структуре вод в области Антарктического склонового фронта, который играет важнейшую роль в климатообразующих процессах в океане, в том числе в перемешивании водных масс различного происхождения, вентиляции глубинных слоев океана и формировании антарктических донных вод в результате опускания холодных шельфовых вод по склону. Получено экспериментальное подтверждение факта формирования в море Содружества антарктической донной воды. Температура обнаруженных донных вод составляет –0,3 до –1,6 °С, соленость 34,54–34,62 ‰.
Опускание плотных вод в глубинные слои может оказывать влияние на глобальный климат, так как переносимые при этом парниковые газы лишаются контакта с атмосферой на сотни лет. Работы в море Амундсена показали, что относительно теплая и соленая циркумполярная глубинная вода Южного океана, проникая на шельф Западной Антарктиды, способствует ускоренному таянию шельфовых ледников. Определено положение и некоторые характеристики фронтов и границ Антарктического циркумполярного течения (АЦТ) и примыкающих циркуляционных систем (субполярного круговорота Уэдделла и течения Агульяс). Получены оценки временной изменчивости положения основных фронтов и границ АЦТ, установлено, что более устойчиво положение Полярного фронта и Южного фронта АЦТ, менее устойчиво положение субтропического и субантарктического фронтов. Получены параметры изменчивости толщины припайного льда и длительности периода нарастания – стаивания припая за многолетний период в районах прибрежных российских станций.
В процессе изучения палеоклимата и подледникового озера Восток выполнены палеоклиматические реконструкции, направленные на изучение механизмов функционирования климатической системы в масштабах времени от сотен до сотен тысяч лет и в конечном итоге на прогнозирование долговременных тенденций изменений природной среды нашей планеты. По данным радиолокационных и сейсмических исследований в районе озера Восток получены данные о рельефе коренного ложа, толщине ледяного покрова и водного слоя озера. Проведены оценки изменений температуры воздуха и мощности ледникового покрова в центральных районах Антарктиды в период времени 0,5–1 млн лет тому назад.
Наиболее важные результаты связаны с исследованиями замерзшей воды из новых кернов льда из сверхглубокой скважины. К концу полевых работ МПГ глубина скважины достигла отметки 3666,54 м. В ходе исследований керна озерного льда получены новые данные о минеральном составе и возрасте (по уран-свинцовым датировкам циркона) осадочных пород озера, создан банк данных об изотопном, газовом и биологическом составе озерного льда, размере слагающих его кристаллов и ориентировке их главных осей. Анализ результатов проведенных исследований позволил уточнить представления о механизме образования озерного льда и получить важную информацию о газовом, изотопном и гидрологическом режимах подледникового водоема. В частности, было установлено, что в нижней части изученной толщи озерного льда наблюдается развитие поясной (горизонтальной) ориентировки главных осей кристаллов, что свидетельствует о поступлении в этот район переохлажденной талой воды из северных районов озера.
Результаты изотопных исследований указывают на асинхронное по глубине изменение содержания кислорода 18O2 и дейтерия в озерном льду, что отражает неравномерность поступления в озеро гидротермальных вод со дна водоема. На основании данных исследований озерного льда сделана предварительная оценка биогеохимического потенциала озера Восток с точки зрения возможности существования в нем микробной жизни. Показано, что микроорганизмы, если они обитают в подледниковой воде, должны быть хемоавтотрофами по способу получения энергии и вещества и психрофильными, оксигенофильными и пьезофильными по физиологии.
В результате гляциологических исследований были получены данные о скорости движения и толщине льда для основных выводных ледников Восточной Антарктиды. По результатам оценок материкового стока и аккумуляции установлено, что баланс стока материкового льда Антарктиды составлял в 1960-х годах 675,3 км3/год и увеличился к концу 1990-х годов до 940,3 км3/год, т. е. на 265,0 км3/год. Аккумуляция на материковой части Антарктического ледникового покрова в конце 1950-х годов составляла 793,8 км3/год и увеличилась к 1990-м годам до 1012,1 км3/год, т. е. на 218,3 км3/год. Установлено, что баланс массы Антарктического ледникового покрова на протяжении второй половины XX века являлся положительным: составлял в 1960-х годах 118,5 км3/год и уменьшился к концу 1990-х годов до 71,8 км3/год.
Динамика ледяного покрова края Антарктиды отражает основные тенденции расходной части баланса массы, поскольку преобладающим здесь является твердый сток материкового льда – отколы айсбергов. Основным источником айсбергов Антарктики являются шельфовые ледники. Таяние айсбергов, отколовшихся от шельфовых ледников, не приводит к повышению уровня моря, поскольку шельфовые ледники и так находятся на плаву. Однако откол айсбергов и разрушение шельфовых ледников могут ускорить сползание в океан льда с выводных ледников, а это приведет к повышению уровня моря.
Кругосветные плавания вокруг Антарктиды, начавшиеся в период МПГ, создали условия для проведения геодезических измерений высоты снежно-ледяного покрова в краевых частях ледяных куполов в прибрежных районах. В 53-й сезонной РАЭ (антарктическое лето 2007/08 г.) в районе станции Мирный через 44 года были повторены геодезические измерения на ледяном куполе на участке первых 100 км трассы санно-гусеничных походов Мирный – Восток. Впервые такие работы были выполнены в 9-й САЭ (1963/64 г.) совместными силами геодезистов из СССР и ГДР (Дрезденский технический университет). Работы, выполненные геодезистами Дрезденского технического университета и Петербургского ФГУП «Аэрогеодезия» в 53-й РАЭ, показали, что средняя толщина снежно-фирнового покрова на этом участке за последние 44 года увеличилась на 19 м.
В сезоне 2008/09 г. по программе работ 54-й РАЭ аналогичные совместные исследования были выполнены на выходе ледника Хейса в районе полевой базы Молодежная. Сравнение полученных экспериментальных данных с материалами 29-й САЭ (1983/84 г.) показали, что на первых 50 км трассы толщина снежно-фирнового покрова уменьшилась на 5–7 м, а на последующих 50 км примерно на столько же увеличилась. Эти работы положили начало созданию сети мониторинга, осуществляющей подобные наблюдения в районах российских станций и сезонных баз.
В период МПГ был начат мониторинг термического состояния вечной мерзлоты, организованный в районах российских станций по периметру Антарктиды в свободных ото льда оазисах. В ходе полевых работ пробурены скважины и отобраны мерзлые образцы для анализов, организованы площадки наблюдений за динамикой слоя сезонного оттаивания, установлены логгеры для мониторинга температурного режима мерзлых пород. Анализ данных показал, что в сухих долинах Антарктиды слой сезонного оттаивания как таковой отсутствует. За счет сублимации верхний слой толщиной 5–10 см иссушается, и породы, будучи несцементированными льдом, периодически выдуваются ветром. В результате кровля мерзлоты совпадает с дневной поверхностью.
В Субантарктике, на островах Кинг-Джордж, Ливингстон и Десепшен, впервые установлена северная граница вечной мерзлоты Антарктиды со среднегодовой температурой пород, близкой к 0 ºC. На морской террасе у станции Беллинсгаузен она составляет всего –0,5 ºC (температура у подошвы вечной мерзлоты на глубине 10 м составляет 0,25 ºC). На о-ве Десепшен при примерно такой же среднегодовой температуре мощность мерзлых пород составляет ~6 м. В первом случае высокая температура во многом обусловлена отепляющим влиянием мощного, толщиной до 1 м, снежного покрова, во втором – теплоизолирующими свойствами пирокластического материала: пеплами и шлаками.
В геолого-геофизических исследованиях Антарктики следует отметить морские геолого-геофизические работы – сейсмическое профилирование и аэромагнитные наблюдения – с судов «Академик Александр Карпинский» (ВНИИОкеангеология) и «Поларштерн» (Институт А. Вегенера, Германия) в районе плато Кергелен (море Содружества). Благодаря высокому качеству сейсмических материалов удалось обнаружить различия внутреннего строения и физических свойств земной коры, позволивших определить ее происхождение. Установлена взаимосвязь утолщенной магматической коры южной части плато Кергелен с рифтогенной и океанической корой морей Содружества и Дейвиса. По результатам интерпретации геофизических данных была сформирована новая геодинамическая модель и установлено, что раскол литосферы между Индией и Антарктикой произошел около 137 млн лет тому назад. Увеличение мощности базальтового слоя океанической коры с возрастом около 134 млн лет связывается с активизацией мантийной конвекции.
В процессе биологических исследований определены видовой состав (биоразнообразие), таксономическая и трофическая структура и особенности функционирования морских, ледовых, пресноводных и наземных экосистем Антарктики. Оценено современное состояние биоресурсов Южного океана, выявлена разнообразная лихенофлора оазисов Антарктиды и островов. На основе морских и прибрежных гидробиологических исследований определен видовой состав экосистем Южного океана. Обнаружено 37 новых для науки видов в основном среди ракообразных и рыб. На станции Прогресс организован мониторинг состояния прибрежных экосистем. На исследованных глубинах (до 40 м) выявлены шесть видов водорослей и не менее 205 видов беспозвоночных животных различных систематических групп и рыб. Проведены гидробиологические исследования озера Радок. Определена зависимость структуры биоценозов и количественного представительства животных бентоса не только от глубины, но и от характера грунта (мягкий, мелко– или крупнообломочный материал). Изучены состав и особенности территориального распределения лишайников, мхов, грибов и высших растений на островах Кинг-Джордж, Десепшен и Ливингстона, флористические работы на которых проведены впервые. Выявлено 120 видов лишайников и 37 видов мхов. Впервые для бриофлоры острова Кинг-Джордж отмечены два вида мохообразных (Ditrichum conicum и Drepanocladus longifolius).
Исследовано влияние потепления климата в районе Антарктического полуострова. Изучены процессы сокращения покровного оледенения, вымывания осадочных пород, изменения солености, увеличения повторяемости образования айсбергов и колонизации участков, свободных ото льда. Установлена реакция местных экосистем на потепление в виде изменения видового состава сообщества зоопланктона, структуры береговых сообществ и пищевых цепей. Восстановлен комплекс регулярных прибрежных гидрологических и гидрохимических наблюдений вблизи станции Беллинсгаузен. Изучено распределение основных видов лишайников и птиц на острове Кинг-Джордж. Показано, что теплые условия в последние годы способствовали интенсивной колонизации сосудистых растений (травы) на полуострове. Интенсивное таяние ледников на субантарктических островах создает благоприятные условия для колонизации лишайниками участков, свободных ото льда, и увеличения годовой скорости их роста.
Работы в Антарктике носили в основном фундаментальный характер. Полученные данные внесли существенный вклад в достижение главной цели антарктических исследований, которая состоит в определении изменений антарктической природной среды в прошлом и настоящем, а также в оценке ее изменений в будущем.