Читай!
Дым на дне океана

Дым на дне океана

В статье дается описание глубоководных погружений аппаратов «Мир-1» и  «Мир-2» на трех гидротермальных полях Атлантического и Тихого океанов. Анализ научных результатов, основанных на прямых визуальных наблюдениях автора через иллюминаторы аппаратов, позволяет сделать вывод, что обитаемые аппараты являются уникальными техническими средствами, незаменимыми при проведении исследований аномальных явлений на дне океана.

В статье дается описание глубоководных погружений аппаратов «Мир-1» и  «Мир-2» на трех гидротермальных полях Атлантического и Тихого океанов. Анализ научных результатов, основанных на прямых визуальных наблюдениях автора через иллюминаторы аппаратов, позволяет сделать вывод, что обитаемые аппараты являются уникальными техническими средствами, незаменимыми при проведении исследований аномальных явлений на дне океана.

Автор: А.М. Сагалевич

Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН (Москва, Россия)

Ключевые слова: гидротермальное поле, глубоководный обитаемый аппарат, хемосинтез, флюид, гидроакустический маяк.

Работа выполнена в рамках государственного задания ФАНО России (тема № 0149-2018-0011).

Глубоководные обитаемые аппараты (ГОА) «Мир-1» и «Мир-2» (рабочая глубина 6000 м) в 2017 году отметили свое 30-летие. В течение этого периода времени было выполнено много различных глубоководных операций. Большой объем научных исследований был сделан на гидротермальных полях на дне океана. В данной статье в популярной форме изложено описание первых погружений ГОА «Мир» на гидротермальные поля Атлантического и Тихого океанов. Очень важным является изложение личных впечатлений автора, пилотировавшего один из аппаратов «Мир». Описание личных впечатлений, основанных на прямых визуальных наблюдениях автора через иллюминаторы аппарата, подтверждает концепцию важности использования обитаемых аппаратов для научных исследований океана. Прежде чем читатель погрузится на дно океана вместе с автором статьи, следует сделать краткий экскурс в историю и рассказать об этом уникальном явлении на дне океана — гидротермах.

Все началось с открытий, которые пришлись на начало второй половины ХХ 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 семьдесят лет.

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. Хейзен на основании многочисленных исследований сделали заключение, что океанское дно рассекают системы срединно-океанических хребтов, которые опоясывают земной шар, имея общую протяженность около 80 тысяч км, и возвышаются над ложем океана на 2–3 км. 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 ХХ 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 см в год, а в районе Восточно-Тихоокеанского поднятия достигает 18 см 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 км. Эта зона, где и формируется новая кора, выражена в рельефе в виде осевого поднятия, по высоте редко превышающего 500 м. 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. [1].

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 ХIХ 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 [2].

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 ХХ 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 неизвестных донных организмов, причем их поселения отличаются огромной биомассой: вместо обычных граммов — до 40–60 кг 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°С, то здесь она достигала 300–350°С 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, изобилующих гидротермами районов. 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 [3]. 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 Л.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 1988–2006 гг. НИС «Академик Мстислав Келдыш» с обоими «Мирами» на борту работал в 23-х гидротермальных районах, причем некоторые из них «Миры» посетили по 3–4 раза. А на подводный вулкан Пийпа в Беринговом море, гидротермальное поле в Атлантике на 14°45′ с.ш. (поле Логачева), грязевой вулкан Хаакон Мосби и хребет Вестнеза в Норвежском море аппараты «Мир» опускались первыми после их открытия с борта научно-исследовательских судов.

Черный курильщик и его обитатели. Рассказывает Анатолий Сагалевич.
Из фильма «Одиссея Миров». Производство видеостудии ИО РАН по заказу Музея Мирового океана.

Мое «открытие» гидротермали

Первая экспедиция с использованием ГОА «Мир-1» и «Мир-2» началась в феврале 1988 года. Судно «Академик Мстислав Келдыш» держало курс в Атлантику на гидротермальное поле ТАГ (26° с.ш.). Помимо российских ученых и подводников на борту судна были финские специалисты, которые помогали в обслуживании аппаратов и ремонтных работах, а также инженеры фирмы «Holming Elektronics» — они должны были ввести в строй гидроакустическую систему навигации по донным маякам, которая еще не была испытана на больших глубинах. В первых же погружениях аппаратов «Мир» выяснилось, что навигационная система не работает. Это создало много сложностей при поиске гидротермального холма. Напомним, что гидротермальное поле — лишь маленький оазис жизни на огромной площади дна, и найти его, не имея точной навигационной привязки под водой, практически невозможно. Есть еще один из вариантов поиска гидротермальных излияний — с помощью высокоразрешающего локатора, однако он тоже не работал. Оставались только визуальные наблюдения и надежда на удачу.

Мы сделали уже 15 погружений, но гидротермальный холм так и не появился в поле зрения «Миров». Да это и неудивительно: глубина, на которой находится искомый объект — 3600 метров; даже если аппарат уходит под воду в точке с известными координатами, его за два часа пути от поверхности до дна сносит течениями довольно существенно — иногда на милю и более. Поэтому, если нет определений по донным гидроакустическим маякам, аппарат приходит на дно, по существу, в точку с неизвестными для экипажа координатами. Однако и в такой ситуации нам удалось детально исследовать главные структурные элементы рифтовой долины.

Погружения строились по схеме, разработанной еще во время работы с «Пайсисами». В одном аппарате находились командир, борт-инженер и подводный наблюдатель. Такое сочетание давало возможность оптимально использовать время у дна: командир осуществлял профессиональное пилотирование, позволявшее наблюдателю обозревать исследуемые структуры со всех сторон, а борт-инженер обеспечивал проведение измерений, видеозаписей, фотографирование; в то же время подводный наблюдатель следил за выполнением научной программы погружения, направляя действия всего экипажа в соответствующее русло. В этом 15-м рейсе судна «Академик Мстислав Келдыш» участвовали ведущие морские геологи нашей страны: А.П. Лисицын, Л.П. Зоненшайн, Ю.А. Богданов, М.И. Кузьмин. Эта четверка подводных наблюдателей сформировалась еще во времена геологических исследований с ГОА «Пайсис». Их большой опыт позволял быстро определять район рифтовой долины, где в данный момент находится подводный аппарат, характер геологических структур и породы, их слагающие. Каждое погружение сопровождалось отбором большого количества геологических образцов, анализ которых на борту судна позволял установить их химический состав, время их формирования и т.д. Все это, даже при весьма приблизительном определении местоположения исследуемых структур, давало неоценимую по новизне научную информацию.

Работы на полигоне заканчивались. Оставалась еще маленькая надежда на последнее, 16-е погружение. Поработать на гидротермальном поле хотя бы в одном погружении очень важно. В составе экипажа ГОА «Мир-2» — командир Анатолий Сагалевич, борт-инженер Анатолий Благодарев и наблюдатель Георгий Черкашев. Перед нами стоит непростая задача: непременно найти этот небольшой кусочек дна, этот оазис жизни, который подобен живительному источнику в огромной песчаной пустыне, с той лишь разницей, что здесь пустыня — бескрайний простор океана, а сам оазис находится на глубине около четырех километров.

…«Глубина 3710 метров. Сели на дно, на склон вулканической постройки. Начали движение вверх по склону курсом 270°», — эти слова я передаю на борт судна по подводной гидроакустической связи, в просторечье — по подводному телефону. Следует ответ: «Понял. Работайте».

Идем вверх по склону небольшого холма, который сложен лавовыми излияниями причудливых форм: шарообразными базальтами, длинными трубами, разветвляющимися на множество более мелких (рис. 1). Такие формы изверженная горячая лава принимает при застывании в результате контакта с холодной придонной водой. Миновали вершину этого небольшого лавового сооружения. «Пока никаких признаков», — передаю наверх по связи. Если не выйдем на активную гидротерму, это еще не значит, что погружение прошло впустую: ведь научные наблюдения выполняются по маршруту постоянно — манипуляторы отбирают образцы пород, ведутся видеозапись и фотографирование, измеряются параметры водной среды. Однако все эти данные получат совсем иную окраску, если мы выйдем на «живую» гидротерму и проведем комплекс исследований непосредственно вокруг нее.

Рисунок 1. Склон вулканической постройки на ТАГе (глубина 3600 м).

По склону лавовой постройки спускаемся в ложбинку. На фоне осадка оранжевого цвета видим базальты, покрытые густым зеленым налетом. Этот налет говорит о том, что гидротермальный источник, возможно, расположен неподалеку. Встречаем первого вестника гидротермали — небольшой угорь, приветливо вильнув хвостом, поплыл вверх, приглашая нас следовать за ним (рис. 2).

Рисунок 2. Первый вестник гидротермального источника — угорь. Рядом — высокотемпературный зонд.

Теперь мы медленно поднимаемся вдоль склона, на котором уже нет массивных базальтовых шаров и труб. Их сменил мягкий осадок с желтой, оранжевой, красной, багряной окраской (рис. 3).

Рисунок 3. Охристый осадок на склоне гидротермального холма.

Появившиеся в поле зрения небольшие сульфидные постройки напоминают маленькие башенки высотой 30–40 см. А вот и теплая вода: просачивается сквозь осадок и устремляется вверх. Оказывается, здесь, на глубине 3700 метров, тоже «журчат ручьи», но только вода струится не вниз по склону, как на суше, а вверх, поскольку она теплее и легче придонной холодной воды. Нас как будто несет вверх, словно мы плывем по волнам этого струящегося ручья, играющего всеми цветами радуги в лучах светильников подводного аппарата. Увеличивается количество маленьких белых актиний, гурьбой снуют проворные угри, величаво ступает оранжевый краб (рис. 4).

Рисунок 4. Актинии — предвестники гидротермали.

Датчик температуры за бортом показывает +8,5°С, тогда как обычная температура на этой глубине около 0 градусов. Появляются отдельные креветки размером 3–4 см, затем их количество постепенно увеличивается до десятка, до нескольких десятков… И наконец вот оно — то, ради чего мы сюда стремились: первый черный дымок, пробивающийся сквозь осадок на вершинке маленького холма (рис. 5).

Рисунок 5. А вот и первые креветки.

Вывожу манипулятор и обрушиваю эту вершинку — черный дым поднимается вверх мощным потоком, заслоняя вид из иллюминаторов. Аппарат погружается во тьму, хотя внешние светильники включены. По-видимому, мы разрушили преграду, удерживавшую черный дым — частицы минеральной взвеси — под плотной коркой осадка. Продвигаемся немного вперед, выходим из кромешной тьмы и упираемся в склон, сплошь покрытый креветками, колышущимися словно ковер, сотканный из живых существ. Черные дымы прорываются сквозь него, создавая картину какого-то буйства. В этом смешении креветок и дымов все настолько динамично и непривычно для человеческого глаза, что возникает впечатление сплошного движения. Вокруг невозможно найти ни одного статичного участка — все дымит, колышется, ползает, плавает. Даже не верится, что все это происходит на глубине 3700 метров! (рис. 6)

Рисунок 6. Склон гидротермального холма с поселениями креветок и черными дымами.

Прошел уже час, как мы вышли на это удивительное место, но никаких действий пока не предпринимаем: в состоянии эйфории прильнули к иллюминаторам и, не отрываясь, наблюдаем за происходящим вокруг. Лишь Анатолий Благодарев щелкает тумблерами и кнопками, фиксируя все на видеомагнитофон и фотопленку. Да, будет что посмотреть нашим коллегам на борту судна, когда мы поднимемся на поверхность!

Вывожу манипулятор и пытаюсь отобрать образцы сульфидов, которыми был сложен холм. Но здесь полиметаллическая руда совсем свежая и горячая, а потому крошится в стальной клешне манипулятора, но все же часть ее попадает в бункер. Позже из разных мест на вершине этой гидротермальной постройки мы наберем полный бункер разноцветных образцов, которые после нашего всплытия заиграют на солнце, как драгоценные камни… А пока захватываю манипулятором сачок и пытаюсь загрести с поверхности дна как можно больше животных. Креветки поднимаются со дна и образуют вокруг аппарата густую живую массу. «Настоящий креветочный суп вокруг», — замечает Анатолий Благодарев. Позже мой друг биолог Лев Москалев скажет: «Поймали двадцать экземпляров креветок! Немного, но и немало!» (Значит, для детального изучения в лабораторных условиях достаточно.) Затем добавит: «Этих гидротермальных креветок называют “римикарис”. Они совсем не такие, каких мы употребляем с пивом, к тому же пахнут сероводородом». Успокаиваться рано, мы подняли представителей только одного вида креветок, а их здесь, как минимум, три. В 1991 и 1994 гг. мы снова будем работать в этих водах и наберем сотни креветок; среди них окажутся и недостающие два вида и еще два принципиально новых для науки, но эти первые двадцать — очень важны.

В своей первой экспедиции на ТАГ мы еще не имели того арсенала научного оборудования, которым снабжены ГОА «Мир» в настоящее время. Отбор животных производился довольно примитивным способом — сачками. Позже будут изготовлены различные средства пробоотбора, в частности всасывающее устройство «slurp gun», которое позволяет в двухлитровые емкости втягивать сотни креветок или других животных.

…Немного подвсплываем вверх, продвигаемся вперед и наталкиваемся на сплошную дымовую завесу. Это — вершина холма, на которой расположено несколько труб, из них под большим давлением вырывается черный дым. Беру в манипулятор длинную металлическую трубку, с датчиком температуры и подношу к одному из жерл — на табло монитора высвечивается +338°С. Здесь нужно быть аккуратным: если дымовая струя прямо из трубы попадет на пластиковый иллюминатор, он может расплавиться. Спустя несколько часов, уже на поверхности, мы обнаружим, что ограждение левого бокового двигателя аппарата, сделанное из твердого пластика, сильно обожжено и частично превратилось в настоящий уголь. Значит, где-то боком задели горячую струю дыма.

Смотрю на часы: два ночи. С поверхности мы ушли в 10 утра и до сих пор даже не вспомнили о бутербродах, которые всегда с большой заботой готовит судовой повар Николай Трущенков. Происходящее вокруг настолько захватило нас, что мы забыли обо всем земном. Периодически поступают запросы с «Келдыша»: «“Мир-2”, как дела?», на что следует краткий ответ Анатолия Благодарева: «Работаем». Осталось отобрать несколько проб воды и взвеси прямо из курильщика и произвести измерения на разных расстояниях от него. После этого можно всплывать. Выполнив последние операции на дне, немного поднимаемся, подходим к одной из труб, размещаем над ее жерлом измерительные приборы и очень медленно начинаем всплытие, работая боковыми двигателями, развернутыми вертикально, на малых оборотах. На экране монитора видно, как быстро меняется температура по мере удаления от источника: вот она уже остановилась на отметке 1,4°С, а вода стала совсем прозрачной.

* * *

Вот и закончилось мое первое знакомство с действующим гидротермальным полем. Конечно впечатления превзошли все ожидания. Впереди предстоит еще много таких погружений в различных районах океана, но это — первое — навсегда останется как «Мое открытие» гидротермали…

Мы еще дважды возвращались на поле ТАГ с аппаратами «Мир». Но эти экспедиции 1991 и 1994 годов проводились уже в ту пору, когда научные исследования — в отсутствие бюджетного финансирования — организовывались на средства, которые удавалось найти по соглашениям с зарубежными партнерами.

В 1991 г. основной целью экспедиции были работы с канадской фирмой IMAX на  «Титанике»; глубоководные съемки на гидротермальном поле ТАГ предполагалось провести на первом ее этапе. Попутно на ходу судна проводились научные исследования. В этой экспедиции принял участие американский ученый-геолог Питер Рона, который стоял у истоков открытия поля ТАГ, положившего начало целой серии подобных открытий в Атлантике. В одном из погружений 1991 г. была обнаружена и обследована огромная гидротермальная постройка, депозит сульфидных руд которой составляет 10 млн тонн (рис. 7).

Рисунок 7. ГОА «Мир-2» на самой большой реликтовой гидротермальной постройке — горé Мир.

На ней давно уже не дымятся черные курильщики, нет экзотической гидротермальной фауны, но ее вершину покрывает сплошной лес высоких труб охристого цвета — свидетельство того, что когда-то здесь бушевали черные дымы и ключом била необычная жизнь. Но она, как только иссякает приток горячего флюида, а на месте бывших гидротерм остаются холмы, хранящие большие запасы полиметаллических руд. Именно такой холм и был открыт в погружении с участием российского ученого Ю.А. Богданова и американского ученого П. Рона. Эта самая крупная из всех известных на дне океана гидротермальных построек получила название «Мир».

Несмотря на то, что гидротермальное поле ТАГ многократно исследовалось учеными разных стран с использованием различных глубоководных аппаратов, оно продолжает хранить множество тайн, и каждое погружение приносит новую информацию — весомый вклад в мировую науку.

Гидротермальное поле Логачева

В числе открытий гидротермальных полей, совершенных российскими учеными и впервые исследованных с подводных аппаратов «Мир», наиболее памятны и дороги нам два. О них следует рассказать подробнее.

Одно из гидротермальных полей было обнаружено учеными из Севморгеологии (Санкт-Петербург) в 1994 году на Срединно-Атлантическом хребте, чуть южнее 15° с.ш. Приборы, опущенные с борта НИС «Профессор Логачев», зафиксировали в этом районе высокотемпературные аномалии, со дна были подняты образцы гидротермальных пород — сульфиды металлов, а с помощью телеуправляемого аппарата сделаны фотографии черных дымов, вырывающихся из расщелины на океанском дне. Все это говорило о том, что открыто не известное ранее гидротермальное поле.

В феврале 1995 года судно «Академик Мстислав Келдыш» с «Мирами» на борту работало в 250 милях от этого гидротермального поля. Мы вели подводно-поисковые работы по заказу английской фирмы. После завершения одного из этапов работ на этом полигоне мы решили отступить от намеченной программы рейса и «сбегать» в район новооткрытой гидротермы. Переход занял около суток. При подходе к намеченной цели мы увидели на горизонте белое судно: оказалось, ученые из Севморгеологии пришли на своем «Логачеве» продолжить исследования. Связываемся с начальником экспедиции, договариваемся о встрече и отправляемся к ним на катере, спущенном с нашего судна. Геологи передают нам карты с точными координатами зафиксированных ими гидротерм, а мы делаем встречный шаг, предлагая взять их представителя в одно из погружений аппаратов «Мир». «Царский подарок!» — восклицает начальник логачевской экспедиции.

Ночью ставим на дно гидроакустические маяки для точной навигационной привязки «Миров» во время подводных работ, а на следующее утро, 23 февраля, начинаем погружения обоих аппаратов. Ход погружений обеспечивают два экипажа: наблюдатель — геолог Юрий Богданов, борт-инженер Дмитрий Войтов и я — командир («Мир-1»); наблюдатель Александр Ашадзе (Севморгеология), борт-инженер Алексей Федотов и командир Евгений Черняев («Мир-2»). Первый аппарат спускают на воду в 9 утра, и уже в 11:20 мы садимся на грунт на глубине 3100 метров. И, как обычно, начинаем движение вверх по склону. Здесь практически отсутствуют базальты, так широко развитые на гидротермальном поле ТАГ. На поверхности обнажаются черные и серые породы, проступившие из глубинных горизонтов земной коры. Местами они присыпаны осадками. Фауна довольно бедна. Встречаются редкие макрурусы, актинии, губки — нет и в помине того буйства жизни, которое мы видели в районах с активными гидротермами. На глубине 3020 метров склон становится круче, и невдалеке мы замечаем струящийся черный дым, но не поднимающийся вверх, а стелящийся по дну. Аппарат подходит ближе, и мы видим из иллюминаторов нечто вроде небольшой воронки, из которой валит мощный поток черного дыма; прижимаясь к донной поверхности, он уносится течением, направленным поперек склона (рис. 8). Это совершенно необычное явление, которого мы ранее никогда не наблюдали. Как правило, горячий флюид, выходя из жерла трубы, поднимается вертикально, поскольку он легче холодной придонной воды. «Видимо, это очень тяжелый флюид, а потому, несмотря на высокую температуру, он не бьет вверх, как в классических гидротермах, а стремится лечь на дно, — определяет Юрий Богданов. — Геологи из Питера подняли здесь ультраосновные породы, а это говорит о том, что флюид поднимается из глубинных слоев океанической коры и, возможно, из верхних слоев мантии». Юрий Александрович оказался прав: анализ пробы, взятой прямо из источника в специальный батометр, показал, что плотность флюида гораздо выше, чем плотность придонной воды.

Рисунок 8. Гидротермальный источник кратерного типа на поле Логачева.

Очевидно, мы наблюдаем новый, еще не описанный тип гидротермального источника [2]. Он отличается от ранее известных не только тем, что формируется, вероятно, в верхней части мантии и мигрирует через всю толщу океанической коры к поверхности дна, но и своим положением в рифтовой долине — не в осевой части хребта, как большинство других гидротермальных полей, а на краевом уступе рифта.

…«Мир-1», стойте на месте, мы сзади вас, снимаем ваш аппарат на видео, сейчас зайдем с другой стороны и сядем напротив», — раздается по подводной связи возбужденный голос командира аппарата «Мир-2» Жени Черняева. Конечно приятно услышать родной голос на дне океана и встретить собрата. Напомним: ведь мы — единственные в мире обладатели двух аппаратов на борту одного судна. Это дает неоценимые преимущества и в плане эффективности использования рабочего времени, и с точки зрения безопасности: при возникновении критической ситуации второй аппарат всегда может прийти на помощь — освободить от троса или сети, перекусить трос, намотанный на пропеллер и т.п. Практически всегда «Миры» работают в паре, т.е. совершаются два погружения в течение одного дня.

…Выключаем внешнее освещение и видим, как свет от второго аппарата перемещается относительно нас. Затем «Мир-2» садится напротив, по другую сторону воронки, и теперь видна только его часть и светильники, которые мелькают сквозь струящиеся потоки черного дыма. Наблюдатели обмениваются мнениями по поводу того, что происходит на дне. Пожелав друг другу удачи, аппараты расходятся в разные стороны.

Поднимаясь вверх по склону, мы встретили еще два черных курильщика со стелящимся по дну дымом. Животный мир не так богат, как в других гидротермальных районах: мы наблюдаем лишь отдельные экземпляры креветок и раков мунидопсисов. Но неожиданно перед нами открывается необычное зрелище: весь склон усыпан крупными, до 10–12 см, створками раковин. «Это створки мидий, — определяет Богданов, — возможно, дальше увидим и живых». Ждать долго не пришлось. На глубине 2940 метров выходим на гидротермальную трубу высотой около трех метров, из которой устремляется вверх столб черного дыма (рис. 9).

Рисунок 9. Поселения мидий на осадке, покрытом бактериальными матами.

«Вот это уже классика», — заключает Богданов, давая понять, что мы наблюдаем классический источник с нормальным, более легким, чем видели ранее, флюидом. Поверхность трубы этого курильщика сплошь покрыта закрепившимися на ней мидиями; количество креветок здесь заметно увеличилось, но исчисляются они лишь десятками экземпляров. Вокруг гидротермального источника заметны незначительные по плотности поселения голубых актиний размером в 3–4 см (рис. 10).

Рисунок 10. Отбор мидий сачком у основания гидротермального источника с помощью манипулятора ГОА «Мир».

Эпизодические посещения гидротермального поля на 2–3 дня не дают возможности провести научные исследования в полной мере, удается составить лишь общее представление. Конечно, последующий лабораторный анализ отобранных образцов пород и животных, позволят пролить свет на природу поля, определить источник жизнедеятельности населяющих его организмов. Но следить за развитием гидротермального поля во времени можно только на базе специального мониторинга, который предполагает существование долговременных донных станций с измерительными приборами и ловушками для сбора взвешенного в воде осадочного материала, а также постановку рядом с курильщиком видео- или фотоустановки, фиксирующей состояние биологического сообщества на этом гидротермальном поле. А через год-два — снова посещение этого поля и опять отбор образцов и проб с последующим их описанием — и так от зарождения до затухания активности гидротермы… Но об этом можно только мечтать: ведь и кратковременные исследования, подобные сегодняшним, — большая редкость.

Подводный вулкан Пийпа

Вторая гидротерма, открытая российскими учеными, совершенно не похожа на только что описанную. Их разделяет расстояние в 20 тысяч километров. Речь идет о подводном вулкане Пийпа в Беринговом море. О том, что в этом районе возможны гидротермальные излияния на дне, впервые узнали ученые Института вулканологии на Камчатке. С борта судна они обнаружили высокие температурные аномалии, а также подняли образцы гидротермально измененных пород. Исследования с аппаратами «Мир» проводились здесь в 1990 году, в 22-м рейсе судна «Академик Мстислав Келдыш»[4]. Всего было совершено 17 погружений, два из них предназначались для изучения гидротермальных источников. В первом «гидротермальном» погружении участвовали научный наблюдатель — биолог Лев Москалев, борт-инженер Дмитрий Васильев и я — командир экипажа.

…В 7 утра делаем последние предстартовые проверки готовности аппарата, загружаем обитаемую сферу всем необходимым: видеокассетами, теплыми вещами, термосами с чаем, коробочками с бутербродами, и уже в 9 утра садимся в аппарат. Закрываю люк, предварительно обработанный специальной смазкой. Начинается спуск аппарата с борта судна на воду: боцман Юрий Дудинский сосредоточен, управляя ручками крана и слушая по радиосвязи команды старшего помощника капитана Андрея Титова; матросы держат оттяжки, руками регулируя их натяжение таким образом, чтобы аппарат при выводе за борт не разворачивался, оставаясь в нужном положении относительно судна. «Мир» касается воды, затем уходят в воду иллюминаторы, и на палубу аппарата с резиновой шлюпки прыгает водолаз — он отцепляет механический захват, отсоединяя грузовой трос. Небольшой катер буксирует «Мир» на расстояние 80–100 метров от судна, тот же водолаз отсоединяет буксировочный трос, и мы свободны — аппарат автономно плавает на поверхности. Делаю последние проверки, уточняю, действует ли подводная связь с катером и судном, после чего получаю разрешение на погружение. Открываю клапана, через которые вода поступает в пластиковые емкости-цистерны главного балласта, придавая аппарату запас плавучести, близкий к нейтральному. Затем открываю клапана, регулирующие поступление воды в систему тонкой балластировки, и слышу по подводной связи голос командира катера Льва Симагина: «Ушли с поверхности». Постепенно меркнет дневной свет, и мы погружаемся в полную темноту. Включаем забортные осветители и наблюдаем через иллюминаторы как бы уходящие вверх частицы планктона… Горят индикаторные лампочки на панелях, мерно щелкает излучатель эхолота, экран которого покажет приближение дна. Что нас ждет на дне? Ведь здесь еще «не ступала нога человека», и мы будем первыми, кто воочию увидит проявления гидротермальной активности в этом еще не изученном районе.

Рисунок 11. Подводный вулкан Пийпа. Глубина 750 м. Поселения губок. Им составил компанию осьминог.

Аппарат опустился на дно, глубина 750 метров. «Сели на пологий склон, сложенный вулканическими породами. Наблюдается большая плотность поселений губок (рис. 11). Начинаем движение вверх по склону», — сообщаю на борт судна. «Сначала обследуем северную вершину, на которой вулканологи нашли аномалии, а если останется время — сбегаем на южную», — предлагает наш наблюдатель. Вулкан Пийпа имеет три вершины, и осмотреть две из них, находящиеся на расстоянии километра друг от друга, вполне позволяют возможности аппаратов «Мир». По ходу движения Лев Москалев называет виды встречающихся животных, визуально определяет примерную плотность их поселений. Наряду с губками попадаются ярко-алые альционарии, актинии, отдельные экземпляры рыб. Выходим на выположенный участок, покрытый белым налетом. Такое впечатление, будто недавно прошел снег, припорошивший землю тонким слоем. «Бактериальные маты, — комментирует Лев Иванович. — Это обширные поселения бактерий и явный признак того, что здесь через осадочные породы сочится метан» (рис. 12).

Рисунок 12. Бактериальные маты на глубине 400 м.

Поднимаемся выше и на глубине 400 метров выходим к уступу высотой 3,5 метра, сплошь покрытому бактериальными матами, которые напоминают белое полотно разной плотности, а порою просто порванное на части. К белому фону здесь добавились желтые и оранжевые оттенки, а площадь дна, устланная этим своеобразным живым полотном, — около ста квадратных метров. Проходим вдоль уступа и видим первый гидротермальный источник — зияющий проем в половину квадратного метра, из проема извергается поток уходящего вверх, теплого флюида. Рваные куски бактериальных матов, словно лоскуты материи длиной 20–50 см, свисают сверху и колышутся в его горячих струях… Мы все трое прильнули к иллюминаторам и, не отрываясь, наблюдаем это потрясающее зрелище. Мне оно напомнило костер с причудливыми формами пламени; на него можно смотреть часами, не замечая течения времени… Белые, ярко-желтые, оранжевые, серые обрывки бактериальных матов развеваются в бьющем из недр флюиде, раскачиваясь из стороны в сторону, вперед, вверх, стремясь оторваться и улететь вместе с потоком теплого вещества… Но время погружения не бесконечно, а впереди возможны и другие сюрпризы. Поэтому мы расстаемся с этим необычным явлением на дне и движемся дальше, вверх по склону.

Нам сразу попадается широкая полоса поверхности, сплошь покрытой ковром из мелких красных актиний (рис. 13).

Рисунок 13. Актинии, губки, горгониевые кораллы на глубине 400 м.

«Это тоже не просто так!» — восклицает Лев, давая понять, что такая высокая плотность поселения — следствие воздействия гидротермальных излияний. На глубине 380 метров сплошной ковер актиний сменяется совершенно белой, будто гипсовой, коркой, на которой не видно ни одного живого существа. Совершенно ясно, что это — мертвая поверхность, а не бактериальные маты. Проходим еще несколько метров и видим белую трубу высотой 1,5 метра, из которой, словно из газовой горелки, бьет под большим напором белая струя (рис. 14). Ввожу в жерло температурный зонд, на экране монитора высвечивается цифра +110°С (в черных курильщиках температура варьирует в пределах 320–400°С). Позже, на борту судна, будет сделан анализ геологических образцов, отобранных нами около этого белого курильщика. Он покажет, что здесь преобладают химические соединения кальция и бария, которые и покрывают поверхность дна вокруг гидротермального источника. У подножия трубы обильно выделялись пузырьки газа. «Здесь должен быть метан, — говорит Лев Иванович, — а если есть метан, то, возможно, встретим и калиптоген — гигантских двухстворчатых моллюсков, размеры отдельных видов которых достигают двадцати сантиметров. Впрочем, в таких северных широтах их пока никто не находил».

Рисунок 14. Гидротермальный источник, выносящий из недр белое вещество.

Наш наблюдатель был прав: лабораторный анализ отобранной пробы газа показал, что основу газовой смеси составляет метан (80,6%), а при обследовании второй, южной вершины вулкана Пийпа, которое проводилось в том же погружении, мы обнаружили и калиптоген. Их поселения располагались вдоль трещин, присыпанных слоем зеленовато-серого осадка, однако в этом месте никаких активных гидротермальных излияний визуально отмечено не было. Вероятно, здесь энергетической основой для хемосинтеза служат высачивания флюида, содержащего метан.

Подобные картины, в которых не наблюдается явных проявлений гидротермальной активности в виде черных курильщиков или муаровых излияний, но присутствует гидротермальная фауна, мы встречали и в других районах — в подводном каньоне Монтерей у побережья Калифорнии, на Сонорском склоне бассейна Гуаймас в Калифорнийском заливе. Там тоже, как и на вулкане Пийпа, основной вид гидротермальной фауны составляют калиптогены, а энергетической базой для хемосинтеза служат сочения метанового флюида.

* * *

Вот и закончились наши увлекательные путешествия на дно Атлантики и Тихого океана. И это лишь небольшая часть того огромного объема исследований, которые были проведены нашими учеными на гидротермальных полях. Практически невозможно провести столь детальные и многообразные исследования без применения обитаемых аппаратов. Здесь ученый практически сливается с природой океана, участвует в процессах исследований и управляет этим процессом. И конечно ни один подводный робот или телеуправляемый аппарат не заменит эмоциональной составляющей, которая является важнейшей компонентой визуальных наблюдений, ведущей ученых к потрясающим открытиям в глубинах океана.

Список литературы

Богданов Ю.А., Сагалевич А.М. // Геологические исследования с глубоководных обитаемых аппаратов «Мир» // М., Научный мир, 2002, 270 с.
Биология гидротермальных систем / отв. ред. Гебрук А.В. / М., ИО РАН, 2002, 543 с.
Сагалевич А.М. Океанология и подводные обитаемые аппараты // Методы исследований // М., Наука, 1987, 256 с.
Sagalevich A.M. // «Mir» submersibles in science and technology // Marine Technology Society Journal, 1996, v. 30, N 1, pp 7–12.