Открывая тайны океана

Загадки синоптических вихрей

Конец 50-х гг. – время качественного скачка в развитии океанологической техники и методик проведения исследований. От описательных методов изучения природы Мирового океана ученые переходили к изучению процессов в океане, к исследованию физических полей с помощью точных геофизических методов. Комплексность в исследованиях уступала место тематическим экспедициям. Возросший масштаб тематических исследований, особенно в гидрофизике, геофизике, акустике, требовал широкого применения средств автоматизации сбора и обработки научных материалов.

Советские ученые чувствовали тогда некоторое отставание от зарубежных коллег. Необходим был прорыв в океанологических исследованиях, и он мог быть осуществлен только с помощью новых экспедиционных судов, оснащенных современной исследовательской аппаратурой.

Перед советскими океанологами опять стала проблема: каким образом ускорить получение таких судов. Отдел морских экспедиционных работ АН СССР во главе с И. Д. Папаниным предложил строить новое экспедиционное судно на базе проекта корпуса и энергетической установки (ЭУ) серийного пассажирского теплохода. Разработка технического проекта и строительство головного судна выполнялись верфью им. Матиаса Тезена в Висмаре (ГДР) при участии и под наблюдением советских специалистов.

1966 год вошел в историю советской морской науки как год, смены лидера в исследовательском флоте. Ветеран «Витязь» уступил почетное звание флагмана советского научно-исследовательского флота новому универсальному экспедиционному судну «Академик Курчатов», предназначенному для комплексных океанологических исследований.

Это был поистине плавучий исследовательский институт, где в корпусе длиной почти 125 м разместились 24 научные лаборатории для проведения исследований по физике моря, атмосферы и космического пространства, физике Земли, геологии, химии и биологии. Кроме этого, на судне имеется множество вспомогательных, подсобных, но крайне необходимых научных помещений: вы_: числительный центр, фотолаборатория, хранилище коллекций и сборов, чертежная.

При постройке судна лаборатории были неплохо оснащены научной аппаратурой, в число которой входили эхолоты различных диапазонов для непрерывной регистрации от самых, малых глубин до дна океанских впадин, фототелеграфная аппаратура для приема синоптических карт, дистанционные метеостанции, сейсмографы, регистраторы температуры и солености забортной воды и многое другое. Для исследования космических лучей на судне установили азимутальный телескоп и нейтронный супермонитор. Для быстрой обработки в рейсе огромного числа измерений физических параметров использовалась судовая ЭВМ.

Часть исследовательских лебедок в отличие от «Витязя» были не тросовые, а кабельтросовые, то есть они способны были опускать в глубины исследовательские зонды, от которых информация по кабелю передавалась на борт судна. В средней части корпуса проходила шахта диаметром 700 мм с отверстием в днище. Через нее при любой погоде можно было опускать за борт на глубину исследовательские приборы.

Приведем выдержки из экспертного заключения, составленного во время приемки судна от судоверфи и зафиксировавшего достоинства нового флагмана:

…«Академик Курчатов» является первоклассным научным экспедиционным судном, способным обеспечить выполнение широкого комплекса научных исследований в открытом океане в течение длительного времени.

Высокая скорость хода обеспечивает быстрое прохождение судна в район работ и значительно экономит время перехода из одного района в другой. Отличная маневренность, обеспеченная противодрейфовым устройством и активным рулем, позволяет осуществлять сложные маневры при производстве работ на станциях, полигонах и при буйковых постановках. Активные успокоители качки, уменьшающие качку в 3,5 раза, обеспечат спокойные условия для работы в лабораториях даже во время, шторма. Насыщенность судна специальными устройствами и лабораториями, предназначенными для работы на ходу, обеспечивает получение важной и разнообразной информации не только непосредственно на станциях и полигонах, но и во время переходов.

Большие размеры лабораторий, оснащение их регистрационной и аналитической аппаратурой позволяют значительную часть обработки собираемой информации и материалов выполнить во время рейса.

…Особо следует отметить большое значение высокой маневренности судна для производства работ одновременно с нескольких лебедок. В целом возможности, заложенные в НИС «Академик Курчатов», обеспечивают эффективную работу большого коллектива ученых различных специальностей.

Необходимо подчеркнуть, что судно вполне отвечает современным требованиям, так как обеспечивает использование большого числа автономных буйковых постановок и. широкий комплекс геофизических измерений при работе по системе полигонов…

…Судно «Академик Курчатов» представляет все возможности для решительного изменения системы организации и выполнения экспедиционных исследований в океане.

Таким образом, вся работа в экспедиции будет не только и не столько сбором материала, но примет характер глубокого законченного научного исследования…

Эксплуатационные возможности этого корабля (его автономность, скорость хода, маневренность, оборудование навигационными приборами и др.) и его научно-техническая оснащенность неизбежно заставят ученых пересмотреть целый ряд считающихся незыблемыми организационных и методических положений в проведении океанологических экспедиций и перейти на новые научно-организационные формы подготовки и проведения экспедиций».

Морские специалисты быстро оценили высокие качества ИИС «Академик Курчатов», технические новшества, примененные при его создании, и перспективы коренных преобразований в методике океанологических исследований. «Академик Курчатов» стал головным в серии НИС, построенных на судоверфи им. Матиаса Тезена. В период 1966–1968 гг. там были построены однотипные НИС «Профессор Визе», «Профессор Зубов», «Академик Королев», «Академик Ширшов» – для Гидрометеослужбы, затем «Академик Вернадский» – для Морского гидрофизического института АН УССР и «Дмитрий Менделеев» – для Института океанологии АН СССР. В дальнейшем были построены еще 4 подобных судна для других ведомств.

Головное судно этой серии вполне заслуженно было названо в память выдающегося советского физика-атомщика трижды Героя Социалистического Труда Игоря Васильевича Курчатова (1903–1960). Второе судно этой серии получило название «Дмитрий Менделеев» в память о великом русском ученом-творце Периодической таблицы элементов Дмитрии Ивановиче Менделееве (1834–1907).

В названии третьего судна этой серии была увековечена память о великом русском и советском ученом академике Владимире Ивановиче Вернадском (1863–1945).

Суда Гидрометеослужбы были названы в честь корифея полярной науки члена-корреспондента АН СССР, профессора Владимира Юльевича Визе (1886–1954), одного из создателей советской школы океанологов доктора географических наук профессора Николая Николаевича Зубова (1885–1960), одного из основоположников послевоенной советской океанологии, основателя и первого директора Института океанологии АН СССР Героя Советского Союза академика Петра Петровича Ширшова (1905–1953), основателя советской космонавтики Дважды Героя Социалистического Труда академика Сергея Павловича Королева (1907–1966).

Именно НИС типа «Академик Курчатов» сыграли основную роль в исследованиях 70-х гг., приведших к выдающемуся открытию – обнаружению в океане синоптических вихрей. Ученые давно выражали сомнение в том, что океанские течения подобны по структуре рекам в океане и представляют собой однородный поток по всему сечению течения, все частицы которого движутся примерно в одном направлении.

Видный советский океанолог профессор В. Б. Штокман (1909–1968) еще до войны выдвинул идею о том, что течения представляют собой изменчивые образования. Уже в 50 – 60-х гг. он прозорливо доказывал необходимость проведения долговременных измерений параметров водной массы в одних и тех же точках океана на разных глубинах. Под его руководством советские океанологи провели ряд подобных измерений в окраинных морях. И эти опыты подтвердили наличие серьезной изменчивости параметров, хотя каких-либо закономерностей еще установить не удалось.

К концу 60-х гг. в Институте океанологии АН СССР твердо решили провести подобные долговременные измерения в океане. В подготовке нового эксперимента профессор В. Б. Штокман не смог участвовать, так как безвременно скончался в 1968 г. Работу провели его соратники и ученики.

Важно было правильно выбрать место проведения эксперимента. Желательно замеры проводить в типичном районе океана, где течения считались наиболее стабильными, устойчивыми. В результате длительных обсуждений ученые остановились на районе Северного Пассатного течения в Атлантическом океане. Центр выбранного полигона размером 120x120 миль расположился в точке на широте примерно Дакара и расстоянии более 860 миль от него. Здесь дуют постоянные ветры – северо-восточные пассаты, рельеф дна приблизительно ровный, глубина – типичная для океана – около 5000 м, то есть это район, где как будто исключены все посторонние факторы, могущие привести к дополнительной изменчивости основного потока господствующего течения.

Экспедиционный отряд состоял из шести новейших НИС: два от Института океанологии АН СССР – «Академик Курчатов» и «Дмитрий Менделеев»; одно – «Академик Вернадский» – от Гидрофизического института АН УССР; два от Акустического института АН СССР – «Сергей Вавилов» и «Петр Лебедев» – и наконец «Андрей Вилькицкий», принадлежащее Гидрографической службе страны. Научным руководителем этого внушительного эксперимента был определен выдающийся советский океанолог и гидроакустик академик Л. М. Бреховских.

В чем же смысл проведения эксперимента? На выбранном полигоне было установлено 17 автономных буйковых станций, причем станции установили в виде своеобразного креста из 4 лучей. Сами лучи пересекались под прямым углом и были направлены по меридиану и параллели. Центральную станцию установили в точке пересечения лучей, остальные 16 (по 4 на каждом луче) были установлены так, чтобы расстояние между ними увеличивалось с удалением от центральной станции.

Каждая буйковая станция состояла из стального троса, на одном конце которого располагался тяжелый груз – якорь. К другому концу троса прикреплялся плавающий на поверхности буй, обладавший достаточной плавучестью, чтобы поддерживать верхний конец троса с подвешенными приборами на поверхности. На трос, подвесили 10 автономных приборов-измерителей течения на горизонтах с глубиной от 25 до 1500 м.

В то время в качестве измерителя течения использовалась буквопечатающая вертушка Алексеева. На бумажной ленте прибора через каждые полчаса отпечатывались значения направления и скорости течения. «Памяти» прибора хватало на 28 суток. По плану проведения эксперимента предполагалось задействовать буйковую антенну в течение полугода. Планировалось каждые 25 суток поднимать буйковую станцию для перезарядки приборов новыми бумажными лентами, а в этой же точке устанавливать другую станцию с заряженными измерителями. Параллельно с измерениями течений фиксировались температура и электропроводность (значит, соленость) воды на каждом горизонте.

Цель эксперимента была в том, чтобы установить, меняются ли направления и скорости течения во времени и пространстве и если меняются, то как.

И в настоящее время автономная буйковая станция остается важнейшим техническим средством океанологов. Правда, теперь на тросе устанавливают новые автономные приборы, которые через 15–20 мин фиксируют значения температуры, электропроводности, скорости и направления течения не на бумаге, а на магнитную ленту. «Памяти» таких приборов хватает на несколько месяцев. Безусловно, записи на магнитной ленте могут быть легко перенесены в долговременную память судовой ЭВМ, а затем извлечены оттуда по желанию исследователя.

Вернемся в 1970 г. Основная работа, приведшая к открытию синоптических вихрей, была проведена с борта НИС «Академик Курчатов», «Дмитрий Менделеев» и «Андрей Вилькицкий», которые приступили к установке автономных станций в феврале. Система буйковых станций работала непрерывно более 5,5 месяца. Это была тяжелая и ответственная работа. Бывало, что из-за погоды буи срывались с места. Тогда приходилось искать их в океане силами нескольких судов. Время от времени суда уходили с полигона для заправки топливом и пополнения запасов продовольствия. Тогда на полигоне оставалось одно дежурное судно, которое инспектировало станции. НИС «Академик Курчатов» и «Дмитрий Менделеев» провели в океане почти 7 месяцев, «Андрей Вилькицкий» – полгода.

В марте на борту «Академика Курчатова» была часто слышна английская и немецкая речь. Туда прибыли иностранные океанологи и привезли с собой автономные регистраторы течений различных конструкций. Ученые решили сравнить, откалибровать измерители течений производства разных стран. Для этого на полигоне недалеко друг от друга выставили 4 дополнительные станции. Две недели работали параллельно подвешенные к тросам станций океанологические приборы, изготовленные в СССР, Норвегии, Великобритании, ГДР, США. Затем провели сверку и калибровку приборов. Эта важная работа обеспечила в дальнейшем успешное проведение. совместных работ по международным исследовательским программам.

В результате проведения новаторского и масштабного эксперимента, названного «Полигон-70», был собран колоссальный объем информации. К обработке его приступили немедленно. Судовые вычислительные центры «Академика Курчатова» и «Дмитрия Менделеева» справились с этой ответственной работой. Уже первоначальные обобщения собранного экспериментального материала после подъема первой станции выявили поразительную картину. Прежде всего оказалось, что, когда начались измерения, течение в слоях до 1500 м было направлено не на запад и юго-запад, как ему положено было быть, учитывая расположение полигона в районе Северного Пассатного течения, а на северо-восток, то есть почти в прямо противоположном направлении…

Примерно через две недели направление течения стало северо-западным. Еще через три недели оно снова изменило направление. Ученые поняли, что они наблюдают новое неизвестное до этого времени явление с временным масштабом несколько недель или месяцев. Перед ними возникла грандиозная и запутанная картина, так как течение на разных горизонтах меняло свое направление по-разному.

После того как провели глубокий анализ данных, замеренных всеми 17 станциями за полгода, картина прояснилась. Океанологи установили, что через зону полигона проплывали огромные вихри размером 100–150 км со скоростью перемещения водных масс вокруг центра вихря 10–20 см/с. А сами гигантские вихри не стояли на месте, а медленно (со скоростью около 4 см/с) перемещались в направлении, которое ученые всегда обозначали как направление Северного Пассатного течения.

Об этом эпохальном открытии советские ученые сообщили в октябре 1970 г. на Международной океанографической ассамблее в Токио, где сообщение вызвало повышенный и вполне оправданный интерес всех океанологов.

В марте – июле 1973 г. в районе Саргассова моря аналогичный эксперимент провели американские ученые. Они назвали свое исследование «Серединно-океанический динамический эксперимент» (Mid Ocean Dynamical Experiment) no первым буквам английских слов – MODE. Их исследования подтвердили существование синоптических вихрей.

Эти два выдающихся полигонных океанологических исследования позволили ответить на ряд вопросов, но в результате возникло еще больше новых. Было неясно, как возникают эти вихри, как они взаимодействуют друг с другом и со средним течением. Для решения этих и многих других вопросов в 1977–1978 гг. был проведен большой совместный советско-американский эксперимент Полимоде, название которого сложили из начальных слогов «Полигон-70» и обозначения американского эксперимента МОДЕ.

Советские участники исследований проводили работы в течение года на полигоне размером 310x310 миль в юго-западной части Саргассова моря. Советские ученые создали и поддерживали с конца июня 1977 г. до октября 1978 г. систему из 19 буйковых станций. В работах на полигоне участвовало 9 НИС: «Академик Курчатов», «Академик Вернадский», «Витязь», «Михаил Ломоносов», «Петр Лебедев», «Сергей Вавилов» – из академического флота, от Гидрометеослужбы – «Виктор Бугаев», а также гидрографические суда «Академик Крылов» и «Молдавия».

Советские автономные буйковые станции непрерывно фиксировали с интервалом от 12 до 60 мин на нескольких горизонтах направление и скорость течений и значения температуры воды. Параллельно с этим советские НИС осуществили множество гидрологических съемок, в ходе которых замерялись параметры водных масс на различных горизонтах в других районах полигона.

Американцы в этот раз широко использовали дрейфующие буи нейтральной плавучести. Такой буй опускается на заданную глубину и дрейфует вместе с водной массой. На буе устанавливается излучатель звука типа органной трубы, излучающий по программе череч заранее заданное время звуковой сигнал определенной частоты.

Звуковой сигнал регистрировался на нескольких (не менее трех) приемных акустических станциях, расположенных на островах, на побережье или на судах в открытом океане. Затем по разнице времени пробега звукового сигнала до различных станций определяли с точностью до километра местоположение буя в каждый данный момент времени. Следовательно, определив линию дрейфа буя, ученые выясняли характер перемещения водных масс, которые несли этот буй.

Во время эксперимента ПОЛИМОДЕ было установлено, что буи, выпущенные в одном и том же месте на отличающихся между собой всего на несколько десятков метров глубинах, могут потом перемещаться по совершенно различным траекториям – еще одно доказательство изменчивости и многослойности динамических характеристик водных масс.

В период эксперимента советскими учеными был выполнен впечатляющий объем работ: 17 крупномасштабных (по всему полигону) гидрологических съемок, 14 среднемасштабных и наблюдения на нескольких микрополигонах. Все буйковые океанографические станции почти непрерывно проработали по 12–13 месяцев. Зарегистрировано около 3 млн. компонент вектора скорости течения и получено около 2 млн. значений температуры воды. Проведены наблюдения на нескольких тысячах гидрологических станций и станциях температурного зондирования.

В результате всей этой, не побоимся сказать, титанической работы за время эксперимента удалось зарегистрировать прохождение через полигон в течение года более 20 синоптических вихрей диаметром 200–300 км и нескольких десятков более мелких вихрей. Ученые установили, что поступательное движение вихрей неравномерно и криволинейно. Вихри сталкиваются друг с другом, взаимодействуют друг с другом и, видимо, при этом обмениваются энергией.

Получается, что океан вопреки всем ожиданиям весьма схож с атмосферой, где такие вихревые образования, как циклоны и антициклоны, обладают большей энергией, чем результирующий средний воздушный поток, определяющий общее направление перемещения воздушных масс. Поэтому в дальнейшем, по предложению члена-корреспондента АН СССР А. С. Монина, эти водные вихри открытого океана стали называть синоптическими.

Анализ данных, полученных на советской системе буйковых станций и на американской системе дрейфующих буев, еще раз убедительно доказал большую роль, которую играют обнаруженные вихри в жизни океана. Подтвердилось, что не менее 90 % кинетической энергии океана заключено в вихрях.

После этих опытов вихри стали обнаруживать в самых различных местах. Хорошо выраженные вихри были обнаружены в Арктике и Антарктике. Они были найдены и в Тихом океане.

Ученым удалось определить объемную структуру синоптических вихрей. Такие вихри имеют приближенно форму несколько скрученного по часовой стрелке (для Северного полушария) усеченного конуса с вершиной, обращенной кверху для циклонических вихрей (вращение против часовой стрелки) и вниз для антициклонических (вращение по часовой стрелке).

Интересно, что циклонические вихри характеризуются сгоном поверхностных вод и подъемом из глубины холодных вод. Это явление важно для биологии океана, так как глубинные воды выносят на поверхность питательные соли, приводящие к бурному развитию жизни. В свою очередь, антициклонические вихри приводят к нагону поверхностных вод и их опусканию на глубину, то есть эти вихри являются «теплыми», так как температура поверхностных вод повышается. Контрасты температуры в различных зонах вихрей могут быть значительными и достигать 10 °C.

Ясно, что теплые и холодные вихри в океане создают особые условия для тепло-и влагообмена с атмосферой и поэтому оказывают самое существенное влияние на изменение параметров воздушных масс, то есть изменяют погоду. Отсюда следует, что постижение тайн океанских вихрей, помимо раскрытия фундаментальных законов жизни океана, позволит создать научную основу для краткосрочных и долгосрочных океанологических прогнозов, для построения прогностической модели системы атмосфера – океан, что усовершенствует методы прогноза погоды.

Какова же причина возникновения синоптических вихрей? Здесь еще много неясного. Но уже сейчас можно утверждать, что основной причиной их возникновения является неустойчивость постоянных течений, связанная с наличием в них горизонтальных и вертикальных перепадов скорости. Как видно, вихревая форма движения в данном случае является более динамически устойчивой, способствующей сохранению равновесия глобальной динамической системы океанских течений и противотечений.

Но оказывается, что вихри открытого океана не единственные в нем. Существует в океане другой вид вихрей, вызванный неустойчивостью таких крупных и мощных течений, как Гольфстрим и Куросио. Такие течения все время меандрируют, то есть отклоняются из стороны в сторону. Иногда основной поток течения так быстро и сильно изменяется, что образуется совершенно самостоятельный, ответвившийся от основного течения вихрь.

Один Гольфстрим за год рождает несколько подобных вихрей, которые существуют в океане самостоятельно по нескольку лет, перемещаясь в юго-западном направлении, а затем вновь вливаясь в Гольфстрим. Эти вихри отличаются от синоптических не только происхождением, но и заметно большей скоростью вращения. Их назвали рингами (от английского слова «ринг» – кольцо). Интересно, что эти ринги хорошо просматриваются с ИСЗ с помощью радиометров по контрасту температуры поверхностных вод.

Именно поэтому на НИС «Академик Курчатов» во время работ по советско-американской программе ПОЛИМОДЕ принимали спутниковые данные для оперативного планирования и корректировки маршрута судна, изучавшего ринги Гольфстрима и связанные с ними гидрологические фронты.

Подводные вулканы действуют

Вулканические извержения – это грозные и величественные явления природы. На протяжении веков люди с ужасом, но и с любопытством наблюдали за деятельностью вулканических сил. И действительно, извержение – зрелище удивительное. При извержениях вулканов высота подъема газов и паров воды, насыщенных пеплом и обломками камней, достигает обычно от одного до пяти километров.

При многих извержениях концентрация вулканического пепла в атмосфере бывает настолько большой, что днем наступает полная темнота. Именно это имело место в 1956 г. при извержении Безымянного даже в 40 км от вулкана, где расположен поселок Ключи. При больших извержениях из кратера вылетает обломков и выливается лазы до нескольких десятков кубических километров.

Практически большинство океанских островов имеют вулканическое происхождение, то есть они возникли в результате грандиозного излияния лавы из кратеров подводных вулканов. Дно океана усеяно вулканами. На его поверхность выступают лишь самые высокие из них, всего же на дне океана обнаружено более 10 тыс. вулканов.

Извержения подводных вулканов, расположенных в очень глубоких местах океана, обычно незаметны, так как большое давление воды препятствует взрывным извержениям. А если подводный вулкан находится в более мелком месте, то его извержения будут сопровождаться выбросами огромного количества пара и газов, переполненных мелкими обломками лавы. Обычно у такого вулкана взрывы продолжаются до тех пор, пока извергаемые породы не образуют остров, поднявшийся над уровнем моря. После этого взрывы могут сменяться или чередоваться с излияниями лавы.

Участники советской экспедиции на НИС «Михаил Ломоносов» наблюдали в Атлантическом океане в районе Азорских островов бурное извержение подводного вулкана, в результате которого на поверхности океана появился новый остров.

28 сентября 1957 г. жители северо-западной оконечности острова Фаял (Азорские острова) обратили внимание на то, что в одном километре от берега океан начал бурлить, появились буруны, образовался водоворот в виде огромной воронки. На следующий день из воды начала появляться гора, и в течение трех дней на этом месте вырос остров. К 5 октября остров уже принял характерную подковообразную форму. Во внутренней части этой «подковы» был расположен кратер диаметром около 1 км. Высота острова достигала 100 м, а столб пара и пепла выбрасывался на высоту 1000 м. Пепла было так много, что в течение нескольких дней он засыпал западную часть о. Фаял слоем в 1–2 м. Новый вулкан получил название Капелиньиш.

13 октября 1957 г. высокие берега острова начали понижаться и погружаться в океан – остался только кратер с едва возвышающимися над водой границами. Деятельность вулкана стала затухать. Но период затишья длился недолго. Уже 10 ноября 1957 г. там же началось новое извержение, и на месте погрузившегося вырос новый остров. Активная деятельность вулкана продолжалась непрерывно, остров вырастал на глазах. Затем остров начал соединяться с берегом тонким перешейком, который все увеличивался; в результате образовался полуостров.

Вскоре извержение перешло в новую фазу: до этого из недр выбрасывался только пепел, а 16 декабря 1957 г. появилась лава. Ее поток толщиной 10 м и шириной до 150 м непрерывно изливался и стекал в океан по склонам острова. После этого западная часть полуострова вновь опустилась в океан, осталась восточная, ближайшая к острову Фаял. Весь февраль 1958 г. кратер вулкана, подобно гейзеру, извергал вверх потоки горячей воды.

Один из авторов находился на борту НИС «Михаил Ломоносов». Вот его впечатления об этом необычном природном" явлении: «Утро 2 апреля 1958 г. застало «Михаила Ломоносова» на очередной океанографической станции. Справа от корабля прорезала облака острая, как пика, конусообразная вершина горы Пику, сверкающая белоснежной шапкой под утренними лучами солнца. Перед носом корабля в 20 милях о. Фаял – невысокий, темный, с неровной линией хребта, пересекающего остров с востока на запад. От западной оконечности острова поднимается ввысь белый столб и сливается с плотными кучевыми облаками, шапкой нависшими над островом Фаял.

Когда работы на станции были закончены и «Михаил Ломоносов» направился к острову, все отчетливей вырисовывалась величественная динамическая картина столкновения двух стихий – океана и подводных вулканических сил. Между океаном и облаками непрерывно находился образованный водяным паром белый столб, узкий внизу и расширяющийся кверху. И вот через равные промежутки, синхронные периоду волн, гонимых океаном в кратер вулкана, из кратера появлялся темный, почти черный клубок пара и пепла. Он быстро вырастал в огромную с раскидистыми ветвями красивую елку, которая начинала затем терять четкие очертания формы, клубиться и превращалась в гигантский серый гриб. Шляпка гриба' продолжала расползаться в бесформенную хаотическую массу, превращаясь в облако, сливающееся с мощным облачным пятном, застывшим над островом. И пока этот клубящийся колоссальный серо-белый столб устремлялся навстречу облакам, из него, подобно черному дождю, высыпались потоки пепла. А в это время из кратера уже рождался новый черный и плотный клубок, и на светлом фоне высокого столба пара, уже лишенного пепла, росла новая елка.

Это было незабываемое величественное зрелище. Судно находилось в миле от вулкана, ветер доносил к нам хлопья пепла. Наконец капитан подал команду: «Полный вперед!» – и «Михаил Ломоносов» направился к очередной океанографической станции. Давно уже скрылись за горизонтом Азорские острова, но еще долго мы видели за кормой корабля порожденное вулканом большое неподвижное облако, застывшее над о. Фаял».

Особенно много вулканов расположено в районе Камчатки и Курильских островов, причем вулканов всех типов: действующих, уснувших и потухших. К первым относятся те, что извергаются в настоящее время постоянно или хотя бы периодически. К ним причисляем и те, об извержении которых в прошлом имеются исторические данные, и даже те, об извержении которых точных данных нет, но они выделяют горячие газы и воду.

Так, например, вулкан у о. Фаял и до 1957 г. считался действующим, так как зафиксировано его извержение в 1672 г. Почти 300 лет он не причинял людям беспокойства, находясь под толщей океанских вод, и только в 1957 г. вновь начал действовать.

А что значит – уснувший вулкан? Это тот, который сохранил специфическую форму и под которым происходят локальные землетрясения. Они-то и свидетельствуют; что он может проснуться и проявить себя как действующий. Правда, уснувший вулкан может со временем превратиться в потухший – сильно разрушенный и размытый без каких-либо проявлений вулканической деятельности.

Как известно, к тектоническим процессам в земной коре, кроме вулканической деятельности, относятся также землетрясения, причем оба этих процесса взаимосвязаны.

Изучением тектоники дна Средиземного моря, занималась экспедиция Института океанологии АН СССР в апреле – мае 1987 г. на НИС «Рифт». Это сравнительно небольшое судно, построенное в Волгограде, имеет специфическую особенность: оно является носителем самовсплывающих донных станций, дающих возможность проводить длительные наблюдения на дне морей в намеченных точках. Такой прибор сбрасывают в воду, а по истечении установленного срока работы, на дне он всплывает на поверхность по заложенной в него программе или же по акустическому сигналу с судна. Экспедицией руководил видный советский ученый-сейсмолог член-корреспондент АН СССР С. Л. Соловьев.

Сергей Леонидович рассказал, что экспедиция работала в Эгейском и Тирренском морях в тесном научно-техническом сотрудничестве с греческими и итальянскими учеными. В каждом из этих морей было опущено на дно по пять донных станций. В Эгейском море приборы, находясь на глубине 1100–1800 м за 8 суток работы записали сигналы 420 землетрясений, в большинстве случаев локальных, ничтожных по энергии, из них для 130 было определено положение очага.

Специфическая особенность работы донных станций заключается в том, что они регистрируют самые слабые землетрясения, которые невозможно уловить береговым станциям. Работа донных сейсмографов показала, что большинство зарегистрированных подземных очагов – около 75 % – находятся на небольших глубинах от 2 до 25 км, то есть в земной коре. Это явилось новым открытием, так как до сих пор считалось, что землетрясения возникают на значительно больших глубинах, в мантии Земли. Таким образом, сейсмичность Эгейского моря оказалась очень высокой.

В Тирренском море донные приборы были установлены на глубинах 1000–1800 м. Одновременно итальянские ученые установили на побережье Апеннинского полуострова свои приборы в 22 наблюдательных пунктах, которые работали параллельно в составе единой системы наблюдений. Наблюдения проводились в течение 10 суток.

Оказалось, что сейсмичность в Апеннинокой дуге значительно ниже. Удалось установить очаги только 17 землетрясений, причем так же, как и в Эгейском море, они сконцентрированы в основном в земной коре. А ведь по наблюдениям наземных станций считалось, что земная кора в Тирренском море асейсмична. Установленные на дне моря приборы показали, что находящиеся там подводные вулканы являются не потухшими, а только уснувшими. Донные сейсмографы зарегистрировали около 200 слабых сигналов, похожих на толчки, вызываемые деятельностью подводных вулканов.

Для нас изучение вулканической деятельности представляет особую важность. В первую очередь это связано с необходимостью прогнозировать начало вулканических извержений и землетрясений. Ведь в районах расположения вулканов и вообще в сейсмически активных районах проживают люди. Значит, внезапное извержение или землетрясение может привести к гибели людей и разрушению созданного ими. Точный прогноз позволит предотвратить все это.

Затем изучение вулканической деятельности необходимо для познания фундаментальных законов возникновения и эволюции планеты Земля. Нельзя забывать и о том, что горячая вода и пар, вырывающиеся из глубин в районах активного вулканизма, – это даровой, экологически чистый источник тепловой энергии, которым грех пренебрегать в наш век – век острого энергетического и экологического кризисов.

Для изучения природы вулканизма большое значение имеет тщательная научная классификация и описание вулканов, расположенных на дне океана, на островах и в прибрежных районах. Ученые различают два типа вулканизма, связанных с океаном: серединно-океанический и периферийно-океанический. К первому типу относятся вулканы, расположенные в районах серединных подводных рифтов, в глубоководных впадинах, поднятиях и островах на них. Именно вулканическая деятельность этого типа привела к образованию Азорских островов, островов Вознесения, Святой Елены, Тристан-да-Кунья в Атлантике, островов Галаиагос, Гавайские, Лайн, Туамоту, Кука и др. в Тихом океане.

К этому же типу вулканизма относятся расположенные на дне океанов плосковершинные подводные горы – гайоты – и погруженные потухшие вулканы, увенчанные коралловыми рифами. Их насчитывается ни много ни мало, а несколько десятков тысяч.

А вот периферийно-океанический тип вулканизма проявляется преимущественно на островных дугах и в окраинных морях. Именно такого типа вулканы расположены в районе Камчатки и Курил. С островными дугами связано более половины всех молодых вулканов на Земле.

Даже географическое размещение вулканов указывает на тесную связь между поясами вулканической Деятельности и расположенными под ними подвижными зонами земной коры. Именно разломы, образующиеся в этих зонах, формируют каналы, по которым горячая магма движется к земной поверхности. А на глубине, где давление растворенных в магме газов становится больше давления вышележащих земных толщ, газы начинают стремительно продвигаться и увлекают за собой магму вверх. А затем гигантский взрыв – и начинается извержение.

Безусловно, не случайно, что Институт вулканологии Дальневосточного отделения АН СССР расположен именно в Петропавловске-Камчатском. Это ведущее научное учреждение АН СССР, которое занимается изучением вулканов. Конечно, в первую очередь ученых интересуют вулканы Курило-Камчатской зоны, а среди них немало подводных. В институте даже имеется специальная лаборатория подводного вулканизма.

С конца 70-х гг. исследование подводных и островных вулканов учеными института значительно активизировалось в связи с получением специализированного НИС «Вулканолог» водоизмещением 1100 т, предназначенного для проведения геолого-геохимических исследований в районах проявления подводной вулканической деятельности.

Это судно является одной из разновидностей унифицированного среднетоннажного НИС, созданного в 70-х гг. в нашей стране. Расскажем более подробно об этих судах, явившихся наглядным подтверждением передового и экономически исключительно эффективного принципа строительства судов – «един во многих ликах», который в совершенстве освоен и воплощен в практику судостроения нашими учеными и инженерами.

Начнем несколько издалека. В век научно-технической революции наука становится непосредственной производительной силой. Такая истина теперь не требует доказательств. Но это достигается не бесплатно. Постоянно растут затраты на проведение научных исследований. Научное оборудование, которое используется для познания тайн природы, становится все более дорогостоящим, сложным и объемным. Можно упомянуть в связи с этим хотя бы исследовательские ядерные реакторы, колоссальные ускорители элементарных частиц, установки «Токомак» для получения управляемых термоядерных реакций, гигантские радиотелескопы для изучения глубин Вселенной и т. д.

Таким же дорогостоящим и сложным основным техническим средством изучения океанов, морей, рек и озер являются НИС. Стоимость их создания и эксплуатации превосходит в 1,5–2 раза стоимость того же для транспортных судов аналогичных размеров, которая сама по себе не мала. И это без учета затрат на содержание научной экспедиции и приобретение специального научного оборудования. Вместе с тем необходимость их постройки и напряженного использования неоспорима.

Ведь каждое направление требует оснащения исследовательского судна специальным, специфическим оборудованием. Так, для проведения гидрологических исследований необходимо наличие на судне средств для замера температуры воды на различных глубинах, скорости и направления течений, определения прозрачности, степени турбулентности (завихрения) и перемешивания водных масс, параметров волнения (в первую очередь высоты и периода волн).

А геофизические исследования невозможны без наличия средств замера магнитных, гравитационных и электрических полей, без источников акустических волн и гидрофонов для приема отраженных акустических волн при проведении сейсморазведки и просвечивания акустическими волнами осадочных пород и океанской земной коры.

Геологические исследования предусматривают размещение на исследовательских судах средств для забора проб грунта, в первую очередь в виде длинных грунтовых колонок, и приборов для выполнения анализа проб в судовых лабораториях. Гидрохимические исследования состоят из забора проб воды с различных глубин и дальнейшего их анализа на содержание различных компонентов, а также определения солености.

Особые приборы и оборудование необходимы для проведения с борта исследовательского судна гидроакустических исследований, связанных с изучением 'законов распространения звука в морской воде. Совсем другие приборы и оборудование используются для выполнения метеорологических исследований, включающих определение температуры, влажности и давления воздуха на различных высотах, скорости и направления ветра, интенсивности потоков прямой и отраженной от поверхности моря солнечной радиации, наблюдения за облачностью.

И совсем особое, специфическое оборудование, включающее широкий набор устройств и приборов от тральной лебедки до инкубатора для выращивания из икринок рыбной молоди и вивария для содержания белых мышей и морских свинок, требуется для проведения на борту НИС биологических исследований, направленных на всестороннее изучение животного и растительного мира океана.

Как разместить на НИС все это объемное и сложное оборудование? Как спланировать размещение на судне в течение длительного экспедиционного рейса и, главное, эффективную работу различных научных отрядов гидрофизиков, гидрохимиков, гидробиологов, геологов, метеорологов, каждый из которых имеет свои специфические задачи и приемы их решения?

Жизнь, практика проведения исследований подсказали ученым и конструкторам, как найти выход из этих объективных трудностей, как шире развернуть исследования Мирового океана при максимально возможной, но разумной и ответственной экономии денежных и материальных ресурсов.

Стало ясно, что наряду с большими НИС типа «Витязь», «Академик Курчатов» необходимо строить НИС меньшего водоизмещения для выполнения специализированных исследований по одному из направлений изучения океана. Не везде и не всегда нужны более дорогостоящие при постройке и тем более в эксплуатации НИС водоизмещением 5–6 тыс. т. Это не означает, разумеется, что комплексные океанологические исследования с борта одного НИС изжили себя. Более того, решение наиболее сложных и глубоких проблем современной океанологии немыслимо без проведения именно таких комплексных исследований.

В связи с потребностью в специализированных НИС ученые – заказчики судов и конструкторы – разработчики проектов новых судов задумались над такой проблемой: что же, разрабатывать отдельный проект НИС для проведения каждого из направлений исследований? Безусловно, нет. И тогда все большую значимость и распространение приобрела идея об унифицированном проекте НИС, то есть о создании проекта судна, который может быть сравнительно легко приспособлен к строительству судов для рационального проведения того или иного определенного вида исследований.

В 1974 г. вступило в строй НИС «Валериан Урываев» для метеорологических исследований, названное именем известного советского ученого-гидролога. Это судно явилось головным не только в серии судов погоды, но и для геофизических НИС типа «Морской геофизик» для комплексных геолого-геофизических исследований, гидрологических типа «Яков Гаккель» (названное именем известного советского полярного океанолога), гидробиологических типа «Дальние зеленцы» и, наконец, «Вулканолог», о котором мы уже упоминали. Суда всех этих пяти типов созданы на базе одного проекта.

Лекарства из морских организмов – химера или реальность?

Человечество издавна мечтает о «волшебных пулях» – лекарствах для активного избирательного воздействия на своих злейших врагов: болезнетворных грибков, микробов, вирусов. Ученые разыскивают чудодейственные лекарственные вещества повсюду, пытаются выделить их из клеток некоторых растений и животных, воссоздать заново в лабораторных колбах и ретортах.

Именно с целью поиска и изучения таких природных соединений была создана во Владивостоке академическая лаборатория, которая в 1964 г. была преобразована в Институт биологически активных веществ.

В начале 70-х гг. ученые института прозорливо сосредоточили свои усилия по поиску биологически активных веществ в океане. Здесь уместно привести пророческие слова выдающегося советского гидробиолога академика Л. А. Зенкевича: «Человечеству необходимо «перестраиваться» на океан. Это неизбежно, и в этом деле нельзя проявлять близорукости, иначе за нее придется расплачиваться тяжелой ценой».

Да и тысячелетний опыт многих народов свидетельствовал об эффективности лекарств, изготовленных из морских организмов. В Китае и Японии издавна использовали для лечения ряда болезней икру некоторых видов рыб, некоторых представителей класса иглокожих, например толченые голотурии, навары из водорослей. Снадобья из морских организмов употреблялись и в качестве стимуляторов жизненной активности человека, для повышения общего тонуса и жизнедеятельности отдельных органов.

Ряд обстоятельств во многом способствовали тому, что для последних 20–25 лет характерно именно бурное развитие биоорганических морских исследований. Во-первых, к концу 60-х гг. гидробиологи четко определили картину исключительного разнообразия форм жизни в океане и точно установили наличие в организмах некоторых морских животных и растений таких физиологически активных соединений, которых нет у животных и растений суши.

Во-вторых, усовершенствовались методы выделения, очистки и определения химической структуры биологических регуляторов и стимуляторов. И наконец, самое главное заключалось в том, что ученых подталкивала общественная потребность – человечество ощущало острейший дефицит новых эффективных средств лечения таких болезней, как сердечно-сосудистые, психические, вирусные, онкологические.

Директор Тихоокеанского института биоорганической химии – ТИБОХ (так с 1973 г. стал называться академический Институт биологически активных веществ) академик Георгий Борисович Еляков считал, что именно все эти причины и привели к тому, что ученые, в первую очередь США, Японии, СССР, развернули серьезные исследования физиологически активных веществ, содержащихся в морских организмах.

Он отметил, что многие подобные вещества уже приняты медиками для практического использования. Так, например, хорошо зарекомендовала себя каиновая кислота, выделяемая из красных водорослей. Голотоксин – активный компонент мышечной ткани голотурий – запатентован как препарат против кожных грибковых поражений. Из карибской губки выделено лекарство против вирусных заболеваний. Из представителей животного и растительного мира океана ученые выделили простагландины – группу физиологически активных веществ, с помощью которых снижают кровяное давление, облегчают дыхание при асматических заболеваниях, воздействуют на некоторые компоненты крови. Значительную роль в практической медицине и биохимических исследованиях играют определенные полисахариды, выделяемые из водорослей.

Для науки самое главное понять, какова роль тех или иных физиологически активных веществ в жизни морских организмов. Поняв это, ученые смогут сделать поиск новых целебных средств строго направленным, освободить его от игры случая.

Руководитель дальневосточных биооргаников четко определил причину интереса ученых именно к морской фауне и флоре. Обитатели океана – по всей видимости, самые древние жители нашей планеты. Иные их виды существуют уже десятки миллионов лет, практически мало изменяясь. Значит, в ходе эволюции; на более ранних этапах природой были придирчиво отобраны варианты их приспособления к морской стихии. Среди них различные химические соединения, которые не только обеспечивают жизнедеятельность того или другого отдельного организма, но и регулируют отношения между особями одного вида, между представителями дружественных или враждебных видов. Можно лишь удивляться тому, насколько готовы некоторые обитатели океана буквально к любой подстерегающей их случайности. Как тут не вспомнить мудрые слова Геродота: «За долгое время может случиться все, что возможно». Впрочем, один из выдающихся химиков-биооргаников наших дней, французский ученый М. Барбье, рассуждая об адаптации морских организмов, удачно дополнил суждение Геродота, заметив: «За долгое время может сохраниться лишь то, что необходимо».

Исследования ученых показали, насколько велик и разнообразен набор химических соедингний, которые служат морским организмам. Тут и вещества для защиты от хищников, для уничтожения болезнетворных бактерий, подавления конкурирующих видов, поиска пищи, для того, чтобы особям противоположного пола найти друг друга, для маскировки, прикрытия бегства, сообщения об опасности и для обеспечения многих других биологически крайне важных действий. Академик Г. Б. Еляков считает, что химическая информация определяет важнейшие акты поведения морских организмов, а из обитателей суши только у насекомых она играет в жизни такую же важную роль.

Эволюция в течение миллионов лет хорошо потрудилась, чтобы снабдить обитателей океана способами защиты от разносчиков всевозможных болезней – микробов и грибков. Для этого применяются зачастую весьма простые и эффективные методы. Один из них – галогенерирование, то есть введение атомов хлора в продукты обмена веществ. Дело облегчается тем, что в морской воде хлор имеется в большом количестве в составе солей, растворенных в ней. Благодаря этому «шлаки» морских организмов приобретают антимикробные свойства. Если же хлорные соединения оказываются малоэффективными, то природа позаботилась об использовании для тех же целей более активных соединений йода, брома и бора.

Такие антибактериальные соединения, синтезированные водорослями, попадают к растительноядным животным, которые эти водоросли поедают. Причем у некоторых животных они могут накапливаться, значит, облегчается их извлечение и использование в качестве основы лекарственных препаратов.

Как видим, ученым было чему поучиться у природы. Теоретические предпосылки и практические наблюдения, о которых рассказал директор ТИБОХ, послужили ученым-тихоокеанцам твердой платформой для развертывания исследований. Безусловно, важнейшую роль в их проведении сыграли экспедиционные рейсы на НИС для сбора биологического материала в морях и океанах.

Размах исследований значительно возрос после прибытия на Дальний Восток среднетоннажного специализированного НИС «Профессор Богоров» водоизмещением 1677 т. Это было одно из четырех НИС «профессорской» серии, построенных в Финляндии для АН СССР в 1976–1979 гг.

Такое необычное название серия получила из-за того, что суда были названы именами видных советских ученых, чья деятельность была тесно связана с изучением морей и океанов, а также отдаленных регионов нашей Родины: профессоров Вениамина Григорьевича Богорова, Алексея Ивановича Куренцова, Владимира Алексеевича Водяницкого и Владимира Борисовича Штокмана.

Научный комплекс НИС «Профессор Богоров» включает 11 прекрасно оснащенных лабораторий, где могут работать 28 научных сотрудников. Для изучения биологических объектов предназначены три биохимические, одна вспомогательная и одна приборная лаборатории. Есть на судне и виварий с подопытными животными. Комплекс технических средств, установленный на судне, позволяет выполнять различные виды океанологических измерений с достаточно высокой точностью. Очень важно, что судовой многопроцессорный вычислительный комплекс на базе ЭВМ третьего поколения позволил осуществить комплексную автоматизацию исследовательских работ в море путем оперативной обработки собранных учеными данных в реальном масштабе времени.

Ученые института активно использовали новое НИС для решения научных задач, поставленных перед ТИБОХ на конец 70-х и 80-х гг. Судно побывало у берегов Вьетнама, где ученые собрали значительную коллекцию целебных препаратов, выделенных из морских беспозвоночных. Сбор морских организмов проводить не просто. Главная роль в этом отводится аквалангистам. На поиски биологически активного материала выходят обычно по 15–20 ученых и водолазов. Остальные члены биохимического экспедиционного отряда в это время упорно трудятся в лабораториях над обработкой находок, приготовлением препаратов, определением их физиологической активности.

Об условиях работы аквалангистов живо рассказал заместитель директора ТИБОХ по научной работе доктор химических наук Юрий Семенович Оводов: «Условия эти иной раз и впрямь бывают необычными, особенно когда приходятся нырять вблизи коралловых рифов. Тут ведь и акулы встречаются, и скаты, и много разных рыб. Надо знать, с кем как себя вести. Ну и, конечно, надо найти ту живность, которая требуется, поднять ее на поверхность, доставить в лодку – мы называем ее «мыльницей». Отсюда уже добычу перегружают в рабочий бот, где оборудованы бидоны и ванны.

А при этом, даже увлекшись охотой, нужно суметь не поцарапаться о кораллы, не наступить на морского ежа – вообще не получить никакой травмы. Тот, кто поранился в воде, у нас в героях не ходит, а зачисляется в грубейшие нарушители техники безопасности. Травм от рейса к рейсу становится все меньше. И это красноречиво говорит о том, что с работой в дальних районах мы хорошо освоились».

Ученый отметил, что теперь в тропиках крайне редко попадаются животные или растения совершенно неведомых видов. Он считает, что это самое убедительное доказательство того, что многолетний поиск обитателей моря, синтезирующих различные физиологически активные соединения, принес вполне заметные результаты. Ученые своих «подопечных» по большей части «знают в лицо». Наступает новый этап. Впереди – более глубокое проникновение в механизм интимных процессов, происходящих в организме, детальное изучение роли каждого биорегулятора и биополимера в борьбе живого существа против всевозможных неблагоприятных воздействий.

В 1979 г. НИС «Профессор Богоров» с научной экспедицией института побывал на Мальдивских и Сейшельских островах, Мадагаскаре, у берегов Шри-Ланка. Один из научных отрядов возглавляла заведующая лабораторией института кандидат химических наук Эмма Павловна Козловская. Ее интересовали различные виды актиний. Это животные, которые относятся к классу кишечнополостных беспозвоночных. Они ведут неподвижный образ жизни, прикрепляясь к скалам или коралловым образованиям. Букеты щупалец делают их похожими на цветы красной, зеленой, бежевой, кремовой окраски. Своеобразные «цветники» – заросли актиний – опасны для человека. Подобно многим другим обитателям моря, эти существа вооружены стрекательными клетками – нематоцистами. Когда мимо проплывает какое-либо животное, актиния выбрасывает их наружу. Остреньким краешком нематоциста впивается, словно игла, в тело неугодного пришельца, рвется капсула, токсин проникает в жертву.

Надо сказать, что выброс стрекательных клеток для актиний – как бы универсальное проявление жизнедеятельности. Если «уколу» подвергается враг, посягающий на ее жизнь, он, испытав неприятное ощущение (ожог, временную потерю чувствительности), отказывается от своих агрессивных намерений и отправляется на поиск добычи поспокойнее. Если же нематоциста угодит в какое-нибудь небольшое безобидное животное, токсины парализуют его; животное падает на щупальца актинии, которая торопливо заталкивает его в себя и поедает…

«Крупным нашим везением было то, что актинии первого же из добытых видов относились к наиболее токсичным. Прямо на борту «Профессора Богорова» мы получили пять высокоактивных полипептидов – веществ белковой породы, отличающихся по химической структуре сравнительно короткой цепочкой аминокислот: их в молекуле больше десятка, но меньше сотни. Опыты на мышах, грибах, микробах различных штаммов показали, что эти вещества имеют отношение к проведению нервного импульса».

Исследования нейротоксинов были продолжены. Ученым удалось многое выяснить в механизмах функционирования живой клетки. На нынешнем этапе важнее всего понять связь между химической структурой токсинов и той функцией, которую они выполняют. Для этого необходимо установить, каковы их рецепторы, то есть с молекулами каких именно веществ, входящих в состав клеточной мембраны, токсины вступают во взаимодействие, в чем конкретно состоит его химический смысл. Тогда удастся составить более точное представление об устройстве ионного канала в мембране клетки и о принципах его функционирования. Со временем это позволит «регулировать» механизм передачи нервного импульса. В дальнейшем эти знания должны открыть большие перспективы в диагностике и лечении некоторых нервных заболеваний.

Отрадно, что, проводя исследования по поиску физиологически активных веществ в морских животных и водорослях, выясняя тонкий механизм действия этих веществ, ученые заглядывают вперед, думают о проблемах, которые возникнут в случае массовой потребности в найденных веществах для нужд практической медицины.

Они считают, что в подобных обстоятельствах нельзя превращать живые организмы океана в промышленное сырье, ибо это может привести даже к необратимым изменениям в природе, к исчезновению целых биологических видов.

Отсюда вывод: природа должна дать только модель полезного вещества. Задачи ученых ясны: досконально изучить химическое строение нужного вещества, а затем научиться создавать это вещество с помощью методов органического синтеза или биосинтеза. Только такой путь создания лекарственных препаратов на основе модели природных физиологически активных веществ может быть принят в настоящее время.

В дальнейшем ученые ТИБОХ получили в свое распоряжение новое НИС «Академик Опарин». Это было одно из четырех специализированных, среднетоннажных НИС водоизмещением 2600 т, построенных для АН СССР также в Финляндии в 1984–1985 гг.

Из четырех НИС три строились для гидрофизических исследований водных масс океанов и морей, исследования океанского дна и слоев атмосферы, прилегающих к поверхности океана. А НИС «Академик Опарин» предназначено именно для исследований по профилю ТИБОХ – для гидробиологических исследований. Исходя из этого и спроектирован установленный на нем научно-исследовательский комплекс.

И безусловно, название гидробиологического судна было выбрано не случайно. Герой Социалистического Труда академик Александр Иванович Опарин (1894–1980) был виднейшим советским биохимиком, создателем научно обоснованной теории возникновения жизни на Земле, в основе которой лежит идея, что жизнь – результат эволюции углеродных соединений. Эта теория, созданная ученым в результате многолетних изысканий, явилась крупным достижением материалистической, мысли и во многом определила пути развития исторической биохимии.

НИС «Академик Опарин» – это плавучий филиал ТИБОХ. Судовое научное оборудование специально скомплектовано для полноценного проведения химических и биохимических исследований морских организмов с целью поиска, выделения и исследования структуры и физиологической активности соединений, обладающих антибиотическим, противоопухолевым и иммуностимулирующим действием.

В носу на главной палубе расположена химико-технологическая лаборатория. В ней установлены приборы и устройства для выделения физиологически активных соединений из морских организмов.

Для исследования химического строения выделенных из морских организмов веществ предназначены пять лабораторий: три биохимические, спектроскопическая и физико-химическая. Размещенное в них оборудование сделало бы честь лучшему биохимическому НИИ в любом академическом центре. Это, в частности, несколько жидкостных /и газовых хроматографов; инфракрасных, ультрафиолетовых видимых и флуоресцентных спектрофотометров; аминокислотных и углеводных анализаторов.

В гидробиологической лаборатории ученые разбирают, фиксируют и определяют видовую принадлежность выловленных морских организмов. Работу с культурами тканей и микробиологические испытания проводят в лаборатории и боксе биоиспытаний и в микробиологической лаборатории с ламинарным боксом (боксом повышенной стерильности).

В расположенной на палубе ходового мостика лаборатории биосинтеза установлена уникальная аппаратура, в том числе жидкостный сцинтилляционный счетчик и программируемый многоканальный анализатор для изучения механизмов биосинтеза с помощью радиоактивных изотопов.

Помимо лабораторий, на судне имеется ряд специфических вспомогательных научных помещений: стеклодувная мастерская, виварий, где содержатся подопытные мыши, морские свинки и др. и фотолаборатория. Имеются специальные холодильные камеры, где биологический материал хранится при температуре ниже – 45 °C.

Для сбора биологического материала методом траления на глубинах до 500 м на судне установлена специальная лебедка и П-образная рама. Предусмотрен сбор морских животных и растений водолазами. Для этого на судне имеется пять рабочих катеров и комплекты снаряжения для водолазов. Поиск рыбных скоплений производится при помощи рыбопоискового гидролокатора.

С получением НИС «Академик Опарин» ученые ТИБОХ получили возможность вести работу по поиску физиологически активных веществ в морских организмах на неизмеримо более высоком уровне, чем ранее. Это подтвердили результаты первых же экспедиционных рейсов.

Особенно плодотворным в научном плане был многомесячный рейс, закончившийся в сентябре 1987 г. Экспедиция получила в свое распоряжение судно, специально построенное для исследований в области морской биологии и биохимии. Ученые привезли сотни штаммов микроорганизмов-продуцентов. Руководитель научной экспедиции академик Г. Б. Еляков, подводя итоги рейса, отмечал, что многие считают сегодня эру антибиотиков прошедшей. Природа такого пессимизма понятна: при массированном использовании антибиотиков возникают устойчивые штаммы болезнетворных микроорганизмов. Большинство антибиотиков имеет наземное происхождение, то есть в эволюционном плане они встречались с возбудителями болезней, часть которых выработала и сохраняет в генетической памяти устойчивость.

Именно поэтому ученые ищут оружие против опасных инфекций среди морских звезд, ежей, моллюсков и множества других обитателей Мирового океана. Морские и земные организмы разделены по крайней мере двумя миллиардами лет эволюции. Отсюда и надежда ученых обнаружить соединения, к которым патогенные микроорганизмы приспособиться не смогут.

Науке необходимы вещества, которые могут служить как тончайшие инструменты исследования живой клетки. К ним относятся анемонотоксины, выделяемые из актиний, с помощью которых можно изучать механизм передачи нервного возбуждения. Так называемые ферменты обмена нуклеиновых кислот, способные резать в определенных местах и соединять ДНК, необходимы для решения проблем генной инженерии. Ученые института занимаются изучением целой серии таких ферментов, продуцируемых морскими организмами.

Говоря о возможности использования биоресурсов океана в медицинских целях, директор ТИБОХ с оптимизмом сказал, что «когда речь идет об океане, самые дерзкие прогнозы не выглядят фантастическими. Ну а в нашем случае вера опирается на факты. Директору американского института исследований рака Дж. Петтиту – он был гостем на судне – удалось выделить из морского объекта вещество, которое сейчас испытывается как эффективное средство лечения злокачественных опухолей.

Конечно, и мы проверяем серию экстрактов в качестве противораковых соединений. Понятно и напряженное внимание ко всему, что связано со СПИДом… Возможности «Академика Опарина» позволяют начать широкие исследования морских организмов с целью выявления соединений против СПИДа».

Ясно одно – впереди у морских биологов и биохимиков удивительные находки и открытия.

Тайны Амазонки и океан

В 1983 г. жители прибрежных поселков на Амазонке с любопытством рассматривали проплывавшее по реке белоснежное судно с красным флагом и вымпелом АН СССР на мачтах. Это было морское НИС «Профессор Штокман». Да, авторы не ошиблись: морское судно отправилось в экспедицию по реке. И в рейсе приняли активное участие ученые-океанологи.

Все это совсем не случайно. Как известно, Амазонка по своим глубинам, ширине, протяженности глубоководного фарватера в нижнем течении, по разнообразию фауны и флоры в реке и на ее берегах представляет собой нечто среднее между рекой и морем. В ней, например, водятся дельфины, многие гигантские рыбы, которые не встречаются в других реках. Некоторые ученые считают, что по влиянию на природные процессы, происходящие в атмосфере над сушей и в атлантических водах, Амазонку можно сравнить с таким величайшим океанским течением, как Гольфстрим.

Именно поэтому и была проведена экспедиция по реке Амазонке и в прибрежных водах Бразилии, организованная Институтом океанологии совместно с Институтом Латинской Америки АН СССР… Судно пересекло Атлантический океан, вошло в дельту и поплыло вверх по течению по одной из величайших рек мира.

Главной задачей, которая была поставлена перед участниками экспедиции, было исследование вод Амазонки и ее притоков, определение количества и химического состава содержащихся в них веществ, состава донных осадков, выявление влияния вод Амазонки на воды Атлантического океана. Экспедицию возглавил заместитель директора Института океанологии АН СССР член-корреспондент АН СССР M. E. Виноградов.

Учитывая важность этих исследований для познания природы страны и прибрежных вод, правительство Бразилии приняло специальный декрет, разрешающий советским ученым выполнять все необходимые исследования в бассейне Амазонки и прибрежной шельфовой зоне.

Работа экспедиции явилась блестящим примером интернационального содружества ученых разных стран. В ее проведении приняли участие семь бразильских ученых, экспедиция получила помощь со стороны ряда бразильских национальных научных организаций. В свою очередь, советские ученые предоставили все результаты проведенных в рейсе исследований в распоряжение бразильских коллег.

При плавании по реке экспедиция исследовала ее воды на 67 станциях. В заранее намеченных точках ученые погружали в речные воды разнообразные, зонды, сообщавшие сведения о температуре, солености, плотности, прозрачности на различных глубинах. Производился отбор проб воды с нескольких горизонтов и грунта дна. Пробы донных отложений были взяты в русле реки, на шельфе и в прилегающих глубоководных районах океана. Все эти данные оказались неоценимыми для определения законов образования осадочных пород на дне океана.

Не менее ценными были и биологические исследования, проведенные в ходе экспедиционного рейса. Флора и фауна Амазонки уникальны. Участник экспедиции кандидат биологических наук С. Кашин рассказывал позже, что, по мнению ученых, разнообразие видов рыб, обитающих в Амазонке (более 1300 видов), возникло под влиянием условий существования их в реке. Многие виды рыб, живущих в так называемых белых водах (это как бы жидкая грязь, напоминающая пульпу, перекачиваемую земснарядами), не имеют зрения, которое здесь было бы бесполезно. Такие рыбы распознают предметы в воде с помощью электрических импульсов, которые, отражаясь от неподвижных и движущихся объектов, воспринимаются особыми электрическими органами чувств.

В водах, бедных кислородом, у рыб появились органы, поглощающие его из атмосферы. Так, в частности, своеобразными легкими служат у них плавательные пузыри.

Встретились ученые экспедиции и со знаменитыми пираньями. Эти рыбы главным образом растительноядные, а крепкие острые зубы нужны им, чтобы разгрызать падающие с деревьев и кустарников в воду орехи и плоды. Но существуют и пираньи-хищницы, опасные для человека.

Обычные сети, применявшиеся везде для ловли рыб, здесь на Амазонке не могли быть использованы: запутавшихся в них рыб, разрывая сети, мгновенно, обгладывали другие рыбы-хищники. Лески, даже самые прочные, через минуту-другую перекусывались хищниками. Пришлось ученым обратиться за помощью к местным жителям, использующим для рыболовства сети особой, незнакомой до этого советским ихтиологам конструкции.

Уловы были обильными и ценными. Некоторые из выловленных рыб оказались неизвестными даже бразильским ученым. Экспедиция привезла домой экспонаты рыб примерно ста видов. Кроме того, было привезено около 250 экземпляров растений, насекомых и животных, не встречающихся в Европе и Азии. Таковы первые итоги этого примечательного рейса.

Мы уже упоминали о «профессорской» серии специализированных НИС, к которым принадлежит и НИС «Профессор Штокман». При постройке НИС «Профессор Богоров» и «Профессор Куренцов» предназначались для геолого-геофизических и гидрофизических исследований, НИС «Профессор Водяницкий» – для гидробиологических исследований, а «Профессор Штокман» – для гидрогеофизических исследований.

Все эти суда по тому времени были неплохо оснащены для работы в океане, имели гидролокатор кругового обзора и два глубоководных эхолота, в том числе один узколучевой на стабилизированной платформе. С помощью эхолота можно осуществлять непрерывную высокоточную съемку рельефа дна на пути следования судна.

Следует отметить, что конструкторы исключительно тщательно продумали размещение на этих судах всего комплекса научного оборудования. Так, на трех судах (кроме биологического НИС «Профессор Водяницкий») этот комплекс разместили в четырех рабочих зонах. В носовой зоне, где осуществляется взятие геологических проб грунта морского дна, постановка буйковых станций, опускание за борт приборов для сбора гидрологических данных и забора проб воды с глубины до 7000 м, находятся две исследовательские лебедки, грузовой кран и вываливаемая за борт П-образная рама для вывода троса с приборами за борт.

Расположение гидрофизической, гидрохимической и геологической лабораторий в надстройке на главной палубе обеспечивает удобный и кратчайший путь транспортировки с носового участка палубы собранных проб для последующей обработки.

В кормовой рабочей зоне установлен такой же кран, как в носу, вываливаемая П-образная рама и три кабельные лебедки различного назначения, используемые при сейсмопрофилировании, буксировке автоматических зондов, зондировании океанских глубин при нахождении судна в дрейфе, сборе биологических проб и т. п.

Одна из кабельных лебедок используется для спуска за борт системы приемников-гидрофонов, называемой «сейсмографической косой». Для сейсмографических исследований в качестве источника звука применяются системы электроискрового возбуждения и пневматических взрывов. И в том и в другом случаях получаемые при проскакивании искры или выбросе в воду воздушных пузырей под высоким давлением звуковые волны пронизывают осадочные породы на океанском дне, выстилающие дно магматические породы– и, отразившись, возвращаются к приемникам сейсмографической системы. Полученные таким образом данные о времени прохождения, характере преломления и отражения звуковых волн обрабатываются в геофизической лаборатории и лаборатории сбора информации.

Центральная рабочая зона включает вычислительный центр и лабораторию сбора информации. Эта зона оборудована комплексом электронно-вычислительной аппаратуры, обеспечивающим сбор и обработку всей научной информации в рейсе, а также управление натурными экспериментами. Четвертая верхняя зона включает штурманскую рубку, где установлен навигационный комплекс, и промерную лабораторию с эхолотами.

Появление в составе исследовательского флота нашей страны судов «профессорской» серии позволило значительно расширить объем и повысить эффективность проведения научных исследований в океане.

В середине 1987 г. в центральном и южном районах Атлантики ученые Морской арктической, геологоразведочной экспедиции выполняли комплексную программу по изучению глубинного строения дна океана (проект «Литое») на двух НИС «Профессор Куренцов» и «Геофизик».

С помощью новейших приборов, которыми оснащены эти НИС, изучались глубинные структуры пород, слагающих океаническое дно. Ученые-геофизики поставили перед собой цель собрать данные для создания трехмерной модели земной коры, покрытой водами океана. Создание такой модели поможет объяснить природу движения материковых плит и облегчит поиск новых месторождений полезных ископаемых. Замыслы дерзновенные, но ученые-геофизики и морские геологи полны желания и надежды их успешно свершить.