Глубоководные районы мирового океана, пожалуй, одни из самых таинственных мест на Земле. За все время существования продвинутых технологических аппаратов у ученых океанологов так и не получилось перейти к регулярному масштабному изучению больших глубин. Несмотря на ежегодные миссии, мировой океан изучен всего на 2-5%. Возможно, 2021 станет поворотным для глубоководных исследований благодаря одному из проектов, американской подводной лаборатории «Элвин», которой на самом деле уже более полувека от роду. А вот российские достижения в этой передовой сфере пока рискуют отойти еще дальше в прошлое.
Белая подводная лодка
В начале марта 2020 года блестящая белая подводная лодка поднялась на поверхность недалеко от побережья Северной Каролины после 7 часов на глубине сотен метров под водой. Пилот подводной лодки и двое ученых-океанологов только что вернулись после сбора образцов вокруг места выхода метана. Это было завершающее погружение подлодки «Элвин» в месячной экспедиции, во время которой команда отправилась из Мексиканского залива на восточное побережье, чтобы исследовать массивный глубоководный коралловый риф.
Для Брюса Стрикротта, главного пилота «Элвина» и руководителя экспедиции, такого рода миссии на дно мира — обычная часть жизни. С тех пор, как он впервые начал работать над «Элвином» в качестве инженера почти 25 лет назад, Стрикротт провел более 2 тысяч часов в океанских глубинах, где научился умело ориентироваться в инопланетном ландшафте морского дна и исследовать образцы с помощью тонких роботизированных рук подводной лодки. «Элвин» совершает десятки погружений на морское дно каждый год, но миссия по утечке метана этой весной стала важной вехой в карьере Стрикротта как исследователя: это было последнее погружение на такую «небольшую» глубину.
После окончания экспедиции «Элвин» прошел серьезную модернизацию в Океанографическом институте Вудс-Холла в Массачусетсе. Когда реконструкция батискафа завершится, легендарное судно будет входить в число самых оснащенных глубоководных аппаратов в мире. Следующей осенью «Элвин» снова выйдет на воду под руководством Стрикротта для погружения в траншеи недалеко от Пуэрто-Рико. Во время этого путешествия он вместе с командой океанографов и наблюдателей ВМС США опустит подводную лодку на 6,5 тысяч метров — гораздо глубже, чем когда-либо прежде.
В декабре 2020 года Стрикротт и небольшая команда из Вудс-Хоула рассказали о ходе модернизации «Элвина» на ежегодном собрании Американского геофизического союза, которое проводилось дистанционно из-за пандемии. Пожалуй, наиболее важным усовершенствованием стали новые титановые балластные сферы и герметичное отделение, которое позволит подводной лодке перевозить до трех человек на глубине более 6 километров под водой. Одно только это обновление увеличит максимальную способность погружения лодки более чем на 1,5 километра и сделает около 99% океана доступным для исследования.
В зону хадаль
Два соединенных рычага для забора проб (с обновлением появится и третий) выходят из передней части сферы экипажа «Элвина» и используются для закачивания в корабль до 226 килограмм океанических материалов и проб. В рамках модернизации судно получит более мощные двигатели, набор сложных систем визуализации и акустическую систему передачи, чтобы его пассажиры могли по беспроводной связи отправлять изображения и метаданные со дна океана на поверхность.
Чтобы модернизировать подводную лодку, инженерам пришлось разобрать ее до металлического каркаса. Это уже привычная процедура для «Элвина», который раз в пять лет разбирается до гаек с болтами, даже если не запланировано никаких серьезных обновлений.
Адам Соул, главный научный сотрудник по глубоким погружениям в Вудс-Хоул, рассказал научно-технологическому интернет-изданию Ars Technica, что именно это скрупулезное внимание к деталям помогло «Элвину» пережить более чем 5 тысяч погружений. «Но, к сожалению, ничто не гарантирует стопроцентную безопасность: случалось и такое, что наше детище было буквально на волосок от гибели», — вспоминал Соул.
Всего через несколько лет после того, как «Элвин» был введен в эксплуатацию, технические сложности на корабле-носителе привели к тому, что подлодка упала в океан и начала тонуть с тремя членами экипажа внутри. Людям чудом удалось спастись, но на то, чтобы вытащить «Элвина» со дна океана, потребовался год.
Подлодка честно служит уже шесть десятилетий, но из-за регулярных разборок и переоборудования у нее не осталось почти ничего общего с первоначальной версией, кроме названия. Если вспомнить античность, то можно провести аналогию с кораблем Тесея, в котором доски корабля вырывались и заменялись одна за другой, пока не осталось ничего от оригинала.
До последней реконструкции «Элвин» имел доступ лишь к двум третям морского дна. Теперь возможности подводного судна и исследователей гораздо больше. После того, как весной инженеры из Вудс-Хоул нанесут последние штрихи, «Элвин» пройдет тщательную проверку и сотни испытаний, чтобы подготовиться к первому погружению на глубину 6,5 тыс. м.
В сентябре следующего года «Элвин» будет доставлен в Пуэрто-Рико, где начнутся первые «мокрые» испытания. Особую угрозу для пассажиров могут создавать вредные газы, возникающие в результате жизнедеятельности подлодки. В течение недели «Элвин» и пассажиры будут погружаться все глубже, добавляя примерно по 500 метров в день. К концу недели подводная лодка достигнет максимальной глубины и коснется морского дна в траншеях у побережья Пуэрто-Рико. Если никаких трудностей не возникнет, военно-морской флот официально разрешит «Элвину» проводить регулярные экспедиции с экипажем в течение следующих пяти лет.
Экспедиция в Пуэрто-Рико будет первой попыткой «Элвина» погрузиться в зону хадаль (или ультрабиссаль): самую глубокую — глубже 6 тыс. м и наименее изученную область океана. Зона эта темная и холодная, с давлением в 1000 раз выше, чем на поверхности. Жизни там почти нет: некоторые виды рыб могут существовать на глубине до 8 тыс. метров, но в самых дальних областях зоны хадаль обитают только беспозвоночные и микроскопические организмы. И эти самые глубокие места океана все же останутся для американского батискафа недоступными.
В целом хадальные траншеи в мире по площади больше, чем Австралия, но ученые только начали изучать, что скрывается на таких глубинах. Зона хадаль находится от 6000 до 11000 метров под поверхностью воды, и только четыре человека в истории добрались до дна.
Самое глубокое место в океане, известное как Марианская впадина, приняло первых посетителей в 1960 году и больше не исследовалась до последнего десятилетия. Тогда сначала режиссер Джеймс Кэмерон в 2012-м, а затем в 2019 году бизнесмен и путешественник Виктор Весково совершили самостоятельные погружения на дно подводной пропасти. «Элвин» станет одним из немногих кораблей с экипажем, способных опуститься на такую глубину. Чтобы добраться до дна Марианской впадины, надо проделать вертикально вниз путь длиной почти 11 км.
Зачем исследовать океан
Сейчас все океанологи гонятся за изучением морского дна, прежде чем оно будет непоправимо повреждено деятельностью человека. Характерно, что если предыдущие исследования упомянутой Марианской впадины (включая траловые, в т. ч. советского судна «Витязь») приносили улов в виде экзотических обитателей дня и образцы грунта, то Виктор Весково поднял оттуда среди прочего пластиковый пакет и обертки от конфет.
Глубокий океан поглощает значительное количество углекислого газа и тепла Земли, но этот процесс плохо исследован. Пока неясно, как рост температуры и вредных выбросов повлияет на него, поэтому сбор данных со дна океана сегодня будет иметь решающее значение для понимания того, что делать в непредвиденных ситуациях в будущем.
«Наши знания об этой глубинной зоне минимальны», — сказал Стрикротт на собрании географического союза. — «Мы можем рассчитывать на открытия новых видов и новых процессов почти каждый раз, когда мы отправляемся на эти только недавно недоступные глубины».
Но морское дно таит больше, чем просто знания. Это кладезь ценных металлов, таких как кобальт и марганец, которые используются в нашей электронике. Вполне возможно, что на морском дне этих металлов даже больше, чем на суше. Компании, занимающиеся глубоководной добычей полезных ископаемых, уже проводят разведочные работы, чтобы подготовиться к добыче этого ценного сырья в крупных масштабах. Но нынешние подходы к глубоководному промыслу невероятно разрушительны, и пагубные последствия этой деятельности для экосистемы до конца не изучены. Под руководством ООН Международный орган по морскому дну все еще разрабатывает нормативную базу, которая должна будет держать глубоководную золотую лихорадку под контролем. Главное, чтобы ученые успели получить достаточно данных до того, как капитализм захватит морское царство.
«В целом я думаю, что очень важно добраться до глубин океана, чтобы узнать больше о биоразнообразии. Невозможно управлять ресурсами и защищать окружающую среду, если вы не знаете, что там находится», — сказал Стрикротт.
Без человека никуда
Наверное, разумно будет задаться вопросом, почему Вудс-Хоул, Национальный научный фонд, ВМС США и их многочисленные сотрудники хотят потратить все время и усилия на то, чтобы привести в порядок 60-летнюю подводную лодку. В наши дни обновление транспортного средства обычно означает его оптимизацию до автопилота. Оказалось, что исследователи глубин океана все время используют автономные и дистанционно управляемые подводные лодки, которые могут изучать океаническое дно за небольшую часть бюджета проекта «Элвин» и без риска для жизни человека. Почему бы не поручить роботам грязную работу по сбору данных, а людям позволить заниматься чистой наукой?
Здесь стоит упомянуть, что в России и СССР был опыт использования глубоководных аппаратов без экипажа — «Мир-1» и «Мир-2». Один из них уже находится в музее, но за 30 с лишним лет оба проекта показали себя успешными: аппараты провели более 35 экспедиций в прошлом веке. Однако сейчас никаких миссий с использованием «Мира-1» и «Мира-2» российские океанографы не проводят. Все упирается в недостаточное финансирование и отсутствие корабля носителя — таковы суровые реалии отечественной науки. Удивительно, но российские батискафы могли погружаться на глубину до 6 км — так же, как «Элвин», названный инновационным. С такими возможностями отечественные глубоководные аппараты могли исследовать все те же 95% морского дна. Почему же мы тогда не знаем все об океане? И как изменит ситуацию американский корабль?
Подводные лодки без экипажа погружались в зону хадаль на протяжении десятилетий, но Антонина Полякова, доцент кафедры океанологии МГУ, говорит, что трудно превзойти человека, когда дело доходит до исследования морского дна: «Во-первых, люди могут видеть больше. Наши глаза — это удивительные сенсоры. Современные подводные камеры — или любые другие, если на то пошло — не могут приблизиться к их разрешению, особенно при слабом освещении глубокого океана. Им все еще далеко до того, на что способен человеческий глаз».
Люди также незаменимы при обнаружении новых объектов. Ученые, путешествующие по морскому дну в «Элвине», лучше оснащены, чтобы распознать то, чего они никогда раньше не видели, и аккуратно взять верный образец для изучения. Это также можно сделать с помощью подлодки с дистанционным управлением, которая соединена с человеком, находящимся на поверхности, с помощью длинной привязи, но удаленным операторам сложнее определить перспективные участки для сбора проб. Трос длиной в несколько миль также может создать проблемы для робота и ограничить его возможности передвижения. Не подвязанным автономным роботам все еще труднее, поскольку у них нет доступа к GPS для навигации и им сложно самостоятельно распознать места с перспективными образцами.
Полякова считает, что использование роботов зачастую мешает открытиям. Они, как правило, намного громче, чем подводные лодки, созданные для людей, и используют гораздо более яркий свет из-за ограниченного разрешения их камер. Это пугает обитателей дна, что затрудняет работу исследователей. «Одна из причин, по которой зона хадаль кажется такой пустынной, заключается в том, что к тому времени, когда эти неуклюжие роботы доберутся до дна, они отпугнут всех морских жителей. Если мы будем незаметнее, то, вероятно, сможем найти вещи, которые все это время упускали», — считает океанограф.
Вот и Стрикротт до сих пор помнит, с каким азартом он работал над «Элвином» в качестве молодого инженера-океанолога, и ему нравится сопровождать начинающих морских ученых в их первом путешествии на дно океана. «Без сомнения, это действительно интересная часть океанографии, в которой люди исследуют те части нашей планеты, которые никогда не видели раньше», — говорит Стрикротт. — «Чтобы наука об океанографии оставалась живой, нужно завлекать больше новых людей в эту сферу. Инновационные возможности изучения глубин как раз достаточно привлекательны».
Установление более тесной связи с океаном действительно имеет важнейшее значение для будущего науки. Самые глубокие его точки по-прежнему могут хранить в себе загадки, которые сейчас трудно себе представить.
Но, конечно, серьезным исследователям с помощью их удивительных аппаратов не придет в голову отправиться в океанские пучины на поиски, допустим, какого-нибудь легендарного кракена с огромными щупальцами.
А что все-таки они будут делать, встретив его там?
