460 дней в Четвертой Советской антарктической экспедиции

Сидя в нашей заваленной снегом гляциологической лаборатории дома номер шесть в посёлке Мирный, мы старались иногда стряхнуть с себя рутину из авралов, погрузок бочек соляра или бензина, откапывания домиков, борьбы с пургой, ожидания весточек из дома и снова воспарить. И тогда опять Антарктида представлялась нам континентом удивительных загадок.

Ещё в конце прошлого века известный революционер Пётр Кропоткин, которого мы считаем основоположником русской гляциологии, пришёл к выводу, что температура в толще ледникового покрова на горизонтах, где не сказываются годовые её колебания, то есть на глубинах более пятнадцати метров, должна повышаться линейно по мере удаления в глубь от поверхности. Этот вывод он сделал, исходя из теоретических соображений по аналогии с тем, что уже наблюдалось в скважинах и шахтах в обычной земной коре. Такое повышение температуры казалось вполне естественным. Ведь из глубин земли к её поверхности поступает в среднем постоянный для всего земного шара поток тепла. Такой же поток, казалось бы, должен проходить и через лёд ледникового покрова. Значит, температура в толще ледника должна повышаться при продвижении вглубь. Повышение приблизительно равно 2,5 градуса на сто метров глубины. Это так называемая геотермическая ступень. Именно такой температурный градиент наблюдается при измерениях в скважинах и шахтах в обычных горных породах.

Но ведь лёд не совсем обычная горная порода, он плавится при нуле градусов. Значит, даже при температуре поверхности льда минус 50 градусов в леднике толщиной два километра температура у его ложа уже должна равняться температуре плавления льда. А при толщине ледника в четыре километра? В 1955 году только один человек, крупнейший исследователь льдов Арктики, профессор Московского университета Николай Николаевич Зубов, задал вслух этот вопрос и нарисовал картину гипотетического (не антарктического) ледникового каравая, верхней частью которого является лёд, а сердцевиной — «смесь воды со льдом, в которой идут сложные процессы» (так осторожно написал Н. Н Зубов). Но такая «линза» воды толщиной два километра и диаметром в тысячу с лишним со слоем льда над ней ещё в два километра, которая получалась из представлений Зубова, казалась настолько нереальной, что других желающих высказаться в этом же направлении не нашлось. Было ясно, что дальнейшие мысленные построения должны идти на основе какой-то новой модели процессов переноса тепла в этом огромном леднике.

Однако именно в это время появились первые сведения о распределении температуры в толще ледникового покрова Антарктиды. Они были получены измерениями в скважине глубиной сто метров, пробурённой норвежско-английско-шведской экспедицией в одном из ледников Антарктиды. Температура в скважине на глубине около пятнадцати метров была близка к минус 20 градусам, то есть к средней за много лет температуре воздуха в этом месте. Это «устраивало» всех. Однако, к всеобщему удивлению, эта температура почти не повышалась по мере углубления от поверхности, несмотря на то что общая толщина ледника была ненамного более ста метров и конечно же температура льда у его дна должна была равняться температуре морской воды, в которой ледник плавал. А уж эта-то температура измерялась много раз. Она не может быть ниже минус 2. иначе вода замёрзнет.

Пробурили ещё скважину, но уже на склоне ледникового каравая, сползающего по суше. Опять загадка: ниже пятнадцати метров температура с глубиной не повышалась, а понижалась. Вспомнили, что в 20-х годах в Гренландии такой же ход температуры по мере удаления вглубь уже был получен и назван по имени обнаружившего его исследователя «эффектом Зорге». Зорге считал, что это законсервированная температура прошлых более холодных лет, то есть эффект, обусловленный потеплением климата в полярных широтах.

Английский физик Гордон Робин, обнаруживший указанный эффект в Антарктиде, объяснил его влиянием переноса холода за счёт движения льда в ледниках Антарктиды. Действительно, на поверхность шельфового ледника, в котором им была пробурена скважина, ежегодно выпадало существенное количество осадков (около одного метра льда в год). Робин предполагал, что то же количество льда стаивает с нижней поверхности ледника за счёт теплообмена с морской водой. В таком случае каждая частица ледника как бы двигалась сверху вниз со скоростью метр в год. И вот оказалось, что, если в уравнение переноса тепла в леднике ввести учёт переноса холода этим вертикальным движением.