Открывая тайны океана

Знаем ли мы законы жизни рек, водохранилищ и озер?

Велика наша Родина и обильна реками, водохранилищами и озерами. Трудно переоценить роль, которую реки и озера играли и продолжают играть в нашей жизни. Они являются исключительно важным источником водоснабжения, интенсивно используются в качестве транспортных магистралей. На наших реках возведены гидроэлектростанции, которые вырабатывают почти 15 % от суммарной выработки электроэнергии в СССР.

Особое значение имеет использование речного стока для орошаемого земледелия, обеспечивающего устойчивый, независимый от погоды высокий уровень сельскохозяйственного производства. Реки, озера нашей родины – это хранилища пищевых и кормовых ресурсов, это великолепные места отдыха трудящихся.

Повышение роли и значения внутренних водоемов для развития народного хозяйства СССР вызвало расширение исследовательских работ, связанных с изучением их формирования, изменения, рационального использования и определения влияния народнохозяйственной деятельности на состояние водных масс и окружающих берегов. Последний аспект все более становится определяющим в деятельности фундаментальной и прикладной науки.

Ведь только проведение фундаментальных исследований, направленных на всестороннее изучение рек, озер и водохранилищ, законов их развития и взаимодействия с атмосферой и окружающими участками земной поверхности, позволит значительно расширить возможности научного прогноза их состояния в обозримом будущем, а также наметить оптимальную программу управления ими.

Правильный учет влияния хозяйственной деятельности человека на состояние рек, озер и водохранилищ даст возможность нейтрализовать это влияние, исключить негативное воздействие, а значит, обеспечить сохранение чистоты и полноводности этих замечательных творений природы (и человека, если иметь в виду искусственные водохранилища).

Особенно сложна и мало изучена природа водохранилищ. Их все больше и больше на Земле, и ежегодно вступает в эксплуатацию несколько сот новых водоемов-водохранилищ. Наибольшее количество крупных водохранилищ имеется в США и СССР. В США, где число водохранилищ объемом каждое более 100 млн. м³в 3 раза больше, чем в СССР, в ближайшие 30–40 лет предполагается утроить их суммарный полезный объем. И даже в Японии, где очень мала площадь годных к использованию земель, создано и создается большое число водохранилищ.

Что же такое водохранилище – искусственное озеро или нечто другое? Здесь необходимо глубоко разобраться. В масштабах времени, измеряемого годами или непродолжительной жизнью человека, озера кажутся постоянными компонентами ландшафта. Однако в геологических масштабах времени озера преходящи. Они рождаются обычно в катастрофах, достигают зрелости и тихо и незаметно умирают. А каковы законы жизни водохранилищ, способно ли водохранилище «жить» по законам природы?

Доктор биологических наук H. H. Смирнов считает, что это как раз и не удается. Режимы этих искусственных водоемов (физический, включая колебания уровня воды, химический) далеки от естественных. Ученый напоминает, что экологические закономерности, характерные для такого природного водоема, как озеро, формируются длительное время и под влиянием естественных факторов. А в водохранилищах все обстоит иначе. Водохранилище представляет собой неустойчивую, несбалансированную экологическую систему даже после того, как первичное формирование его уже закончено. Это обстоятельство является причиной и возникающих здесь катастрофических вспышек численности тех или иных видов. В созданном водоеме с самого начала идут уже другие биологические процессы по сравнению с теми, которые происходили в районе затопления и в самой реке. И на первом этапе формирования населения водохранилища, если они и напоминают озерные процессы, то весьма отдаленно. Прежде всего потому, что первичное формирование биоты в какой-то мере оказывается катастрофичным: резкая смена флоры и фауны, формирование берегов, освоение питательных веществ – все это не способствует установлению балансов природных.

Ясно одно: водохранилища – это природно-технические системы, живущие по своим, только им присущим законам. Эти законы отражают противоречивость природы водохранилищ. С одной стороны, это созданные человеком объекты. С другой стороны, водохранилища испытывают сильнейшее воздействие природных и в первую очередь гидрометеорологических факторов.

Поэтому им свойственна своя, особая, система внутриводоемных процессов – гидрологических, гидрофизикохимических и гидробиологических, отличных от тех, которые наблюдаются в озерах и реках. Доктор географических наук А. Б. Авакян и кандидат географических наук В. П. Салтанкин считают, что, управляя водохранилищами, человек в результате может вызвать развитие таких процессов, явлений и эффектов в природной подсистеме, которыми он пока не в состоянии управлять, либо преодоление которых требует значительных усилий, затрат трудовых и материальных ресурсов. Поэтому полностью управляемыми объектами (подобно станку, агрегату, механизму) водохранилище можно считать с известным приближением. Непосредственно и полностью человек управляет лишь запасами воды, но уже частично и косвенно – экосистемой и геосистемой водохранилища.

Ведущими факторами, определяющими в первую очередь особенности внутриводоемных процессов в водохранилищах, является водообмен и уровенный режим водоема. Именно эти факторы и определяют отличие условий развития внутриводоемных процессов в водохранилищах от таковых в озерах и реках. Ведь уровень воды в водохранилищах может сильно изменяться, особенно в горных водохранилищах, в зависимости от режима работы гидроэлектростанций. В водохранилищах могут возникать зоны направленного движения воды к плотине и зоны водоворотных циркуляции, где частицы воды перемещаются по замкнутым траекториям. Именно эта сложная гидродинамическая структура и определяет то, что процессы преобразования и перемещения вещества и энергии в водных массах водохранилищ принципиально отличаются от последних в озерах и реках.

Важной особенностью водохранилищ, которые играют роль огромных естественных отстойников, является присущий им накопительный эффект в отношении взвесей в воде. Это имеет как положительные последствия (осветление воды, снижение ее цветности, уменьшение содержания вредных бактерий), так и отрицательные. К последним относят возможность взрывного развития синезеленых водорослей при избыточном поступлении в водоем биогенных веществ, заболачивание акватории, накопление в осадках вредных примесей и др.

Для водохранилищ характерна особая изменчивость состояния водоема. Это объясняется тем, что их берега обычно становятся районом стремительного развития хозяйственных объектов, оказывающих все большее воздействие на природную среду. Отмечается также большая изменчивость гидрометеорологических процессов над крупными водохранилищами, что связано с интенсивным теплообменом между водной поверхностью и атмосферой. Динамичность водохранилищ проявляется во всех их характеристиках, но, пожалуй, наиболее ярко – в процессах формирования берегов, изменении показателей качества воды, структуре и продуктивности водных и наземных (в береговой зоне) экосистем. В специальной литературе иногда употребляется термин «эволюция водохранилищ», причем если эволюция озер происходит в течение многих десятков и сотен лет, то в водохранилищах существенные изменения основных процессов и явлений происходят по крайней мере на порядок быстрее. И еще, что также важно, если в озерах изменения обычно носят постепенный, направленный, правильный характер, водохранилища развиваются циклически и скачкообразно при изменении ведущих динамических факторов.

Так что же, нет никакой возможности устранить негативные последствия существования водохранилищ и надо просто с этим мириться? Отнюдь нет. Именно А. Б. Авакян со своими сотрудниками на основании многолетних исследований разработали научно-техническое направление интенсификации использования внутренних водоемов на основе их экваториального районирования, планировки и обустройства.

На чем же основывается этот новый подход к использованию водохранилищ? Казалось бы, акватория большого водохранилища – это однообразные водные пространства, очень похожие друг на друга. А вот исследования показали, что это совсем не так. Отдельные участки одного водохранилища могут в корне отличаться один от другого и представлять собой, как образно выразились авторы нового метода, «водоем в водоеме». И экспедиционные исследования на водохранилищах подтверждают это. Глубоководная зона резко отличается от мелководной, зона у нижней плотины от зоны бывшего русла реки в средней части водохранилища. Причем это относится не только к крупным водохранилищам, но и к средним.

Мы уже отмечали крайнюю неоднородность всех гидрологических, физико-химических и биологических характеристик водных масс в различных районах водохранилищ. Например, на Куйбышевском водохранилище разница температур поверхностного слоя воды на разных участках акватории может достигать 10 °C, что очень много. Ведь биологи считают, что для нереста рыб существенны различия температуры воды в один и даже доли градуса. Очень сильно сказывается на разности температурных режимов отдельных районов водохранилищ «тепловое загрязнение» в результате работы тепловых электростанций, которые сбрасывают в водохранилища подогретые воды.

Так же, как акваторию водохранилища, можно районировать и его береговую зону с учетом хозяйственной деятельности человека и ее воздействия на водоем.

Так, например, А. Б. Авакян и В. П. Салтанкин разработали подробные схемы экваториального районирования Иваньковского водохранилища на Волге – основного источника водоснабжения Москвы, в результате чего его площадь 327 км²разбита на 4 плеса, 10 гидрологических районов, 25 эколого-гидрографических участков.

А вот дальше, когда составлена такая схема, можно на научной основе, с учетом всего комплекса воздействующих на водохранилище факторов, решать вопросы разумного обустройства и хозяйствования на водохранилище, определения наиболее целесообразных видов хозяйственной и природоохранной деятельности на каждом характерном участке водоема.

Именно так можно оптимальным образом учесть интересы и требования различных отраслей, которые часто являются противоположными. А ведь как часто сталкиваются между собой интересы энергетиков и рыбаков, речников и агропрома, индустрии отдыха и лесоводов. И еще чаще, к сожалению, ведомственные интересы противопоставляются делу охраны природы, что абсолютно недопустимо и безнравственно.

Только районирование, подход к водохранилищу как к совокупности различных «водоемов в водоеме» дают возможность определить оптимальную площадь мелководий, допустимую степень зарастаемости акватории водорослями и камышовыми, площади нагула и нереста, обеспечивающие нормальное воспроизводство рыбных стад, участки загрязненных донных отложений, подлежащие удалению, места водозаборов и выпуска очищенных сточных вод, расположение зон отдыха для городского населения и заповедных зон и многое, многое другое.

И безусловно, только районирование и планировка позволят рационально провести комплексное обустройство водохранилищ. Что же мы включаем в понятие такого обустройства? Это и отчленение, где необходимо, мелководий, берегозащита, дноуглубление, создание очистных сооружений и другие подобные мероприятия.

Итак, каков вывод? Водохранилища существуют и необходимы. Значит, нужно их тщательно изучать и грамотно эффективно использовать, чтобы максимально повысить положительный эффект от их существования и снизить по возможности отрицательные последствия. В решении всех этих проблем нужна величайшая ответственность на всех уровнях, ответственность ученых, хозяйственников и, наконец, ответственность всего общества за будущее природы нашей Родины.

И еще один важный вывод необходимо сделать: нужно тщательно и целенаправленно изучать внутренние водоемы, а они, к сожалению и как ни странно, еще во многом – научная целина. Совсем не просто провести районирование водохранилищ, оценить все гидрологические, гидрохимические и гидробиологические факторы, определяющие особенность каждого участка водохранилищ. Здесь требуются согласованные усилия многих научных учреждений, работа сотен ученых на многих исследовательских судах.

Поэтому реки, озера и водохранилища нашей Родины бороздят десятки научно-исследовательских судов и катеров, принадлежащих институтам АН СССР и академиям наук союзных республик, Госкомгидромету СССР, Минрыбхозу и другим ведомствам. Ученые проводят широкий спектр исследований, включая определение гидрологических, гидрохимических, гидробиологических параметров речного стока, изучение формирования гидрографической сети в дельтовых зонах, процессов переноса твердых взвесей, биологической продуктивности и многое другое.

Одним из крупных центров изучения внутренних водоемов является Институт биологии внутренних вод АН СССР. Его организация и развитие связаны с именем Ивана Дмитриевича Папанина. Еще в январе 1952 г. он был назначен уполномоченным Президиума АН СССР, а затем и директором биологической станции «Борок», расположенной в поселке Борок на берегу Рыбинского водохранилища. Папанин правильно оценил большое значение биологического изучения наших искусственных водохранилищ и вложил много энергии и труда в коренную реорганизацию этой биологической станции.

Под его руководством за короткий срок она превратилась в крупный научно-исследовательский периферийный центр, занимающийся вопросами биологического изучения и народнохозяйственного освоения искусственных водохранилищ и других внутренних водоемов. Этот научный центр теперь носит название Института биологии внутренних вод им. И. Д. Папанина АН СССР и является головным научным учреждением СССР по изучению продуктивности и хозяйственного использования внутренних вод. Папанин в течение 20 лет был его директором.

По мере развертывания исследовательских работ в институте формировался и его флот. В 1985 г. флот института пополнился новым НИС, названным «Ареал». В конструкции судна наряду с наличием ряда положительных моментов присутствует и серьезный недостаток: имея на борту 15 человек экипажа и экспедиции, оно только трое суток может находиться в зоне запрещенного сброса сточных вод без сдачи их на судно-сборщик, так как емкость сборных цистерн мала. Такое расхождение между автономностью по запасам топлива и продуктов и, так сказать, «экологической автономностью» во многом снижает эффективность использования судна при проведении экспедиционных работ.

Конечно, обеспечить достаточную «экологическую автономность» не просто, особенно учитывая небольшие размерения речного или озерного НИС. Тем не менее нельзя допускать, чтобы конструкторы шли по легчайшему пути. В наше время, когда загрязнение внутренних водоемов во многих регионах подошло к критической черте, НИС должны быть примером правильного отношения к экологическим проблемам, а следовательно, «экологическая автономность» НИС должна быть максимальной. НИС обязано быть примером и образцом для всех остальных судов в части предотвращения загрязнения водных масс рек, озер и водохранилищ.

Для проведения исследований на реках широко используются научно-исследовательские катера. Ученые Института водных проблем АН СССР используют водометные катера типа КС-100. На Иваньковском водохранилище работают «Поиск» и «Находка», на Северной Двине – «Салма», а в дельте Волги – «Водомер».

Важно, что эти катера не имеют винтов, а двигаются за счет реакции от выброса струи воды водометным двигателем. Малая осадка и водометный двигатель дают возможность этим катерам работать на мелководье и в зарослях камыша.

Безусловно, имеющиеся в настоящее время речные и озерные НИС и катера по своей оснащенности не дают зачастую возможности проводить научные исследования на должном уровне в соответствии с современными требованиями.

Уже всем ясна малая эффективность и экономическая нецелесообразность переоборудования и приспособления уже построенных рыбопромысловых, транспортных и других судов под речные и озерные НИС. Повышение эффективности их использования требует наличия судовых систем сбора, регистрации и обработки большого объема научной информации с использованием ЭВМ. И наконец, увеличение продолжительности экспедиционных рейсов со всей серьезностью ставит вопрос о создании нормальных санитарно-бытовых условий для экипажей и научных сотрудников, что совсем не просто с учетом обязательного сбора сточных и фановых вод и сдачи их на суда-сборщики.

Ясно одно – нужны специальные проекты речных и озерных НИС. При их разработке можно брать за основу корпус и ЭУ рыболовецких или транспортных судов, но проект должен быть разработан до постройки, чтобы не нужно было переделывать и перепланировать уже готовые судовые отсеки.

Думаем, что перспективной является концепция, выдвинутая доктором географических наук В. А. Знаменским. Суть ее заключается в необходимости создания ряда унифицированных проектов речных и озерных НИС не менее четырех типов: специальный научно-исследовательский катер водоизмещением 6–8 т, малое специализированное НИС водоизмещением 25–30 т, среднее специализированное НИС водоизмещением 60–70 т, большое НИС для комплексных исследований на реках, озерах и водохранилищах водоизмещением 150–300 т. Такой спектр проектов способен, на наш взгляд, удовлетворить требования всех организаций, занимающихся в нашей стране научно-исследовательскими работами на реках, озерах и водохранилищах.

Многое следует сделать для создания приборной базы этих судов, которая хотя бы могла быть сопоставлена с приборами, используемыми для изучения океанов и морей. Как ни удивительно, но суда для внутренних водоемов оснащены научными приборами несравненно хуже, чем морские НИС. И это так, хотя на территории нашей Родины расположены самые большие и глубокие озера и водохранилища в мире, протекают величайшие реки Европы и Азии. Безусловно, проблема создания новых речных и озерных НИС и оснащения их соответствующей приборной базой должна быть обязательно решена в ближайшие годы.

Быть ли Байкалу океаном!

Байкал… В последние годы все чаще слышно это слово. О Байкале пишут в газетах, говорят по радио и в телепередачах, снимают кинофильмы, издают научно-популярные книги и солидные научные монографии. И это не случайно, не просто дань «модной» теме.

По максимальной глубине 1620 м и по объему водной массы – 23 000 км³– Байкал намного превосходит все озера нашей планеты. Воды Байкала, объем которых составляет до одной пятой всех поверхностных запасов пресных вод планеты, уникальны, они слабо минерализованы и отличаются исключительной прозрачностью и чистотой, флора и фауна Байкала по своему богатству, разнообразию и самобытности не имеют себе равных.

Но вот беда – усиление хозяйственной деятельности на берегах и в водосборном бассейне озера привело в последние десятилетия к нарушению веками сложившегося экологического равновесия. В частности, нарушен химический баланс вод Байкала. Только огромный объем воды, заключенный в котловине Байкала, обеспечивает пока (только пока) медленное увеличение общей минерализации озера. Но это процесс крайне опасный.

Ученые отмечают, что уменьшение численности рыб и продуктивности других организмов в Байкале вызвано в первую очередь антропогенным воздействием на его природу.

Байкал, это уникальное природное образование, требует спасения. В Байкал не должны поступать промышленные стоки, мы обязаны сохранить лесные массивы на берегах озера. Ученые Сибирского отделения АН СССР находятся в первых рядах бойцов за спасение Байкала.

Сибирское отделение АН СССР с самого начала возражало против строительства целлюлозно-бумажного комбината на берегу Байкала. Но, к сожалению, к предостережениям ученых не прислушались. В апреле 1987 г. ЦК КПСС и Совет Министров СССР принял, увы, уже третье постановление по Байкалу. Оно определяет меры по обеспечению охраны и рационального использования природных ресурсов бассейна озера Байкал в 1987–1995 гг.

Хочется надеяться, что это постановление наконец сдвинет дело защиты великого озера с мертвой точки. Общественность страны и ученые СО АН СССР настаивают на перепрофилировании Байкальского целлюлозно-бумажного комбината, закрытии особо вредных в экологическом отношении предприятий химического производства в районе озера, проведении больших лесовосстановительных работ, сокращении до минимума транспортировки по озеру нефтепродуктов, полном прекращении сплава леса в плотах. Безусловно, в выполнении всей этой огромной программы и обеспечении контроля за состоянием экологической системы озера важнейшая роль отведена сибирской науке.

Исследования Байкала особо интересны еще и потому, что важнейшей его особенностью является нахождение озера в рифтовой зоне гигантского разлома, аналогичной во многом тем, которые имеются в срединно-океанических хребтах, в Красном море, Это подтверждается многим.

Во-первых, большинство эпицентров землетрясений, которых в Байкальской зоне бывает около 2000 в год, располагается на берегах озера. А в 1862 г. в результате крупного землетрясения в долине реки Селенги, впадающей в озеро, за несколько часов 200 км²суши погрузилось в воду. В результат образовался новый залив Провал с глубинами более 10 м.

Берега Байкала богаты минеральными источниками, что свидетельствует о наличии близкой к поверхности зоны подземной активности. И наконец, ученые замерили тепловой поток, излучаемый впадинами Байкальской зоны. Он оказался аномально высоким.

И что особенно важно, измерения скорости расхождения берегов Байкала, проведенные в 70-х гг., дали значения до 1 см/год. А такие скорости расхождения дна присущи именно океаническим рифтам.

В связи с уникальностью Байкальского природного региона к началу 60-х гг. четко определилась потребность сибирских ученых в НИС, которое смогло бы плавать по всей акватории озера и имело бы несколько научных лабораторий для работы комплексного экспедиционного отряда в составе 10–15 научных сотрудников.

Трудность заключалась в том, что на самом Байкале не было судостроительного предприятия, способного построить такое судно. Нужно было разыскать проектную организацию, которая взялась бы за разработку проекта строительства судна в два этапа: первый – изготовление транспортабельных секций корпуса, второй – сборка секций после их доставки к берегу Байкала на спусковое устройство. Затем необходимо было определить судостроительный завод, который изготовил бы секции и собрал их на месте.

Начальник Отдела морских экспедиционных работ АН СССР И. Д. Папанин поручил все хлопоты по байкальскому судну сотруднику отдела опытному судостроителю Поликарпу Герасимовичу Малому, за плечами которого было успешное участие в строительстве на Дальнем Востоке морских судов.

По предварительной проработке с учеными в Отделе морских экспедиционных работ определили, что наиболее приемлемым при строительстве байкальского НИС было бы использовать корпус и ЭУ морского среднего рыболовного траулера. Было решено остановиться на проекте траулеров, которые строили на прославленной верфи «Ленинская кузница» в Киеве.

Командировка П. Г. Малого в Киев увенчалась успехом. Киевские конструкторы помогли ученым, составили предварительные наброски и подтвердили возможность такой двухэтапной постройки НИС на базе серийного траулера. Теперь слово было за Министерством судостроительной промышленности.

Поликарп Герасимович вспоминал позже: «Вскоре после моего возвращения из Киева Иван Дмитриевич Папанин пригласил меня к себе и объявил:

– Поехали к министру. Он согласился выслушать наши предложения.

И вот мы в кабинете министра судостроительной промышленности Б. Е. Бутома. Иван Дмитриевич сразу перешел в наступление:

– Вы должны помочь Байкалу, Борис Евстафьевич! Не можете не помочь. Необходимо построить судно для байкальских ученых.

И он рассказал о том, зачем нужно это судно и какие трудности связаны с двухэтапной постройкой.

– Но кто разработает проект? – спросил министр.

– Корабелы «Ленинской кузницы» согласны. – И Папанин показал министру предварительные проработки, которые Малый привез из Киева.

– И здесь обошли меня, – не смог сдержать улыбки Бутома. – Ладно, уговорили, – сказал он и добавил: – Вернее, не вы уговорили, а Байкал уважать надо, недаром в народе его называют «славное море, священный Байкал».

Воодушевленный решением министра Малый вновь отправился в Киев. Вскоре в конструкторском бюро, а затем и в цехах верфи «Ленинская кузница» закипела работа.

Проект судна был разработан так, что все секции корпуса нового судна можно было бы перевезти по железной дороге из Киева к берегам Байкала.

Пока в Киеве изготавливали секции, П. Г. Малый полетел в Иркутск. Речники Восточно-Сибирского пароходства подсказали, что собрать секции корпуса можно на верфи им. Е. Ярославского в поселке Мальта.

Побывал Малый и на этой верфи. Вид небольших цехов и малолюдство на территории не вдохновляли. Видно было, что до сих пор верфь проводила лишь ремонт судов, необходимого судостроительного опыта ни у инженеров, ни у рабочих не было.

Он обсудил ситуацию с руководством верфи, беседовал с рабочими. Ясно было, что верфи нужна солидная и основательная помощь. Пришлось организовать подготовку сибиряков-судосборщиков и сварщиков на «Ленинской кузнице». АН СССР добилась того, чтобы верфи помогли сварочным и другим оборудованием и материалами.

Все организационные и технические вопросы решались в тесном взаимодействии с учеными Лимнологического института Сибирского отделения АН СССР, для которых и строили судно. Активную помощь во всем оказывал директор института член-корреспондент АН СССР Г. И. Галазий.

Наконец секции корпуса, погруженные на 22 железнодорожные платформы, прибыли на станцию Байкал. А как перебросить секции через Ангару, ведь железнодорожного моста не было? Было решено изготовить солидные деревянные сани и перевезти секции по льду через реку на буксире у тракторов на гусеничном ходу.

Стояли крепкие сибирские морозы, сильный ветер сдувал снег со льда. Самоотверженно работали такелажники и трактористы. Одна за другой прибывали корпусные секции на место сборки. Наконец все вздохнули облегченно. Все секции нового судна разместили на самодельном стапеле.

Прошли дни напряженной работы по сборке корпуса и установке оборудования. Настал долгожданный день спуска нового судна на воду. Прозвучали команды на спуск, и вот судно сначала медленно, а затем все быстрее двинулось по спусковому устройству. Еще секунды – и вот оно уже на плаву.

Новое НИС для исследования Байкала водоизмещением 530 т с шестью научными лабораториями пополнило флот АН СССР в 1964 г. Его назвали именем профессора Глеба Юрьевича Верещагина (1889–1944). Видный советский гидробиолог и озеровед доктор географических наук Г. Ю. Верещагин с 1925 г. руководил Байкальской экспедицией АН СССР. Его научные работы были связаны с изучением планктона и пресноводных ракообразных Байкала. Он изучал ледовый режим озера, динамику и морфологию его берегов. Научные работы Г. Ю. Верещагина заложили основу новой науки – байкаловедения.

В 1977 г. с целью детального всестороннего изучения Байкала была проведена Байкальская комплексная геолого-геофизическая экспедиция, организованная Институтом океанологии им. П. П. Ширшова АН СССР совместно с Лимнологическим институтом, Институтом геохимии СО АН СССР, а также Иркутским государственным университетом.

Значительные исследовательские работы были проведены с борта НИС «Г. Ю. Верещагин». На судне установили дополнительно самописец глубины, аппаратуру непрерывного сейсмического профилирования, позволяющую «просвечивать» толщу осадков на глубину в несколько километров, новейшую магнитометрическую аппаратуру, предназначенную для регистрации составляющих магнитного поля Земли, специальную глубоководную фотокамеру, гермоградиентометр, необходимый для уточнения данных о тепловом режиме Байкальской впадины.

Ученые установили с борта НИС «Г. Ю. Верещагин» на дне озера регистраторы землетрясений и сейсмических волн. В ходе работ судно буксировало воздушные пушки, возбуждающие акустические волны, которые проникали внутрь земных недр и, отражаясь и преломляясь, принимались судовыми регистраторами и записывались на магнитофон. Изучение магнитофонных записей позволило ученым составить представление о геологической структуре пород подо дном озера до глубины в несколько километров. Проведя с борта НИС «Г. Ю. Верещагин» комплексную геофизическую съемку Байкальской впадины, ученые смогли удачно выбрать полигоны для погружения и детального исследования дна с борта ПА «Пайсис».

В экспедиции участвовала группа гидронавтов Института океанологии АН СССР с двумя ПА «Пайсис». В Атлантике ученые получили важные результаты, связанные с механизмом образования новой океанической коры. Заманчиво было сравнить процессы тектонических движений в уже зрелом океане и здесь, на начальных, как полагают, этапах формирования самого океана.

Для базирования ПА была оборудована речная баржа, на которой установили и закрепили автокран. Оба ПА совершили на Байкале 42 погружения. 9 августа «Пайсис-II» с экипажем в составе А. Подражанского, А. Сагалевича и Н. Резникова должен был впервые произвести погружение на дно озера. В северной части озера около о. Ольхон находится впадина с глубиной 1620 м, которая является максимальной глубиной озера. Но речную баржу-носитель ПА мореходная инспекция не разрешила буксировать на север Байкала из-за недостаточной прочности корпуса. Поэтому гидронавты наметили для погружения район с максимальной глубиной в южной части озера – 1410 м, где в двух километрах от берега крутой склон заканчивался ровной площадкой дна.

Наконец ПА медленно погружается в глубину озера. Глубина 200 м… 800 м. В отсеке ПА похолодало, температура упала до 10°, гидронавты надели свитера. Внутренняя поверхность сферы покрылась каплями конденсата. Передадим слово А. М. Подражанскому: «– Поздравляю вас, мужики, – раздается вдруг голос Резникова. – Глубина 1000 м…

На затылок падает несколько капель воды. Поворачиваю голову, и тоненькая струйка попадает в ухо. В то же мгновение замечаю, что еще одна струя, извиваясь, бежит ручьем по оранжевой поверхности прочной сферы.

– В отсеке течь! – стараюсь говорить спокойно, но все равно очень громко произношу я…

Толя протягивает мне отвертку, и я быстро снимаю над собой треугольную панель. Нам открывается внутренняя часть одного из кабельных вводов… Из темного отверстия в сердечнике ввода, откуда выходят кабели, бьет струя воды толщиной с кабель…»

Гидронавты проявили мужество и выдержку. Экипаж продул носовую и кормовую балластные цистерны и начал продувку цистерны главного балласта. Определив скорость поступления воды по заполнению пустой бутылки из-под «пепси-колы», гидронавты доложили о возможности всплытия без сброса аварийного балласта.

Наконец ПА на поверхности. Уже на барже, сняв левую переднюю четверть легкого корпуса и разобрав находящийся под ней кабельный ввод, ученые обнаружили причину течи. В сердечник гермоввода были ввернуты четыре штуцера с завулканизированными кабелями. Каждый штуцер уплотняется в сердечнике резиновым кольцом. Так вот, одно из них оказалось срезанным. Видимо, это был дефект сборки, который и проявился в самый ответственный момент погружения на дно Байкала.

На следующий день после устранения дефекта тот же экипаж вновь пошел на «Пайсис-II» в глубины озера. А. М. Подражанский вспоминал: «Глубина 1100 м. На экране бортового гидролокатора отчетливая светлая метка – до грунта 300 м. Откачали за борт часть балласта. Теперь аппарат погружается медленнее обычного, всего около 10 м в минуту. Мы не торопимся попасть на дно. Нас больше волнует, как поведут себя вводы, так как аппарат идет уже на неведомой ему и экипажу глубине. Каждые пять минут проверяем трюм. Сверху нас не торопят, там сейчас тоже все в напряжении, даже, наверное, в большем, чем мы. Зная об этом по собственному опыту, стараемся как можно чаще сообщать наверх о наших действиях.

…До грунта 100 м. Скорость погружения уменьшили до 5 м/мин. Аппарат, как охотник, подкрадывающийся к зверю, медленно приближался к грунту.

– До грунта 50 м, – сообщаем наверх.

– Говорите раздельно, очень сильное эхо, – слышим в ответ.

– Донная рефракция работает, – предполагает Сагалевич, – дно рядом, пора откачиваться. – Снова работает насос, и аппарат, почти зависнув в толще воды, уже еле заметно продолжает тонуть.

Упершись лбами в подушки над иллюминаторами, вглядываемся в черноту под аппаратом. Какие-то неясные тени мелькают внизу. Откуда-то сбоку подплыл и сел на раму бокоплав-гаммарус.

– Гаммарус нас уже встречает, скоро грунт, – комментирует это событие Резников. Под аппаратом вода немного посветлела, и в ней появились равномерно разбросанные сгустки черноты.

– Вижу грунт! – вдруг произнес Сагалевич, первым понявший, что эти сгустки – не что иное, как тени от неровностей на серой илистой поверхности…

«Пайсис» осторожно встает на грунт. Глубина 1410 м».

Результаты экспедиции были впечатляющими. Во-первых, геофизическими исследованиями с борта НИС «Г. Ю. Верещагин» и визуальными наблюдениями с борта «Пайсисов» удалось собрать обширный научный материал, позволивший по-новому рассмотреть природу Байкальского рифта. Ученые убедились в возможности использовать отработанные модели и представления по океаническим рифтам к объяснению процесса образования Байкальского разлома. Было установлено, что тепловой поток в южной части озера почти вдвое превышает средний уровень теплового поля в районах, расположенных вдалеке от Байкала. А это подтверждает факт разогрева глубинных слоев под Байкальским рифтом.

Важно, что гидронавты визуально обнаружили на подводном склоне озера характерные образования, появляющиеся в зонах растяжения и сброса. А не занесенные осадками трещины, увиденные ими через иллюминаторы, подтвердили то, что механизм Байкальского рифта работает и разлом растет. Все подтверждало утверждение, что Байкальский рифт находится в предспрединговой стадии, то есть магма еще не поступает из глубины на поверхность дна озера.

Ученые сделали главный вывод: под озером Байкал начинает развиваться трещина. Она, видимо, проникнет до тех жидких, глубинных веществ, излияние которых и образует базальтовый слой океанического дна. Развивающаяся трещина – еще не классический океанический рифт, ее возраст около 20 млн. лет. Они предполагают, что в геологическом будущем, если процесс не остановится, берега Байкала будут постепенно расходиться и на его месте, возможно, возникнет океан.

В завершение разговора об исследовании озер несколько слов о перспективных НИС для работы на больших озерах.

Для комплексных лимнологических (озероведческих) исследований в Ладожском и Онежском озерах и на Белом море будут в ближайшие годы построены для Института озероведения и Зоологического института АН СССР новые НИС водоизмещением 260 т. На них будут установлены мини-ЭВМ для обработки собранных данных. При исследованиях с применением погружаемых и буксируемых зондов с непрерывной регистрацией данных проектом предусмотрена передача их значений на борт судна по кабелю.

Учитывая, что в настоящее время сброс сточных вод в Ладожское и Онежское озера категорически запрещен, в проекте определена емкость сточных цистерн для сбора стоков из туалетов, камбуза, умывальников, душей, а также льяльных вод, откачиваемых из трюма машинного отделения, из расчета эксплуатации судна в течение всего срока автономного плавания – 7 суток. Как видим, при разработке проекта учтены недостатки, отмеченные при рассказе о НИС «Ареал». На новом судне «экологическая автономность» будет соответствовать технической автономности.

Этот проект является уже определенным шагом вперед в части создания современного озерного НИС. Но, по нашему мнению, и в нем не решены по конца такие важные вопросы, как расположение всей научной экспедиции в одно– и двухместных каютах, установка на судне системы точного местоопределения при плавании вдали от берегов с помощью спутниковых средств навигации. Особенно досадно, что, предусмотрев установку мини-ЭВМ, проектант не пошел дальше и не разработал для судна комплексной автоматизированной системы сбора и регистрации научных данных, что значительно повысило бы эффективность использования электровычислительных средств. Эти недостатки особенно ощутимы, если учесть, что строительство этих судов предусматривается в 1991 г.

Загадки и реальность Каспия

Уже много лет привлекает к себе внимание ученых природа величайшего в мире замкнутого водоема – Каспийского моря. Многое здесь необычно: загадочность некоторых природных явлений, в первую очередь такого, как периодические колебания уровня моря, своеобразие флоры и фауны (чего стоит только наличие в южном море такого животного, как тюлень), появление и исчезновение грязсвулканических островов в море и многое, многое другое.

Обратимся к истории исследования Каспия. Первая крупная комплексная экспедиция на Каспийском море была проведена в 1853–1856 гг. под руководством академика Карла Максимовича Бэра (1792–1876). И уже перед этой экспедицией, помимо проведения научных исследований по изучению флоры и фауны моря и побережья, изучению гидрологических и геологических особенностей моря, Нижней Волги и их берегов, стояла насущная практическая задача: выяснить причины падения уровня моря и обмеления впадающих в него рек, а также влияние этих явлений на рыболовство.

Конференция Российской Академии наук в марте 1853 г. одобрила план экспедиции, предложенный К. М. Бэром, и выразила уверенность, что его труды послужат на пользу государству и науке и принесут славу академии.

Состав экспедиции, включая служителей, был невелик: пять, временами шесть человек, но она оставила весомый след в русской и мировой науке. Это определялось, безусловно, ярким научным талантом Бэра, его неординарными чертами характера и в немалой степени – его умением подбирать себе помощников. Так, например, следуя впервые в Астрахань, Бэр в Самаре не побоялся включить в состав экспедиции ссыльного петрашевца Н. Я.Данилевского, естественника по образованию, и ни разу не пожалел об этом.

Бэр сделал Астрахань главной квартирой экспедиции. Отсюда в течение трех лет, используя пароходы и рыбацкие лодки, Бэр со своими помощниками подробно обследовал Нижнюю Волгу и ее дельту, каспийские берета и острова, прибрежные районы, устья Урала и Куры.

В первом плавании по Каспийскому морю в 1853 г. на пароходе «Ленкорань» Бэр посетил форт Ново-Петровский (форт Шевченко). В форту его комендант представил Бэру Тараса Григорьевича Шевченко, который содержался там в качестве политического ссыльного на положении простого солдата. Бэр участливо отнесся к ссыльному поэту и впоследствии старался помочь ему своими связями в Петербурге.

Во время пребывания в Ново-Петровском Бэр особое внимание обратил на изучение колебания уровня моря и предложил коменданту форта вырубать ежегодно отметку на береговой скале, чтобы следить за уровнем воды. Он сам выбил на камне первый такой знак.

В одной из статей, опубликованной в августе 1856 г., Бэр впервые изложил свою гипотезу о размывании правого берега рек, текущих по меридиану в Северном полушарии, вследствие отбрасывания воды в правую сторону из-за суточного вращения земного шара вокруг своей оси. Впоследствии это знаменитое обобщение было названо географическим «законом Бэра».

Мы рассказали об экспедиции академика К. М. Бэра потому, что она сыграла особую роль в изучении Каспийского моря. Она обследовала Каспийское море как среду размножения и обитания рыб с учетом таких факторов, как температура и соленость морской воды, глубины, характер дна, растительности, то есть впервые были учтены основные физико-химические и биологические факторы, от которых зависит рыбное хозяйство в Каспийском регионе, очень важном в научном отношении, как единственное место на земном шаре, где сохранились и размножались ганоидные рыбы.

Есть геологические свидетельства, что уровень моря в течение последних 2–3 млн. лет колебался в пределах 50 м от современного. А на протяжении последних 2000 лет колебания уровня доходили до 3–5 м от среднего (– 27 м от уровня Мирового океана).

С начала проведения инструментальных наблюдений (1837 г.) и на протяжении XIX в. уровень сохранял положение в среднем около – 25,8 м. С 1900 по 1929 г. уровень несколько понизился, и его изменения происходили около средней отметки – 26,2 м. С 1930 г. уровень стал резко падать и в 1977 г. достиг минимальной отметки – 29 м. За последующие 13 лет уровень Каспия поднялся на 1,5 м. Можно полагать, что это знаменует начало очередной стадии подъема. А затем опять спад?

Ясно, как важно определить физические законы, диктующие изменение уровня. Каспийское море в настоящее время является замкнутым бассейном, не имеющим связи с Мировым океаном. Ученые считают, что причиной колебания уровня такого замкнутого бассейна, как Каспий, являются изменения в балансе вод моря, приходную часть которого составляют сток рек, подземная разгрузка, а также осадки, выпадающие на поверхность моря. Расходная часть баланса должна учитывать испарения с поверхности моря, а также сток в залив Кара-Богаз-Гол.

Все основные статьи баланса непостоянны, их значения сильно варьируются из года в год. Они прямо зависят от климата – осредненной погоды за несколько десятков лет. Так, ученые определили, что 5–6 тыс. лет назад, в период так называемого оптимума голоцена (межледниковый период, в котором мы живем) среднеглобальная температура была выше современной на 1 °C, и в результате совокупного действия всех факторов уровень Каспийского моря был выше современного на 6 – 10 м. А вот 125 тыс. лет назад – в оптимум микулинского межледниковья – температура была выше на 2 °C, а уровень Каспийского моря на 40 м выше, чем сейчас.

Зависимости между климатом, стоком рек, осадками и испарением исключительно сложны и неоднозначны. Чтобы определить эти зависимости, оценить влияние всех факторов на уровень моря, необходимы глубокие и разносторонние исследования и не только на акватории Каспия, но и на всей водосборной территории рек, впадающих в Каспийское море.

А сделать это необходимо. Значение Каспийского моря для нашей страны исключительно велико. Каспий – главный рыбный цех страны, важнейшая транспортная магистраль, каспийские просторы – районы нефте– и газодобычи.

АН СССР на протяжении всех лет существования Советской власти придавала особое значение всестороннему изучению Каспийского моря и проблем, связанных с его флорой и фауной. В ноябре 1945 г. по инициативе академика П. П. Ширшова в АН СССР была создана комиссия по изучению Каспийского моря, и он был утвержден ее председателем. А 26 декабря 1945 г. Совнарком СССР принял постановление об организации Института океанологии на базе слияния Лаборатории океанологии и Каспийской комиссии. Директором вновь созданного института был утвержден академик П. П. Ширшов. В числе одной из первоочередных задач, поставленных перед институтом, было проведение специальных исследований по проблеме колебания уровня Каспийского моря.

В 1986 г. комплексная экспедиция АН СССР по исследованию проблем Каспийского региона под руководством нашего ведущего экономиста академика А. Г. Аганбегяна работала на Каспийском море на двух НИС: «Элм» и «Акватория».

НИС «Элм» (по-азербайджански – «наука») принадлежит Институту зоологии АН АзССР. Это судно по конструкции корпуса, ЭУ, наличию лабораторий и исследовательских лебедок, а также по оснащению лабораторий научной аппаратурой аналогично в основном НИС «Дальние Зеленцы», о котором упомянуто в главе III.

НИС «Акватория», принадлежащее Институту водных проблем АН СССР, предназначено специально для исследований на Северном Каспии, который резко отличается от остальной части Каспийского моря. Дело в том, что Каспийское море протянулось с севера на юг на 1200 км. Мангышлакский и Апшсронский пороги разделяют его на три части – северную, среднюю и южную, каждая из которых имеет свои особенности: климатические, гидрологические, гидрографические.

Большая часть Северного Каспия мелководна, с глубинами не более 5 м, а часто 2 м и меньше. Соленость в распресненной Волгой северной части моря всего 3 – 7промилле, что в 2 раза меньше, чем в южной части моря. Северный Каспий и дельта Волги являются своеобразными «яслями и детским садом» для осетровых рыб и играют особую роль в сохранении и поддержании уникального рыбного стада осетровых.

Вот для проведения исследований в этом особом районе и предназначена «Акватория». В чем же особенность, уникальность этого судна? В первую очередь это малая осадка при сравнительно значительных размерениях. При приеме полных запасов и балласта – пресной воды – средняя осадка этого судна водоизмещением 1100 т всего 2,47 м. А при половинных запасах топлива и без балласта его средняя осадка всего 1,7 м. Так что НИС «Акватория» при осадке менее 2 м может проводить исследовательские работы примерно на 80 % акватории Северного Каспия.

На судне 4 просторные лаборатории, где могут работать до 30–35 научных сотрудников. К сожалению, на судне отсутствуют средства регистрации и обработки научных данных с помощью ЭВМ.

Учитывая важность дальнейшего углубленного изучения этого региона, необходимо построить новые совершенные НИС для Каспийского моря, оснащенные современной научной аппаратурой, средствами регистрации и обработки научной информации с помощью ЭВМ, радионавигационными системами точного местоопределения судна при помощи ИСЗ. И это будет сделано.