Глубина
Максимальная глубина, на которую я погружался до испытаний ГОА «Мир», – 2140 метров; мы достигли ее в 1982 году, опускаясь на «Пайсисе» в Атлантике. Мы превзошли рабочую глубину этого аппарата, 2000 метров, дважды: в Красном море в 1980 году, когда вместе с директором Института океанологии А. С. Мониным погрузились в рассол впадины Атлантис на 2030 метров, где ни до этого, ни после никто не бывал и где удалось провести уникальные наблюдения и измерения, а затем – в Атлантике, на хребте Рейкьянес, когда вместе с морским геологом Ю. А. Богдановым опускались к основанию краевого уступа рифта (расселины), чтобы исследовать протяженный участок океанической коры в вертикальном разрезе с глубины 2140 до 1100 метров. В обоих случаях некоторое превышение максимальной рабочей глубины аппарата было оправдано с точки зрения научной целесообразности и не превосходило возможностей его корпусов и систем в условиях высоких давлений. Эти погружения казались мне тогда большим достижением в покорении океанских глубин.
Теперь же предстояло покорить глубину в 6000 метров. Конечно, это очень большой скачок – от 2 до 6 километров. Относиться к этому событию можно по-разному. Одна позиция – формальная и дилетантская: закрыли люк, начали погружение, сферу опрессовало давлением, а дальше глубина уже не важна, так как все элементы аппарата рассчитаны и испытаны на максимальную рабочую глубину с большим запасом, поэтому риск минимален. С такими суждениями я встречался неоднократно; слышал их и от некоторых людей, погружавшихся со мной в аппарате, но вели они себя иногда далеко не как герои. Другая позиция – профессиональная и эмоциональная. Человек в жизни и творчестве покоряет разные вершины, совершенствуя свои знания и достигая качественно новых уровней в науке, технике, литературе, искусстве. Особое место занимают достижения в спорте, покорение горных вершин, освоение космоса и глубин океана. Начиная с нулевой отметки, человек со временем приобретает опыт, стремится к новым высотам, к еще непокоренным вершинам и глубинам. Разумеется, успех приходит лишь в том случае, если человек посвящает себя целиком одному большому делу, не разбрасываясь по мелочам.
У меня к покорению шестикилометровой глубины было особое отношение: психологически для меня это достижение нового уровня в области профессионального творчества – и как пилота глубоководных аппаратов, и как одного из их создателей, и как ученого.
Вспоминаю свою встречу в Сан-Диего с пионерами освоения океанских глубин Доном Уолшем и Лоуренсом Шумейкером, состоявшуюся после церемонии проводов «Триеста-II» – последнего из батискафов. Заговорили, кто на какую глубину погружался, и Шумейкер сказал: «За моими плечами только 6000 метров», а Уолш заметил: «Это он говорит скептически. А сколько вообще землян побывало на такой глубине?» А ведь это гораздо меньше, чем летавших в космос, в сущности – единицы, даже если учесть всех работавших под водой во все времена.
…И вот первое глубоководное погружение, к которому я себя заранее готовил психологически, перебирая возможные варианты отказов и принимаемых решений в случае их возникновения.
«Мир-1» начал погружение в 12 часов дня 11 декабря 1987 года в точке с координатами 17°32 с. ш., 30°02 з. д. Состав экипажа тот же, что и во всех предыдущих испытаниях: И. Е. Михальцев, Пекка Лааксо и я. Аппарат медленно идет вниз; через каждую тысячу метров откачиваем водяной балласт, зависаем в толще воды, проверяем работу всех систем. Затем снова принимаем воду в балластные сферы и погружаемся на следующую тысячу метров, где процедура откачки, зависания и проверки систем повторяется. Так прошли горизонты двух, трех, четырех тысяч метров. У отметки пять тысяч включаю насос, откачивающий балласт, – молчание. Насос не работает. Пытаюсь включить другой, имеющий привод от второй системы гидравлики, но и он молчит. Определяю скорость, с какой мы погружаемся: около 12 метров в минуту. Это значит, что отрицательная плавучесть аппарата исчисляется 60–70 литрами воды. Мы имеем на борту 300 килограммов твердого аварийного балласта в виде никелевой дроби, удерживаемой электромагнитом. Пробую, как работает сброс дроби, – все нормально. В сущности – ситуация аварийная: при неработающих насосах пилот обязан сбросить балласт и идти наверх. Как поступить? Радикальные меры по доработке насосов могут быть приняты только в заводских условиях, но если сейчас аппарат не будет испытан на максимальную глубину, то не будут подписаны приемные документы. После короткого совещания принимаем решение продолжать спуск. Проходим пятую тысячу метров, сообщаем глубину на борт судна. В динамике подводного телефона раздается голос руководителя погружения Юхи Корхонена: «Поздравляем!» Сейчас, как мы понимаем, лаборатория навигации и связи до отказа набита финскими и нашими «болельщиками».
…Подходим к отметке 6000 метров. Новые попытки включить откачивающие насосы успеха не приносят. Снова проверяю сброс дроби – все нормально. Проходим отметку 6000, сообщаем наверх. И снова радостный голос Юхи с поздравлениями. И тут же слышу спокойный голос И. Е. Михальцева: «Аппарат испытан. Можем идти наверх». Я отвечаю: «Игорь Евгеньевич! А может, все-таки дойдем до дна, походим вблизи него, посмотрим ходовые качества аппарата?» И Михальцев, и Лааксо соглашаются. Но где же дно? Эхолот, который нормально работал на глубине 1100 метров и определял поверхность дна с расстояния 200 метров, сейчас показывает ноль. По данным судового эхолота, глубина в точке погружения должна быть в пределах 6050 метров. Проходим эту отметку, но дна по-прежнему не видим. Все трое прильнули к иллюминаторам, ведь единственный прибор сейчас, который может заметить дно, – это человеческий глаз. Сбрасываю немного дроби, снижая скорость погружения до 7–8 метров в секунду. Это уже близко к нулевой плавучести. Наконец, на глубине 6170 метров мы обнаруживаем дно, покрытое рыхлым осадком. Мягко сев на грунт, сообщаем глубину на поверхность.
Наше погружение на 6170 метров в аппарате «Мир-1» заняло 8 часов 50 минут. Если учесть, что ныне мы достигаем отметки 6 километров за 3–3,5 часа, можно себе представить, сколь медленно и сколь драматично развивались события в том испытательном погружении.
Покружив вблизи дна и проверив работу движительного комплекса и других систем, мы начинаем всплытие, сбросив перед тем около 100 килограммов никелевой дроби. Подъем аппарата продолжался пять часов, и мы оказались на борту судна уже около трех часов утра 12 декабря 1987 года. Так закончилось мое первое погружение на глубину свыше 6000 метров. Получил ли я при этом удовлетворение? Несомненно! Знания и приобретенный опыт во время многочисленных спусков в «Пайсисах» пригодились во время этого полного драматизма погружения. И, оглядываясь сейчас назад, на многотысячные часы, проведенные под водой, я понимаю, что то погружение было вершиной…
Несколько позже перипетии того погружения будут выражены мною в песне. Вот один из куплетов:
Большие глубиныЗовут нас к себе, и мы знаем: пора,Они как вершины,Но только не виден здесь блеск серебра.На дне все спокойно, все тихо:Нептуна безмолвствует клан,А над головоюВ шесть тыщ толщиноюШумит океан.Несмотря на усталость, мы не могли уснуть – настолько велико было возбуждение. А в тот же день, после короткого отдыха, предстояло испытание аппарата «Мир-2». По своему сценарию оно повторяло предыдущее, но в действительности было несколько короче, поскольку мы уже знали, чего можно ожидать, и были к этому готовы. Точно так же отказали насосы на глубине 5000 метров, не работал эхолот. Достигнув глубины 6120 метров, сбросили часть аварийного балласта и всплыли на поверхность. «Мир-2» ушел под воду в 16:00 12 декабря и вернулся в 4:00 13 декабря 1987 года. Таким образом, оба аппарата были испытаны на глубину более 6000 метров меньше чем за двое суток. По результатам испытаний составили дефектную ведомость, в которую вошли все неисправности, которые финская фирма должна была устранить в период гарантийного ремонта. После подписания приемо-сдаточных протоколов НИС «Академик Мстислав Келдыш» вернулся в порт Калининград с двумя шеститысячниками на борту. Теперь предстояла опытная эксплуатация аппаратов, которая до начала гарантийного ремонта должна была проводиться в присутствии на борту судна финских специалистов.
«Миры» в действии
Эксплуатацию аппаратов «Мир» после их приемки можно разделить на два периода, которые обусловлены экономической ситуацией в нашей стране. В течение первого периода (1988–1991) использование НИС «Академик Мстислав Келдыш» с аппаратами «Мир» осуществлялось на базе бюджетного финансирования. В эти годы было проведено семь экспедиций по научным программам и одна, специальная, – к месту аварии атомной подводной лодки «Комсомолец». Будучи хорошо спланированными и организованными, эти научные экспедиции дали много интересных результатов, внеся ценный вклад в российскую и мировую науку. В отличие от последующих лет, в тот период ученые сами выбирали районы работ, ставя перед собой конкретные исследовательские цели.
Ситуация резко изменилась после 1991 года, когда начались радикальные перемены в нашем государстве. Происходившие реформы, конечно же, сказались и на положении в Академии наук и академических институтах. Сначала сократилось, а затем и вовсе было отменено финансирование экспедиционной деятельности. Пришел период выживания отечественной науки. Правда, положение нашего судна с аппаратами «Мир» нельзя было назвать совсем безнадежным: мы были востребованы, так как еще в первый период эксплуатации аппаратов сумели наладить контакты с иностранными организациями, благодаря которым получали неплохие предложения на проведение различных подводных работ. Однако существовали в ту пору некие внутренние противодействия; они были вызваны отсутствием взаимопонимания с некоторыми людьми и их желанием направить наши усилия в чисто коммерческое русло.
В этой ситуации неоценимую поддержку оказало нам Отделение океанологии, физики атмосферы и географии Российской академии наук и академик-секретарь этого отделения Владимир Евсеевич Зуев. Он быстро разобрался в ситуации и взял на себя шефство над нашей деятельностью. По согласованию с руководством Академии наук им в период 1992–1995 годов был подписан ряд контрактов с зарубежными организациями на проведение работ с использованием ГОА «Мир». Участие В. Е. Зуева в значительной степени способствовало сохранению судна «Академик Мстислав Келдыш» и аппаратов «Мир-1» и «Мир-2» как действующего глубоководного комплекса в рамках Российской академии наук. Мы очень благодарны Владимиру Евсеевичу за эту важную и своевременную поддержку.
В течение 1992–2001 годов были проведены 23 экспедиции, из которых 16 – по соглашениям с зарубежными научными организациями и фирмами и 7 – по договорам, заключенным с российскими организациями (на атомные подводные лодки «Комсомолец» и «Курск»). В каждой экспедиции, независимо от ее направленности, принимали участие сотрудники Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН, а в ряде рейсов – ученые других институтов и научных организаций России. На базе полученных результатов опубликовано более 200 научных статей в отечественных и зарубежных журналах, подготовлены монографии. В частности, интересная монография появилась в результате многолетних научных исследований в районе нахождения АПЛ «Комсомолец»; в отдельной книге обобщены результаты комплексных исследований в районе гибели «Титаника». Сданы в печать две монографии по геологическим и биологическим исследованиям гидротермальных полей с применением ГОА «Мир». Все это позволяет поддерживать на международной арене высокую репутацию ГОА «Мир» как глубоководных исследовательских аппаратов.
Работы по соглашениям с иностранными организациями и фирмами, проведенные в течение 1992–2001 годов, значительно расширили спектр глубоководных операций. Если в 1988–1991 годах проводились лишь плановые исследования, то во время второго периода начались специальные подводно-технические работы: поисковые операции, подъем донных объектов; особые, как на АПЛ «Комсомолец», подводно-технические операции с применением уникальных глубоководных технологий; съемки глубоководных кино- и видеофильмов, организованные профессиональными студиями с использованием принципиально нового оборудования и новых методов съемки и т. д. Теперь практически все экспедиции проводятся с участием иностранных ученых, специалистов по подводной технике, представителей таких крупных научных организаций, как Национальное географическое общество США, Национальная Администрация США по изучению океана и атмосферы (NOAA), Вудсхолский океанографический институт; ряда университетов США, а также представителей известной канадской кинофирмы Imax и компании Голливуда. В созданных за этот период фильмах впервые в истории мирового кино появились натурные глубоководные съемки. Все это принесло «Мирам» мировую известность.
Ведущие специалисты-подводники признают, что сегодня «Миры» – наиболее современные и совершенные глубоководные обитаемые аппараты. А название нашего судна обеспечения – пожалуй, самое популярное в мире среди остальных судов научного флота: его называют просто «Келдыш», и во время его заходов в порты сотни людей специально приезжают посмотреть на него и аппараты «Мир».
Невозможно описать все многообразие научных исследований и специальных глубоководных операций, которые проводились с помощью ГОА «Мир». Однако можно выделить несколько наиболее важных направлений, которые имели большую государственную значимость и принесли судну и аппаратам мировую известность. К наиболее весомым из них относятся:
1. Исследования гидротермальных полей на дне океанов.
2. Научные исследования и специальные подводно-технические работы на атомных подводных лодках «Комсомолец» и «Курск».
3. Глубоководные кино- и видеосъемки на «Титанике» с применением новейших технологий.
4. Видео- и фотосъемки на глубоководных объектах – линкоре «Бисмарк», японской лодке «I-52» времен Второй мировой войны и других объектах.
5. Исследование внутренних водоемов Азии и Европы: озера Байкал и Женевского озера.
Этим направлениям глубоководных работ и будут посвящены следующие главы.
Глава третья
Дым на дне океана
После приемки аппаратов «Мир» и возвращения судна «Академик Мстислав Келдыш» в Калининград была запланирована научная экспедиция в район 26° с. ш., на Срединно-Атлантический хребет (САХ), где находится гидротермальное поле ТАГ (Трансатлантический геотраверз). Возглавлял экспедицию член-корреспондент АН СССР (ныне академик РАН) А. П. Лисицын; автор этих строк выполнял функции заместителя начальника экспедиции и руководил подводными операциями. Это был 15-й рейс НИС «Академик Мстислав Келдыш».
Несмотря на множество технических недоработок в аппаратах «Мир», эта экспедиция была необходима, поскольку требовалось испытать ГОА в режиме цикла научных погружений. Ограничив рабочую глубину 4000 метров, что достаточно для исследовании в районе ТАГа, мы обеспечили безопасность работ, ибо насосы высокого давления, как показали испытания, отказывали на глубине 5000 метров.
Здесь, наверное, следует сделать отступление и рассказать о том, что же такое гидротермы, и совершить краткий экскурс в историю открытия гидротермальных полей на дне океана.
Все началось с открытий, которые пришлись на начало второй половины XX века. Когда-то предполагали, что на поверхности нашей планеты никаких движений континентов не происходит: они зафиксированы в том самом положении, в каком находились с момента рождения Земли. Во времена, предшествовавшие великим современным открытиям, ученые не располагали столь широкой информацией о строении дна Мирового океана, которая накоплена в последние полвека.
В 1953 году американские ученые Р. Дитц и Г. Менард опубликовали результаты картирования дна Тихого океана с помощью эхолота: на карту легли крупные протяженные структуры, возвышающиеся над уровнем океанского ложа и изобилующие разломами и сбросовыми уступами. В 1956 году американские ученые М. Юинг и Б. Хизен на основании многочисленных исследований сделали заключение, что океанское дно рассекают системы Срединно-океанических хребтов, которые опоясывают земной шар, имея общую протяженность около 80 000 километров, и возвышаются над ложем океана на 2–3 километра. В центральной части хребтов находятся осевые рифты (расселины, ограниченные сбросами). Глобальной системе срединно-океанических хребтов противостоит система глубоководных желобов, расположенных с внешней (океанической) стороны хребтов.
На базе этих открытий была разработана теория глобальной тектоники литосферных плит. Эта теория получила название вегенеровской революции – в честь геофизика Альфреда Вегенера, который еще в начале XX века высказал предположение о движении континентов. Согласно этой теории, твердая оболочка Земли – литосфера – разбита на несколько плит, которые перемещаются по вязкой астеносфере. Там, где плиты раздвигаются, происходит подъем к поверхности глубинного вещества и образование новой океанической коры. Раздвижение плит получило название спрединга. Скорость спрединга в различных районах океана разная: на Срединно-Атлантическом хребте она составляет 1–2 сантиметра в год, а в районе Восточно-Тихоокеанского поднятия достигает 18 сантиметров в год. Противоположный спредингу процесс (субдукция) происходит в районах океана, где плиты сходятся: одна из них погружается под расположенные по периферии глубоководных желобов участки земной коры, образуя зоны субдукции. Было установлено, что подъем вещества, нередко сопровождаемый вулканическими процессами, происходит в пределах внутреннего рифта в очень узкой зоне, около 2 километров. Эта зона, где и формируется новая кора, выражена в рельефе в виде осевого поднятия, по высоте редко превышающего 500 метров. С обеих сторон от осевого поднятия находятся узкие депрессии (понижения, впадины), где в результате спрединга образуются многочисленные трещины. Морская вода по трещинам устремляется в глубинные слои океанической коры и разогревается там до высокой температуры. Она взаимодействует с окружающими породами, насыщаясь различными химическими элементами. Разогретая масса, содержащая металлы, минералы и другие рудообразующие элементы, изливается в холодное придонное пространство и охлаждается. Присутствующие в этих гидротермальных излияниях тяжелые частицы оседают на дно, формируя сначала небольшие холмики, а затем настоящие горы, сложенные сотнями тысяч и миллионами тонн сульфидных руд с высокими концентрациями различных металлов: меди, цинка, железа, серебра, золота и др.
Дальнейшие сенсационные научные открытия были связаны с применением подводных обитаемых аппаратов. В 1976 году в районе Галапагосского рифта американские ученые, используя глубоководный буксируемый аппарат «Ангус», получили фотографии необычной донной фауны. Но еще до этого с научно-исследовательских судов, в том числе и отечественного судна «Дмитрий Менделеев», здесь производили измерения параметров водной среды и установили высокие значения теплового потока и аномальные концентрации метана и гелия в пробах придонной воды. В феврале – марте 1977 года в районе Галапагосского рифта состоялась первая экспедиция обитаемого аппарата «Алвин», принадлежащего Вудсхолскому океанографическому институту. Ее результаты были ошеломляющими. Ученые из иллюминаторов впервые увидели потоки теплой воды на глубине 2500 метров, струящиеся вверх из каждой расщелины, из каждого отверстия в морском дне.
Обилие жизни и разнообразие видов необычных животных потрясло подводных наблюдателей. Анализ придонной воды и представителей фауны, поднятых аппаратом «Алвин», показали, что на поверхности дна обитают хемосинтезирующие бактерии, которые составляют основу пищевых цепей гидротермальных животных.
Таким образом было подтверждено существование в океане явления хемосинтеза, открытого в конце XIX века русским ученым С. Н. Виноградским: образование органического вещества на дне океанов, при полном отсутствии солнечного света, осуществляется некоторыми видами бактерий из двуокиси углерода не за счет солнечной энергии, как при фотосинтезе, а за счет энергии, получаемой при окислении восстановленных неорганических соединений, которые выносятся гидротермальным флюидом из глубинных слоев океанической коры.
Когда было открыто явление хемосинтеза, полагали, что для образования первичного органического вещества в условиях полной темноты обязательно необходима высокая температура, стимулирующая метаболическую активность бактерий. Но несколько позже, в начале 80-х годов XX века, были обнаружены районы, в которых выхода горячих флюидов не наблюдалось, тем не менее они тоже были населены гидротермальными животными. Исследования этой необычной фауны показали, что носителями энергии в таких случаях служат сероводород и метан. На локальных участках дна благодаря хемосинтезу образуются специфические сообщества ранее не известных донных организмов, причем их поселения отличаются огромной биомассой: вместо обычных граммов – до 40–60 килограммов на квадратный метр. Большое разнообразие форм и видов животных, встречающихся в этом сообществе, зачастую их яркая окраска и высокая плотность поселения на небольшом участке дна создают впечатление настоящего оазиса на фоне редких рыб, морских звезд, губок, кораллов и других животных, эпизодически попадающихся на больших глубинах океана несколько в стороне от гидротерм.
Следующее очень важное открытие было сделано в 1978 году на Восточно-Тихоокеанском поднятии, в районе 21° с. ш. Из иллюминаторов аппарата «Алвин» ученые увидели черный дым, струящийся из «труб» на глубинах 2500–2600 метров. Если температура изливающейся воды на Галапагосском рифте не превышала 20 °C, то здесь она достигала 300–350 °C в жерле «курильщика» – так ученые назвали эти постройки, образовавшиеся в результате осаждения сульфидов металлов, которые были вынесены гидротермальным флюидом в виде черного облака взвешенных частиц. Во флюидах было определено высокое содержание сероводорода, а большие площади дна оказались густо населены гидротермальной фауной, близкой по своему видовому составу к фауне Галапагосского рифта.
В последующие годы (конец 70-х – начало 80-х) на дне океана была сделана целая серия открытий в районах, изобилующих гидротермами. Первые гидротермальные поля были открыты в Тихом океане, где скорость раздвижения литосферных плит гораздо выше, чем в Атлантическом и Индийском. Появилась гипотеза, что гидротермальные излияния на дне возможны только в районах с высокой скоростью спрединга литосферных плит, но это практически исключало наличие гидротермальных полей в Атлантике. Однако в 1985 году группа американских ученых, возглавляемая Питером Рона, подняла со дна Атлантического океана креветок, пахнущих сероводородом. Это было сделано в районе 26° с. ш. В 1986 году в этом районе с «Алвина» наблюдались мощные выбросы черного дыма из труб и гидротермальные сочения через осадки на возвышениях дна. Здесь ученые обнаружили целые креветочные рои, сплошь покрывавшие большие площади донной поверхности. Креветки были основным видом животных и еще в восьми, открытых позднее, гидротермальных районах Атлантики.
Надо отметить, что все открытия гидротермальных полей происходили по одной схеме. Сначала с борта какого-либо научно-исследовательского судна обнаруживались признаки выхода на поверхность дна гидротермальных растворов – либо по высоким концентрациям соответствующих химических элементов, либо по образцам поднятых со дна сульфидов или гидротермальных животных. Затем с помощью глубоководных буксируемых аппаратов, оборудованных видео- и фотоаппаратурой, гидрофизическими и гидрохимическими датчиками, искали на дне гидротермальные оазисы. Глубоководные обитаемые аппараты использовали на заключительном этапе, когда было необходимо детально исследовать районы, обнаруженные необитаемыми техническими средствами. Применять же обитаемые аппараты для поиска гидротермальных полей, занимающих, как правило, незначительные площади, совершенно нецелесообразно в связи с небольшим энергетическим запасом аккумуляторных батарей, малой скоростью передвижения аппаратов вблизи дна и ограниченностью обзора через иллюминаторы. Однако с конца 70-х годов гидротермальные поля стали изучать в основном с применением глубоководных обитаемых аппаратов. Все ГОА, существующие в настоящее время в мире, внесли весомый вклад в эти океанологические исследования. Наибольшее число открытий сделано с помощью аппарата «Алвин»; французскому «Нотиль» и японскому «Шинкай-6500» также принадлежит немало открытий в этой области.
Российские ученые начали изучение гидротермальных полей с погружений на ГОА «Пайсис-VII» и «Пайсис-XI». В июне – июле 1986 года была проведена первая экспедиция по гидротермальной тематике в район Курильской островной дуги под руководством А. П. Зоненшайна. В августе – декабре того же года под руководством А. П. Лисицына состоялась экспедиция на хребет Хуан-де-Фука и в бассейн Гуаймас Калифорнийского залива. С введением в строй аппаратов «Мир-1» и «Мир-2» возможности отечественных ученых значительно расширились. Имея эти аппараты, уже не приходилось выбирать районы с глубиной менее 2000 метров, как было в экспедициях с ГОА «Пайсис». В 1988–2001 годах НИС «Академик Мстислав Келдыш» с обоими «Мирами» на борту работал в 17 гидротермальных районах, причем некоторые из них «Миры» посетили по 2–3 раза. А на подводный вулкан Пийпа в Беринговом море, гидротермальное поле в Атлантике на 14°45 с. ш., грязевой вулкан Хаакон Мосби и хребет Вестнеза в Норвежском море аппараты «Мир» опускались первыми после их открытия с борта научно-исследовательских судов.