Подледниковая гидрологическая система Антарктиды является уникальным и наименее изученным источником геологической, палеоклиматической и биологической информации, доступ к которой возможен только при проведении прямых исследований с отбором проб воды, взвеси и донных отложений. Наибольшую научную ценность представляют изолированные на протяжении многих сотен тысяч лет участки последовательного осадконакопления с мощными слоями древних донных отложений, не нарушенных ледниковой базальной эрозией. Такие участки располагаются в подледниковых озерах – ключевых элементах подледниковой гидрологической системы Антарктиды. Тема планирования и реализации прямых исследований подледниковых озер Антарктиды, находящихся как под относительно небольшой толщей ледника, так и на глубинах более 2500 м, до сих пор является дискуссионной из-за малого опыта решения подобных задач, а также разногласий в области соблюдения и контроля экологических требований при получении доступа к подледниковым объектам. В статье обобщены результаты междисциплинарных исследований подледниковых озер Антарктиды, включая их локализацию, глубину залегания, морфометрические и гидродинамические параметры, а также состав донных отложений. Особое внимание уделено описанию технико-технологического комплекса исследования подледниковых озер, включающего геофизические работы, бурение скважины доступа, вскрытие озера, определение физических и химических параметров водного объекта, отбор проб воды, донных отложений и взвеси. Анализируются и обсуждаются сложности и ограничения при исследовании «стабильных» подледниковых озер, представлены ключевые направления развития используемых в этой сфере технологий и технических средств.
В статье представлены результаты научно-исследовательских работ, проведенных в рамках 69-й Российской антарктической экспедиции на станции Восток. Основная цель исследований – комплексное изучение снежно-фирновой толщи с использованием прямых (бурение и анализ керна) и косвенных (георадиолокация и сейсморазведка) методов. В рамках исследований решались фундаментальные задачи, связанные с изучением структуры и динамики верхней части ледникового щита, а также прикладные, направленные на обоснование глубины размещения заряда взрывчатых веществ для проведения сейсмических работ с целью детального изучения подледникового озера Восток и выбора точки заложения скважины доступа к озеру. Получены данные о микроструктуре и физических свойствах снежно-фирновой толщи. Результаты позволят в будущем дополнить модель уплотнения фирна, необходимую для понимания эволюции ледяных зерен на ранних стадиях метаморфизма. Результаты работ внесли вклад в представление об особенностях строения приповерхностной части ледникового щита, позволили более точно определять структурные и физические характеристики снежно-фирновой толщи и льда, что может способствовать лучшему пониманию климатических и геологических процессов в Антарктиде.
Технологии и технические средства исследования подледниковых озер Антарктиды – новое развивающееся научно-техническое направление, которое на сегодняшний день не имеет четко установленной методологии. На основании разрабатываемой технологии бурения новой скважины доступа к озеру Восток и его вскрытия, а также анализа существующих способов и устройств для отбора проб донных отложений, предложена принципиальная модель пробоотборника с движителем шагающего типа, обладающего способностью передвигаться по различным траекториям и позволяющего вести работы в широком технологическом диапазоне. В предложенной модели устройства предусмотрена его оснастка различными исполнительными органами для взятия проб донной поверхности с разными физико-механическими характеристиками. На основании представленной принципиальной модели шагающего пробоотборника разработана математическая модель устройства на основе методов теоретической механики. В результате выполненных исследований получены зависимости, позволяющие осуществить научно обоснованный выбор оптимальных значений геометрических и силовых параметров шагающего устройства. Разработан концептуальный дизайн шагающего пробоотборника, учитывающий взаимное расположение и сопряжение его основных компонентов, габаритные размеры доставочного снаряда, а также эстетическую составляющую устройства.
