Отечественные сейсмические и наземные радиолокационные исследования в Центральной Антарктиде накануне Международного полярного года 2007-2008
С.В. Попов1, В.Н. Масолов1, В.В. Лукин2, А.М. Попков1
полярная морская геологоразведочная экспедиция, Санкт-Петербург; 2Российская антарктическая экспедиция (РАЭ), Санкт-Петербург
Дан краткий обзор наземных сейсмических и радиолокационных исследований в Центральной Антарктиде за последние 50 лет и, в частности, работ последнего десятилетия в районе подледникового озера Восток и вдоль профиля Мирный — Восток.
Краткий обзор прошлых исследований
Обсерватория Мирный была основана 13 января 1956 г. и до настоящего времени служит для нашей страны воротами в Центральную Антарктиду. Она остается базой научных и логистических санно-гусеничных походов в глубь материка. С открытием станции Пионерская (27 мая 1956 г.) был сделан первый шаг к изучению центральных районов Антарктиды. Санно-гусеничные походы, выполнявшиеся по программе Международного геофизического года (МГГ), сопровождались магнитометрическими, гравиметрическими, гляциологическими, геодезическими и сейсмическими измерениями. В следующие годы было открыто несколько внутриконтиненталь-ных станций: Восток-1 (18 марта 1957 г.), Комсомольская (6 ноября 1957 г.), Восток (16 декабря 1957 г.), Советская (16 февраля 1958 г.) и Полюс недоступности (14 декабря 1958 г.). После открытия 23 февраля 1962 г. станции Молодежная на Земле Эндерби научные походы некоторое время выполнялись в этом районе [32]. Указанные работы дали первое представление о подледном рельефе и строении земной коры обширного участка Восточной Антарктиды [5, 8, 38], что нашло свое отражение в первом атласе Антарктики [1].
Полученные данные не потеряли своего значения и сейчас. Они были использованы при составлении сводной карты подледного рельефа Антарктиды в рамках международного проекта BEDMAP [46] и используются в работе над проектом ABRIS [26, 27]. Самостоятельное направление в изучении коренного рельефа Антарктиды получил метод отраженных волн (МОВ) (рис. 1). Такие исследования вдоль трассы Мирный — Восток проводились уже в 1956—1958 гг., во Второй континентальной антарктической экспедиции (КАЭ), и неоднократно повторялись в дальнейшие годы [5, 32]. В Третьей КАЭ (1957—1959 гг.) были выполнены исследования на участке Мирный — Комсомольская — Советская — Полюс недоступности [34], а через год проведен научный поход на Южный полюс [7]. В 1959—1961 гг. в Пятой Советской антарктической экспедиции (САЭ) был выполнен научный поход из Мирного через пункт с координатами 72° ю.ш.,
87° в.д. и далее через станцию Комсомольская на станцию Восток [39].
Отечественные радиолокационные исследования в Антарктиде были начаты в Девятой САЭ (1963—1965 гг.) [2]. В это время был проведен сложнейший санно-гусеничный поход из Мирного к Молодежной через Полюс недоступности и станцию Восток (см. рис. 1). Он включал сейсмическое зондирование (МОВ), магнитометрические, гравиметрические, геодезические, гляциологические и метеорологические наблюдения, что позволило составить первое
180' 85" 150" 135'
120' 80'
Рис. 1. Схема расположения пунктов и наземных сейсмических и радиолокационных исследований в 1950—80-х годах: 1 — пункты сейсмического зондирования (МОВ); 2 — радиолокационные маршруты; 3 — береговая черта и линия налегания шельфовых ледников (по данным проекта ADD), 4 — горные выходы (по данным проекта ADD) Fig. 1. Location map of the ground-based seismic measurements and radio-echo sounding in 1950— 1980s: 1 — reflection seismic shots; 2 — RES profiles; 3 — Antarctic ice front and grounding line (on ADD); 4 — outcrops (on ADD)
представление о характере подледного рельефа и строении земной коры обширного участка Восточной Антарктиды [9]. К концу 1960-х годов опытно-методические работы по внедрению ледовой радиолокации были завершены. Как показало сравнение результатов сейсмических и радиолокационных измерений толщины ледника между станциями Мирный и Пионерская, расхождение не превышало 7% [37].
В летние сезоны 1966—1968 гг. радиолокационные измерения проводились в районе станции Молодежная [10], а в 1967 г. были выполнены сейсмические работы между Молодежной и Полюсом недоступности [11, 12]. С декабря 1967 г. по март 1968 г. выполнялось наземное радиолокационное зондирование (ледовыми локаторами с частотами 100, 213 и 440 МГц) на 150 км в глубь континента от станции Молодежной; результаты хорошо соответствовали сейсмическому зондированию [13]. В последующие годы в районе Молодежной изучали вращение плоскости поляризации радиолокационного сигнала [3, 41], скорость распространения электромагнитных волн в леднике [35], а также температуру ледникового покрова на основе радиолокационных данных [36]. С появлением новой техники и компьютерной обработки результатов этот геофизический метод получил широкое распространение [25].
В конце 1970-х годов научные исследования проводились главным образом в центральной части Восточной Антарктиды. В 1978/79 г. (24-я САЭ) и в последующие годы измеряли толщину ледникового покрова и скорости движения льда по маршруту Мирный — Комсомольская — Купол В [43]. Детальные исследования в 1979/80 г. (25-я САЭ) привели к открытию подледниковых водоемов в районе Купола В [4]. Через три года с помощью ледовой локации было выяснено, что скорость течения ледника в этом районе составляет около 1 м/год [43]. Наклонное зондирование, выполненное здесь, позволило определить среднюю скорость распространения электромагнитных волн в леднике, составившую 165,9±2,3 м/мкс [42].
Значимость советских наземных исследований 1950-80-х годов в санно-гусеничных походах трудно переоценить. Помимо данных о подледном рельефе и толщине ледника, была собрана ценная гляциологическая информация [16]. Благодаря маршрутным геофизическим материалам, полученным на заре изучения Антарктиды, было сформировано первое суждение о континенте в целом.
Исследования в районе подледникового озера
Восток
Обширная территория, простирающаяся от купола Конкордия до гор Принс-Чарльз и от побережья Антарктиды в глубь континента более чем на 1500 км, до сих пор мало изучена. Главными источниками информации о мощности ледникового покрова и подледном рельефе в этом районе продолжают оставаться перечисленные сейсмические и гра-
виметрические измерения 1957—1964 гг. Большей частью их результаты приведены в каталоге [6]. Помимо упомянутых было выполнено еще несколько наземных и авиационных региональных маршрутов Арктическим и Антарктическим научно-исследовательским институтом и Полярной морской геологоразведочной экспедицией (ПМГРЭ) на Купол В, станции Восток и Мак-Мёрдо в 1980-х годах [22].
Рис. 2. Отечественные геофизические исследования в районе подледникового озера Восток: 1 — маршруты радиолокационного профилирования; 2 — пункты сейсмического зондирования (МОВ); 3 — наиболее вероятное положение водного зеркала подледникового озера Восток; 4 — фрагменты подледниковых водоемов, выявленных в ходе отечественных исследований; 5 — фрагменты подледниковых водоемов по данным [53]; 6 — трасса следования санно-гусеничного похода; 7 — положение профилей, приводимых на рисунках 5, 6 и в тексте; 8 — изогипсы высот поверхности в метрах по данным [52]; сечение изолиний 5 м
Fig. 2. Russian geophysical investigations in the Lake Vostok area: 1 — Russian RES profiles of 1998-2006; 2 — Russian reflection seismic shots of 1995-2006; 3 — the most reliable shape of Lake Vostok; 4 — subglacial lakes discovered on revised Russian RES data; 5 — subglacial lakes from [53]; 6 — logistic traverse route; 7 — the sections shown in Figures 5 and 6 and in the text; 8 — ice surface elevation contours with 5 m spacing from [52]
Обсудим различия в наземных и авиационных исследованиях. Аэрогеофизические исследования обычно проводятся по регулярной сети маршрутов и охватывают значительную территорию при приемлемой детальности. В течение короткого антарктического лета, приблизительно за один месяц полевых работ при весьма скромном объеме в 100 часов покрывается площадь около 15 тыс. км2 при средне-масштабном картировании (1: 500 000). Одновременно выполняются радиолокационные, магнитометрические и гравиметрические измерения, что приводит к созданию целостной модели глубинного строения земной коры изучаемой территории. Следствие работ по регулярной сети маршрутов — составление достаточно качественных карт машинным способом, поскольку современные компьютерные алгоритмы особенно хорошо «работают» именно с данными подобного типа.
Однако имеются и недостатки, из-за чего в последнее время активно обсуждается вопрос об изучении Антарктиды наряду с аэрогеофизическими работами в санно-гусеничных походах. Существуют весьма обширные по своим задачам национальные и международные программы, выполнение которых возможно исключительно с наземных носителей. Это проект ITASE (International Trans-Antarctic Scientific Expedition), объединяющий 20 стран, включая Россию. Предполагаются обширные гляциологические наблюдения вдоль линий тока с отбором проб, измерением скорости движения ледника, плотности снега, керновым бурением. При этом ведется сейсмическое зондирование, радиолокационное профилирование и другие подобные работы. Наземные работы позволяют резко повысить точность и детальность получаемых данных за счет более низкой скорости движения носителя и возможности длительной остановки в любом месте. При подобных исследованиях расстояние между пунктами радиолокационного зондирования составляет около 6 м при точности плановой привязки около 1 м [48]. Еще один аспект применения радиолокационного профилирования — это увеличение облучаемого пространства при высоком положении носителя и соответствующем ослаблении электромагнитных волн [23]. Однако это осложняет (особенно в горных районах) волновое поле и, следовательно, его интерпретацию.
В 1995 г. ПМГРЭ в рамках 41-й Российской антарктической экспедиции (РАЭ) начала планомерное изучение района подледникового озера Восток с использованием сейсмического зондирования (МОВ), а с 1998 г. (44-я РАЭ)
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.