Лед, возникший в огромном центральном районе Восточной Антарктиды, чтобы дойти до моря, должен преодолеть по крайней мере 1600 км. Даже если бы лед двигался со средней суточной скоростью 30 см, на такое путешествие потребовалось бы 15—20 тысяч лет. По-видимому, движение происходит гораздо медленнее, так как скорость некоторых ледниковых языков, текущих заметно быстрее, чем материковые льды, составляет немного более 30 см в сутки. Возможно ли, что в Антарктиде есть лед, возраст которого достигает миллиона лет или более? Возможно. Пока, однако, мы должны ограничиться предположениями. Когда ученые закончат обработку обширных данных, собранных во время Международного геофизического года (1957-58 год), и проведут дополнительные наблюдения, мы получим ответ. Но уже и теперь ледниковые покровы начинают раскрывать секреты своего возраста.
Важную часть гляциологических исследований на ледниковых покровах Гренландии и Антарктиды составляет взятие образцов льда на больших глубинах от поверхности. Это делается при помощи колонкового бурения. Бур, приводимый в движение мотором, углубляясь в лед, вбирает в свою трубку столбик фирна или льда. Части столбика периодически отламывают и извлекают на поверхность, где их снова составляют вместе. Так получается сплошная колонка фирна и льда, начиная от поверхности и до глубины, на которую проник бур. Полные колонки, более 300 м в длину, были взяты из ледникового покрова Гренландии и из шельфового ледника Росса в Антарктиде. Недавно военные специалисты США испытывали термический бур, который, как полагают, сможет пройти через массу льда толщиной 3 км. Этот бур, тоже имеющий форму трубки, с помощью электрического тока растапливает лед со скоростью около 15 см в минуту. Талая вода отводится в резервуар в верхней части бура, где она находится до тех пор, пока бур не вынут из скважины, что делается каждый раз, когда столбик пробы достигает 3 м высоты. Конструкторы уверены, что бур сможет достать даже образец коренной подстилающей породы на станции Бэрд в Антарктиде. После предварительной проверки в полевых условиях пробы укладывают в сухой лед и отправляют в лабораторию для точных анализов.
Несколько проб, взятых в Антарктиде, было доставлено американским ледоколом «Глейшер» в Бостон, а отсюда на рефрижераторных машинах в Исследовательский институт для изучения снега, льда и вечной мерзлоты (СИПРЕ), расположенный около Чикаго, в 16 000 км от того места, где эти пробы были взяты. Водители машин, вероятно, думали, что перевозят пиво, мебель или телевизоры. Им и в голову не приходило, что в кузовах находится самый древний лед на Земле.
В 1961 г. СИПРЕ (SIPRE) был реорганизован в Исследовательско-инженерную лабораторию полярных районов (CRRIL) с центром в Хановере, штат Нью-Гэмпшир. (Прим. авт.)
В Гренландии можно различить годичные слои льда возрастом в сотни и даже тысячи лет. Они особенно четко выражены там, где под воздействием летних температур поверхность ледника подвергается таянию. После вторичного замерзания образуются ледяные корки. Затем они снова покрываются снегом. Эти корки выделяются среди остальных слоев своим строением, похожим на строение неталого фирна. Ученые СИПРЕ нашли, что лед, извлеченный в Гренландии с глубины 50 м, образовался из снега, выпавшего во время Гражданской войны в Америке. А где-нибудь ниже лежит слой, отложенный в Гренландии в то время, когда солдаты Вашингтона переносили мучительную зиму в долине Форж.
Но на большей части Гренландии и почти во всей Антарктиде лед не содержит пылевых прослоек. Не образуются там и корки льда, которые отмечали бы годичные слои, так как температура воздуха в этих районах всегда ниже точки таяния. В таких местах гляциологам трудно определить возраст льда, особенно если нет таких ориентиров, как слой 1912 года в северной Гренландии, которые можно использовать для внесения поправок в подсчеты.
Чтобы больше узнать о том, как снег превращается в фирн, а затем в лед, и определить возраст льда, на научных станциях и базах в Антарктиде и Гренландии были вырыты глубокие шахты. Благодаря им ученые могут исследовать, как меняются особенности фирна по мере увеличения его плотности и глубины залегания. Установлено, что, хотя во внутренних районах Антарктиды из-за низких температур таяния не происходит, все же летние и зимние слои отличаются друг от друга. Зимний снег, как правило, мелкозернистый и компактный, летний же снег грубозернистый, рыхлый. Кроме того, зимние слои несколько толще, чем летние.
Недавно на высоком холодном внутреннем плато Антарктиды, где температура опускается намного ниже 0°, были обнаружены очень тонкие ледяные корки. Это открытие вызвало недоумение. Считают, что корки возникли вследствие замерзания капель переохлажденного дождя или тумана при соприкосновении их с поверхностью льда или в результате таяния, вызванного непосредственно солнечной радиацией.
Советский гляциолог П. А. Шумский выдвинул интересную теорию происхождения этих корок. По его предположениям, они образованы лучами солнца, которые проникли вглубь вдоль вертикально ориентированных осей кристаллов снега и растопили эти кристаллы изнутри. Если теория Шумского окажется правильной, она позволит точно определять возраст льда, так как очевидно, что подобные корки не могли образоваться в течение долгой антарктической ночи, когда солнце отсутствует.
Лучшими шахтами для определения годичных слоев снега оказались те, которые были вырыты на месте прежних лагерей или баз, — материалы и оборудование, оставленные там в известное время, служат отправными точками для установления возраста слоя на стенках шахты. В шахте глубиной 7 м, заложенной летом 1958 года на шельфовом леднике Росса (там, где в 1939 году находился лагерь Бэрда Литл-Америка III), обнаружили машину, похожую на автобус. Адмирал Бэрд надеялся, что этот «снеговой крейсер» сможет доставить его партию в центр материка, но, обманув его надежды, он увяз в снегу и стал бесполезным почти сразу после того, как его сгрузили с корабля. Машина лежала на слое летнего снега 1939-40 года. Слои на стенке шахты показали, что потребовалось 10 лет, чтобы похоронить ее, и что в следующие 8 лет ее верхнюю часть засыпало снегом еще почти на 4 м. На стенках шахты видны все 18 годичных слоев; некоторые ограничены ледяными корками, а верхушка слоя 1947-48 года обозначена краской, отвалившейся с кузова машины.
Многие, вероятно, помнят, какой интерес вызвал «снеговой крейсер» во время его путешествия от Чикаго, где он был построен, до места его погрузки в Бостоне. Так как его ширина — около 6 м — была равна ширине некоторых дорог, по которым он проходил, он всюду блокировал движение. В восточной части Массачусетса он создал самую большую в истории этого штата пробку на дороге: десятки машин вытянулись за ним бесконечной линией. Тысячи людей выстроились вдоль обочин, желая взглянуть на чудище, на котором человек должен был с комфортом пересечь ледяные пустыни Антарктиды, возможно, до самого полюса. Теперь оно покоится на дне снежной шахты. Однако ему еще предстоит совершить свое последнее путешествие. Когда-нибудь часть шельфового ледника вместе с шахтой отколется и уйдет в море в виде огромного столового айсберга. Если к тому времени «крейсер» не будет извлечен из своей могилы, он несколько лет проблуждает вместе с айсбергом в морях, окружающих материк. В конце концов айсберг расколется, растает, а машина найдет себе последнее пристанище на дне Южного океана.
Ученые могут вычислить, какое количество воды содержится в слое льда и фирна. Следовательно, по видимым годичным слоям льда, а впоследствии и по образцам, извлеченным с самых больших глубин, можно будет определить ежегодное количество осадков. Данные о содержании воды используются также для определения приблизительного возраста проб льда с больших глубин, где распознать годичные слои трудно или невозможно. Работы, проведенные на станциии Литл-Америка V, показывают, что там среднее годовое накопление воды составляет немногим более 20 см. В соответствии с этим было найдено, что проба, взятая из скважины, заложенной в шельфовом леднике, на глубине 50 м, где фирн превращается в лед, относится к слою, образовавшемуся в начале XIX века. Подсчитано также, что вся толща льда, покрывающего шельф, была создана снегом, накопленным за 1225 лет, при условии, конечно, что ежегодное количество осадков все это время оставалось постоянным. В образце, взятом с большой глубины, обнаружены три прослойки, по-видимому, вулканического пепла. Вероятно, они относятся к средним векам, когда вулкан Эребус, который еще и теперь курится на другой стороне моря Росса, в 725 км от места, где были обнаружены прослойки, переживал период более сильных извержений.
Недавно начали широко использовать другой, более точный метод опознавания годичных слоев на большой глубине в ледниковых покровах. Во всей воде, выпадающей в виде осадков, — независимо от того, остается ли она водой или превращается в лед, — фактически весь кислород имеет атомный вес 16; с ним смешано очень небольшое количество изотопа кислорода, обладающего атомным весом 18. Отношение количества О18 к О16 зависит от температуры: чем ниже температура, тем меньше О18 содержится в воде или льде. Так, в Антарктиде и Гренландии в летнем снеге отношение О18 к О16 более высокое, чем в зимнем. Поэтому в тех частях ледниковых покровов, где поверхностное таяние и проникновение воды не нарушили первоначального соотношения изотопов кислорода, последнее осталось таким, каким было во время образования льда из снега. Отношение О18 к О16 в летних и зимних слоях льда, лежащих на больших глубинах, определяют спектрометром по пробам. Таким способом можно распознать годичные слои и вычислить возраст льда. Доктор Самюэль Эпштейн из Технологического института в Калифорнии установил годичные слои в пробе, извлеченной в Гренландии с глубины более 300 м.
Исследование слоев льда и фирна представляет интерес и для изучения истории климата Земли. Лед может дать важные сведения о главных сдвигах в циркуляции атмосферы и о путях распространения циклонов. Это позволит понять причины современных климатических изменений и, возможно, предсказать будущие изменения климата.
Годичные слои ледниковых покровов Гренландии и Антарктиды представляют собой хранилища продуктов атомного расщепления. Возраст снега, выпавшего на лед до 1954 года, можно установить, определив содержание в нем трития (тяжелого изотопа водорода). Но возраст снега, выпавшего после 1954 года, этим способом нельзя определить, так как тритий, выделившийся в результате взрывов водородных бомб, нарушил естественный баланс содержания трития в снеге. Однако тщательное изучение этих продуктов распада в снеге и фирне может дать ценные сведения относительно циркуляции атмосферы Земли со времени выпадения радиоактивных осадков, начиная со взрыва атомных бомб в 1945 году.
По мере того как бур проникает на глубину свыше нескольких сот метров, извлечение пробы становится все более трудным делом. Доставленные на поверхность пробы льда, освободившись от огромного давления, расширяются и крошатся. Освобождающийся газ, т. е. воздух, оставшийся во льду во время его образования и сжатый тяжестью выше лежащих слоев, тоже причиняет повреждения образцам, но представляет большой интерес — если его подвергнуть химическому анализу, он может помочь определить, каков был состав атмосферы в момент образования льда. Можно узнать, например, насколько наши фабричные трубы и выхлопные газы автомобилей увеличивают содержание углекислого газа в атмосфере; или ответить на вопрос, произошли ли за последние тысячелетия какие-нибудь естественные изменения в атмосфере, и если да — то какие.
Экспонаты, которые хранятся в музеях, дают нам сведения о жизни наших предков, даже первобытных людей, не имевших еще письменности. Мы знаем, во что они одевались и чем питались. Но никакие музеи не обладают образцами воздуха, которым эти предки дышали. Дышали ли Колумб, Эрик Рыжий и Карл Великий таким же воздухом, каким дышим мы? Кажется, дело идет к тому, что скоро Гренландия и Антарктида — эти гиганты-холодильники, оберегающие тайну истории земного климата, — дадут ответы и на такие вопросы.