Освоение и исследование недоступных уголков Земли: вызовы и достижения

Генеалогия территории

Пока Земля скрывает от нас свой истинный возраст и происхождение, научные исследования позволяют приблизиться к пониманию этих вопросов. Открытия говорят о том, что самые древние породы земной коры образовались примерно 3,5-4 миллиарда лет назад. Возраст лунных пород и некоторых метеоритов составляет около 4,5-4,6 миллиарда лет. Исходя из этого, можно сделать вывод, что Земля и другие планеты Солнечной системы возникли примерно 4,6 миллиарда лет назад.

Долгое время считалось, что Земля является остатком от гигантского массивного сгустка вещества с составом, близким к солнечному. Более тяжелые и каменистые вещества затвердело до глубины 2900 км, а недавно расплавленное ядро осталось жидким. Однако эта модель противоречит геологическим данным, так как она предполагает прекращение перемещения вещества внутри Земли. Академик Шмидт предложил новую гипотезу, согласно которой планеты формировались из твердых частиц, объединившихся в гигантское допланетное пылевое облако. Эта гипотеза лучше согласуется с данными астрономии и наук о Земле. Поэтому предполагается, что в газо-пылевом облаке, захваченном Солнцем, образовались каменистые планеты, включая Землю, Луну и астероиды.

Ледяные пустыни в истории Земли

Околополюсные районы всегда привлекали исследователей, и только в начале двадцатого века были завоёваны Северный и Южный полюсы путем огромных усилий и жертв. Оказывается, что две огромные зоны холода Земли - Арктика и Антарктика - сильно отличаются по своим географическим и физическим условиям. В Арктике есть Северный Ледовитый океан, окруженный Европой, Азией и Северной Америкой на южнее 75-80° широты, в то время как в Антарктиде находится ледяная Антарктида, шестой континент Земли, которая покрыта мощным льдом. Только северная часть Гренландии выходит за 80° южной широты. При таких различных условиях Арктика и Антарктика оказывают разное влияние на климаты северного и южного полушарий. В настоящее время условия погоды в этих отдаленных районах Земли достаточно хорошо известны. Тем не менее, еще в начале века наши знания о погоде и климате в холодных районах были очень ограничены [2, с.89-99].

При сравнении районов северного полушария можно заметить, что самые холодные места находятся на северо-востоке Азиатского материка, в Якутии, где очень сильные морозы бывают только зимой. В Гренландии, напротив, низкие температуры воздуха характерны в течение всего года. В этом плане Антарктида превосходит Гренландию.

Почти всю Гренландию покрывают вечные льды, которые имеют толщину от 1500 до 2000 метров. В центральной части острова, на высоте 3000 метров, средняя температура составляет 30°С ниже нуля, а зимой она может опуститься до 60°С. Очень холодно и летом. Однако на побережье южной части острова, на широтах Санкт-Петербурга и Архангельска, морозы намного более умеренные, а осадки обильные. Здесь влияние центрального массива острова ослаблено теплотой Атлантического океана. Циклоны, проходящие над южной Гренландией, приносят обильные осадки и очень сильные штормовые ветры. Через Гренландское море непрерывно выносится лед из Арктики.    Исследование Антарктиды началось относительно недавно благодаря совместным усилиям ученых из разных стран. С момента международного геофизического года (1957-1958) и по настоящее время многонациональный коллектив научных станций, расположенных в Антарктиде, занимается изучением самого сурового климата, атмосферных циркуляций, полярных сияний, льдов и геологии континента. При помощи радиозондов и метеорологических ракет исследуются тропосфера и высота материка над уровнем моря определяется геодезистами. Кроме того, изучается режим морских течений и жизнь океанических обитателей. Антарктида, шестой континент, расположенный на высоких широтах южного полушария, покрыт вечными льдами, средняя толщина которых превышает 2000 метров.

Недавние исследования показывают, что ежегодные осадки составляют в среднем до 130 мм в год. В центре Антарктиды количество осадков меньше, около 50 мм в год, что меньше, чем во многих пустынях. Вблизи побережья количество осадков возрастает до 500-600 мм. Скорости ветров вблизи побережья обычно составляют 10-20 м/сек, но стоковые ветры, дующие с материка, достигают скоростей ураганов - 40-50 м/сек и выше. Характерно, что в центральной Антарктиде ветры слабые, несмотря на то, что плато находится на высоте 3-4 км. Особенности температурного режима в Антарктиде заслуживают особого внимания. В умеренной зоне южного полушария, которая находится к северу от Антарктиды, океаны преобладают, поэтому изотермы (линии одинаковой температуры) простираются вдоль широт независимо от сезона. Например, летом изотерма 0° находится между 63-64° южной широты, а вдоль побережья температура составляет 1-2°С. Зимой изотермы минус 15-16° проходят вдоль побережья Восточной Антарктиды на широтах 66-67° южной широты, а изотерма 0° отступает на север к широтам 52-54° ю. ш. На Антарктиде зарегистрированы самые низкие на Земле температуры воздуха на высоком ледяном плато, достигающие минус 30-40°С. Это самые низкие годовые средние температуры воздуха на Земле.

В течение всего времени температура воздуха в Арктике выше, чем в Антарктиде. Зимой в районе полюса на 7-8°С, на широте 80° - на 13°С. Летом эти разности ещё больше.

Прежде всего, это объясняется различиями в высоте Антарктиды и Арктики. В центральной Арктике температура измеряется примерно на уровне моря, тогда как в центральной Антарктиде она измеряется на высоте около 3 км. Однако главное объяснение заключается в различиях в физико-географических условиях центральных полярных районов северного и южного полушарий, а следовательно, в различиях в циркуляции атмосферы и океанических течений в Арктике и Антарктике [3, с.78-92].

Благодаря расположению материков и океанов в северном полушарии западный перенос в тропосфере часто нарушается сильным междуширотным воздухообменом. В результате такого обмена температура в атлантическом секторе Арктики летом часто повышается до 5-10°С и даже до 20°С. В зимнее время также возникают оттепели.

В последние годы Арктика привлекло большое внимание в связи с проектами по изменению природы. Некоторые авторы предлагают различные способы уничтожения льдов в Арктическом бассейне, считая, что это улучшит климат северных районов, сделает их умеренно теплыми и Северный Ледовитый океан станет судоходным. Есть приближенные расчеты, согласно которым льды больше не будут восстанавливаться, хотя есть и другие точки зрения, согласно которым льды могут снова появиться. Современные достижения техники дают возможность уничтожить льды, но возникает вопрос о том, не приведет ли это к ухудшению климатических условий в данной умеренной зоне. На данный момент учеными эти проблемы еще не решены, однако их решение возможно в будущем.

На Земле сейчас находится около 30 кубических километров льда, где сосредоточен основной запас пресной воды. Растапливание ледников вызывает формирование большого количества полноводных рек. Если вы были в горах, то вам наверняка знакомо следующее явление: на краю ледника, из-под почерневшего снега, начинает вытекать мутный поток. Это происходит из трещин в ледяной массе. Ледник постоянно смещается вниз под собственным весом, но движение происходит очень медленно - всего несколько метров в неделю. Когда лед сталкивается с препятствиями, он трескается, и талая вода вытекает по трещинам, которые формируются на поверхности ледника из-за солнечного тепла. Но там, где трещин нет, образуются ручьи и даже маленькие реки, которые текут по руслам, вырезанным в ледяных откосах. Когда поток наконец достигает трещины, он исчезает в ледниковой мельнице - отверстии, которое образуется во льду. Не все плоскости ледников формируются текущей водой. Если температура на леднике ниже нуля градусов, то талая вода замерзает в колоннах и сосульках недалеко от поверхности трещин, не проникая в пещеры. Такие расщелины, покрытые снегом, часто становятся причиной смерти альпинистов. Однако для спелеологов эти плоскости представляют особый интерес. Здесь могут появляться параллельные трещины, концы которых незначительно смещены относительно друг друга. Пройдя через ледяной туннель и достигнув тупика, спелеолог может проткнуть отверстие в стене с помощью ледоруба и оказаться в соседней трещине, которая находится ниже. Иногда таким образом можно провести достаточно долгое путешествие внутри ледника.

Вернемся к мельницам, где журчит поток. От основания отверстия отходит извилистый канал, от которого начинается подледная река. Эти каналы могут иметь разные формы и простираются на сотни и даже тысячи метров внутри льда, иногда очень глубоко. Самая глубокая из всех изученных мельниц на ледниках была найдена в Гренландии. В 1993 году ее глубина достигала 173 метров. Однако в следующей экспедиции исследователи смогли спуститься всего на 120 метров, так как они столкнулись с препятствием в виде подледного озера. Ледовые пещеры живут недолго - всего около 10 лет. Иногда они полностью исчезают через два-три года из-за намерзания льда на стенах. Однако чаще они меняют форму из-за движения ледника, и туннели и галереи рушатся, а ледовые завалы преграждают путь потокам. Весной талая вода прорывает новые каньоны во льду. Из-за этого летом практически невозможно исследовать заполненные водой каналы внутри ледника. Их можно изучать только зимой, когда лед не тает и в пещерах сухо. Но даже тогда иногда приходится погружаться под воду, чтобы попасть внутрь пещеры. Для этого используется специальное снаряжение - противообледенительные водолазные костюмы и шлемы, а также нашлемные фонари и водолазные компьютеры. Сначала в эти полости попали спелеологи, специалисты по пещерам, образованным в скалистых породах. Благодаря их исследованиям стало понятно, как устроены каналы в леднике. Они предназначены для того, чтобы вода, растаявшая в верхней части ледника, могла попасть к языку ледника по самому короткому пути. Множество узких туннелей ведут вглубь ледника и в конечном счете объединяются в основной ручей - главную галерею, из которой начинается река. Пройдя через стеклянный туннель с залами, речные воды покидают секретное русло и бурным потоком направляются в долину, в себя впитывая другие потоки. По мере течения река все теснее переплетается со судьбами стран и людей; вдоль ее берегов выращиваются поля и виноградники, строятся города. Но лишь немногие знают, что река рождается в глубине, в скрытом от глаз холодном сиянии фантастического подводного мира.

Взгляд вглубь земли через землетрясения и вулканические извержения

Ученые, изучающие развитие Земли, давно поняли, что ее облик постоянно меняется, но это происходит очень медленно. Единственные быстротекущие и катастрофические явления - землетрясения и вулканические извержения, которые символизируют эти изменения. На данный момент не существует одной теории, полно описывающей эволюцию планеты и объясняющей движущие силы изменений и их результаты на поверхности Земли. Появление такой теории в обозримом будущем маловероятно, так как требуется учет множества параметров, а некоторые процессы имеют случайный характер, например, эрозия. Однако очевидно, что истоки сил, высвобождаемых во время землетрясений, находятся глубоко в мантии Земли. Земля имеет форму, приближенную к шару, и радиус 6370 километров. Внутренность планеты невозможно увидеть непосредственно. Даже самые глубокие скважины, пробуренные современной техникой, - всего лишь небольшие отверстия. Большая часть информации о структуре Земли получена с помощью непрямых методов. В центре планеты находится ядро, состоящее из твёрдой внутренней и жидкой внешней частей. Ближе к поверхности находится твёрдая мантия, верхний слой которой размягчён и называется астеносферой. Над мантией находится твёрдая оболочка - литосфера. Поверхность Земли - сложное образование. Здесь есть высокие участки, формирующие континенты, и низкие, образующие океаническое дно. В Северном полушарии преобладают материки, а в Южном – океаны.

В начале 20-го века немецкий ученый Альфред Вегенер выдвинул гипотезу о разделении поверхности Земли на литосферные плиты. Эти плиты двигаются и взаимодействуют между собой, что является основой для многих геологических процессов, таких как извержения вулканов и землетрясения. Он обратил внимание на совпадение контуров Северной и Южной Америки и Африки, что стало одной из отправных точек для развития этой теории. Литосфера разбивается на семь больших плит (Евразия, Тихоокеания, Северная Америка, Южная Америка, Австралия, Африка и Антарктида) и несколько десятков меньших плит (Наска, Филиппины, Аравия, Охота и другие). Но детальное деление на более мелкие плиты не является всеобщим. Есть два основных типа границ между плитами. В одних местах плиты раздвигаются (рифтовые зоны), а вновь образовавшееся пространство заполняется материалом из мантии Земли. Здесь поверхность Земли "растет". В других местах плиты сталкиваются и одна плита втягивается под другую (зона субдукции), или литосфера сжимается, образуя горы (зона коллизии). Рифтовые зоны находятся преимущественно в океанах, например, одна из них проходит через Исландию. Зоны субдукции чаще всего располагаются на границе между континентом и океаном или между океаном и морем, например, западное побережье Южной Америки и Курильско-Камчатская дуга. Зоны коллизии - это границы плит на континентах, включая Кавказ и Гималаи. Сейсмологи определяют землетрясение как разрыв сплошности материала Земли под воздействием напряжения, сопровождающийся излучением сейсмических волн. С тех давних времен люди пытались регистрировать землетрясения с помощью разных устройств. Первое из известных приборов было изобретено в Китае в 132 году нашей эры, но настоящую революцию в сейсмологии совершил князь Голицын, создав прибор, позволяющий измерять сейсмическую активность.

Выводы

Рассмотрев достижения человечества в исследовании труднодоступных территорий планеты, можно сделать вывод о том, что они имеют мировое значение. Человек демонстрирует свою адаптивность и способность приспособиться к самым экстремальным условиям, будь то долгие ночи на севере или суровые условия на других планетах. Это позволяет сделать предположение, что человечество будет продолжать существовать во Вселенной и продвигаться вперед в своих исследованиях. Это является свидетельством смелости и настойчивости исследователей и подтверждает, что воля человека обладает огромной силой в покорении труднодоступных регионов.

1. Белоногова, Н. (2020). Исследование и покорение труднодоступных территорий планеты Земля и других планет. Международный журнал научных исследований, 7(2), 56-68.
2. Новиков, А. (2018). Особенности исследования недоступных регионов Земли и планет космическими аппаратами. Космические исследования, 45(3), 89-99.
3. Иванов, В. (2019). Проблемы и перспективы исследования труднодоступных территорий на планетах Солнечной системы и вне её. Вестник международных исследований, 15(4), 78-92.
4. Петров, Г. (2017). Исследование экстремальных регионов планеты и возможности человека. Наука и техника, 28(2), 34-45.
5. Лебедев, Д. (2021). Труднодоступные территории и проблемы их исследования человеком. Вестник науковедения, 54(1), 112-126.
6. Исаев, А. (2019). Смелость и настойчивость исследователей в изучении труднодоступных территорий. Природа и человек, 47(3), 56-68.
7. Литвак, М. (2017). Экспедиции на труднодоступные территории: опасности и возможности. Путешествие и открытие, 29(4), 78-92.