Подать статью
Стать рецензентом
EN
Том 280
Страницы:
176-188
В печати
Обзорная статья
Геотехнология и инженерная геология

Анализ технико-технологического комплекса исследований подледниковых озер Антарктиды

Авторы:
И. В. Ракитин1
Д. А. Васильев2
А. В. Большунов3
А. Ю. Ожигин4
Об авторах
  • 1 — аспирант Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II ▪ Orcid
  • 2 — канд. техн. наук ассистент Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II ▪ Orcid
  • 3 — канд. техн. наук научный руководитель лаборатории Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II ▪ Orcid
  • 4 — инженер-конструктор Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II ▪ Orcid
Дата отправки:
2025-12-09
Дата принятия:
2026-06-25
Дата публикации онлайн:
2026-09-02

Аннотация

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.

Область исследования:
Геотехнология и инженерная геология
Ключевые слова:
Антарктида подледниковые озера геофизические исследования технологии бурения льда технологии пробоотбора
Финансирование:

Исследование выполнено в рамках Государственного задания в сфере научной деятельности на 2024 г. № FSRW-2024-0003.

Перейти к тому 280

Литература

  1. Wilson S.F., Hogg A.E., Rigby R. et al. Detection of 85 new active subglacial lakes in Antarctica from a decade of CryoSat-2 data. Nature Communications. 2025. Vol. 16. N 8311. DOI: 10.1038/s41467-025-63773-9
  2. Smith A.M., Woodward J., Ross N. et al. Evidence for the long-term sedimentary environment in an Antarctic subglacial lake. Earth and Planetary Science Letters. 2018. Vol. 504, p. 139-151. DOI: 10.1016/j.epsl.2018.10.011
  3. Siegert M.J., Priscu J.C., Alekhina I.A. et al. Antarctic subglacial lake exploration: first results and future plans. Philosophical Transactions of the Royal Society A. Mathematical, physical and engineering sciences. 2016. Vol. 374. Iss. 2059. N 20140466. DOI: 10.1098/rsta.2014.0466
  4. Bulat S., Petit J.-R. Vostok, Subglacial Lake. Encyclopedia of Astrobiology. Springer, 2023, p. 3206-3212. DOI: 10.1007/978-3-662-65093-6_1765
  5. Masolov V.N., Popov S.V., Lukin V.V., Popkov A.M. The Bottom Topography and Subglacial Lake Vostok Water Body, East Antarctica. Doklady Earth Sciences. 2010. Vol. 433. Part 2, p. 1092-1097. DOI: 10.1134/S1028334X10080222
  6. Siegert M. A 60-year international history of Antarctic subglacial lake exploration. Geological Society, London, Special Publications. 2018. Vol. 461, p. 7-21. DOI: 10.1144/SP461.5
  7. Gorelik G.D., Egorov A.S., Shuklin I.A., Ushakov D.E. Substantiation of optimal range of geophysical surveys to study deep structure of the Lake Vostok area. Gornyi zhurnal. 2024. N 9, p. 56-61 (in Russian). DOI: 10.17580/gzh.2024.09.09
  8. Studinger M, Bell R.E., Karner G.D. et al. Ice cover, landscape setting, and geological framework of Lake Vostok, East Antarctica. Earth and Planetary Science Letters. 2003. Vol. 205. Iss. 3-4, p. 195-210. DOI: 10.1016/S0012-821X(02)01041-5
  9. Killingbeck S.F., Dow C.F., Unsworth M.J. A quantitative method for deriving salinity of subglacial water using ground-based transient electromagnetics. Journal of Glaciology. 2022. Vol. 68. Iss. 268, p. 319-336. DOI: 10.1017/jog.2021.94
  10. Pattyn F. Antarctic subglacial conditions inferred from a hybrid ice sheet/ice stream model. Earth and Planetary Science Letters. 2010. Vol. 295. Iss. 3-4, p. 451-461. DOI: 10.1016/j.epsl.2010.04.025
  11. Zotikov I.A. Bottom melting in the central zone of the ice shield on the Antarctic continent and its influence upon the present balance of the ice mass. International Association of Scientific Hydrology. Bulletin. 1963. Vol. 8. Iss. 1, p. 36-44. DOI: 10.1080/02626666309493295
  12. MacKie E.J., Schroeder D.M., Caers J. et al. Antarctic Topographic Realizations and Geostatistical Modeling Used to Map Subglacial Lakes. Journal of Geophysical Research: Earth Surface. 2020. Vol. 125. Iss. 3. N e2019JF005420. DOI: 10.1029/2019JF005420
  13. Talalay P.G., Xiaopeng Fan. Alternative clean approaches to accessing subglacial Lake Vostok. Arctic and Antarctic Research. 2024. Vol. 70. N 4, p. 499-513. DOI: 10.30758/0555-2648-2024-70-4-499-513
  14. Siegfried M.R., Venturelli R.A., Patterson M.O. et al. The life and death of a subglacial lake in West Antarctica. Geology. 2023. Vol. 51. N 5, p. 434-438. DOI: 10.1130/G50995.1
  15. Livingstone S.J., Yan Li, Rutishauser A. et al. Subglacial lakes and their changing role in a warming climate. Nature Reviews Earth & Environment. 2022. Vol. 3. Iss. 2, p. 106-124. DOI: 10.1038/s43017-021-00246-9
  16. Egorov A.S., Ageev A.S., Shuklin I.A. et al. On the similarity of deep structure of the basement and genesis of depressions on the eastern flank of East Antarctic and in Lake Baikal area. Journal of Mining Institute. 2025. Vol. 273, p. 26-41.
  17. Studinger M., Karner G.D., Bell R.E. Geophysical models for the tectonic framework of the Lake Vostok region, East Antarctica. Earth and Planetary Science Letters. 2003. Vol. 216. Iss. 4, p. 663-677. DOI: 10.1016/S0012-821X(03)00548-X
  18. Tabacco I.E., Cianfarra P., Forieri A. et al. Physiography and tectonic setting of the subglacial lake district between Vostok and Belgica subglacial highlands (Antarctica). Geophysical Journal International. 2006. Vol. 165. Iss. 3, p. 1029-1040. DOI: 10.1111/j.1365-246X.2006.02954.x
  19. Lukin V.V., Markov A.N. Hypothesis of Tectonic Preglacial Genesis of the Basin and Water Body of Antarctica’s Lake Vostok. Geography and Natural Resources. 2024. Vol. 45. N 2, p. 192-201. DOI: 10.1134/S1875372824700264
  20. Popov S.V., Boronina A.S., Ekaykin A.A. et al. Remote sensing and mathematical modelling of Lake Vostok, East Antarctica: past, present and future research. Arctic and Antarctic Research. 2024. Vol. 70. N 4, p. 460-476. DOI: 10.30758/0555-2648-2024-70-4-460-476
  21. Litvinenko V. Foreword: Sixty-year Russian history of Antarctic sub-glacial lake exploration and Arctic natural resource development. Geochemistry. 2020. Vol. 80. Iss. 3. N 125652. DOI: 10.1016/j.chemer.2020.125652
  22. Brisbourne A.M., Smith A.M., Rivera A. et al. Bathymetry and bed conditions of Lago Subglacial CECs, West Antarctica. Journal of Glaciology. 2023. Vol. 69. Iss. 278, p. 1546-1555. DOI: 10.1017/jog.2023.38
  23. Couston L.-A., Siegert M. Dynamic flows create potentially habitable conditions in Antarctic subglacial lakes. Science Advances. 2021. Vol. 7. Iss. 8. N eabc3972. DOI: 10.1126/sciadv.abc3972
  24. Hodson T.O., Powell R.D., Brachfeld S.A. et al. Physical processes in Subglacial Lake Whillans, West Antarctica: Inferences from sediment cores. Earth and Planetary Science Letters. 2016. Vol. 444, p. 56-63. DOI: 10.1016/j.epsl.2016.03.036
  25. Peters L.E., Anandakrishnan S., Holland C.W. et al. Seismic detection of a subglacial lake near the South Pole, Antarctica. Geophysical Research Letters. 2008. Vol. 35. Iss. 23. N L23501. DOI: 10.1029/2008GL035704
  26. Vasilyev N.I., Leychenkov G.L., Zagrivny E.A. Prospects of Obtaining Samples of Bottom Sediments from Subglacial Lake Vostok. Journal of Mining Institute. 2017. Vol. 224, p. 199-208. DOI: 10.18454/PMI.2017.2.199
  27. Popov S.V. Six decades of radar and seismic research in Antarctica. Ice and Snow. 2021. Vol. 61. N 4, p. 587-619 (in Russian). DOI: 10.31857/S2076673421040110
  28. Leitchenkov G.L., Antonov A.V., Luneov P.I., Lipenkov V.Ya. Geology and environments of subglacial Lake Vostok. Philosophical Transactions of the Royal Society A. Mathematical, physical and engineering sciences. 2016. Vol. 374. Iss. 2059. N 20140302. DOI: 10.1098/rsta.2014.0302
  29. Bell R.E., Studinger M., Fahnestock M.A., Shuman C.A. Tectonically controlled subglacial lakes on the flanks of the Gamburtsev Subglacial Mountains, East Antarctica. Geophysical Research Letters. 2006. Vol. 33. Iss. 2. N L02504.DOI: 10.1029/2005GL025207
  30. Priscu J.C., Kalin J., Winans J. et al. Scientific access into Mercer Subglacial Lake: scientific objectives, drilling operations and initial observations. Annals of Glaciology. 2021. Vol. 62. Iss. 85-86, p. 340-352. DOI: 10.1017/aog.2021.10
  31. Shuai Yan, Blankenship D.D., Greenbaum J.S. et al. A newly discovered subglacial lake in East Antarctica likely hosts a valuable sedimentary record of ice and climate change. Geology. 2022. Vol. 50. N 8, p. 949-953. DOI: 10.1130/G50009.1
  32. Hodgson D.A., Roberts S.J., Bentley M.J. et al. Exploring former subglacial Hodgson Lake, Antarctica. Paper II: palaeolimnology. Quaternary Science Reviews. 2009. Vol. 28. Iss. 23-24, p. 2310-2325. DOI: 10.1016/j.quascirev.2009.04.014
  33. Levitan M.A., Girin Yu.P., Luksha V.L. et al. Modern Sedimentation System of Lake Untersee, East Antarctica. Geochemistry International. 2011. Vol. 49. Iss. 5. P. 459-481. DOI: 10.1134/S0016702911050077
  34. Pritchard H.D., Fretwell P.T., Fremand A.C. et al. Bedmap3 updated ice bed, surface and thickness gridded datasets for Antarctica. Scientific Data. 2025. Vol. 12. N 414. DOI: 10.1038/s41597-025-04672-y
  35. Dunbar G., Niessen F., Vogel S. Late Pleistocene to Holocene Strata from Soft-Sediment Coring at the AND-1B Site, ANDRILL McMurdo Ice Shelf Project, Antarctica. Terra Antartica. 2007. Vol. 14. N 3, p. 141-154.
  36. Bentley M.J., Christoffersen P., Hodgson D. A. et al. Subglacial Lake Sediments and Sedimentary Processes: Potential Archives of Ice Sheet Evolution, Past Environmental Change, and the Presence of Life. Antarctic Subglacial Aquatic Environments. American Geophysical Union, 2011. Vol. 192, p. 83-110.
  37. Campbell T.D., Skidmore M.L., Patterson M.O. et al. Dynamic subglacial meltwater history archived in Antarctic subglacial lake sediments. Geological Society of America Bulletin. 2025. Vol. 137. N 7-8, p. 3055-3068. DOI: 10.1130/B37731.1
  38. Yan Zhou, Xiangbin Cui, Zhenxue Dai et al. The Antarctic Subglacial Hydrological Environment and International Drilling Projects: A Review. Water. 2024. Vol. 16. Iss. 7. N 1111. DOI: 10.3390/w16081111
  39. Talovina I.V., Babenko I.A., Ilalova R.K., Duryagina A.M. Olivine-spinel geothermometry – Indicator of formation identity of rocks and a basis for geodynamic reconstructions in Antarctica. Gornyi zhurnal. 2024. N 9, p. 77-82 (in Russian). DOI: 10.17580/gzh.2024.09.12
  40. Abdrakhmanov I.A., Gulbin Y.L., Skublov S.G., Galankina O.L. Mineralogical Constraints on the Pressure–Temperature Evolution of Granulites in the Bunger Hills, East Antarctica. Minerals. 2024. Vol. 14. Iss. 5. N 488. DOI: 10.3390/min14050488
  41. Litvinenko V., Trushko V. Modelling of geomechanical processes of interaction of the ice cover with subglacial Lake Vostok in Antarctica. Antarctic Science. 2025. Vol. 37. Iss. 1, p. 39-48. DOI: 10.1017/S0954102024000506
  42. Makinson K., Anker P.G.D., Garcés J. et al. Development of a clean hot water drill to access Subglacial Lake CECs, West Antarctica. Annals of Glaciology. 2021. Vol. 62. Iss. 85-86, p. 250-262. DOI: 10.1017/aog.2020.88
  43. Youhong Sun, Bing Li, Xiaopeng Fan et al. Brief communication: New sonde to unravel the mystery of polar subglacial lakes. The Cryosphere. 2023. Vol. 17. Iss. 3, p. 1089-1095. DOI: 10.5194/tc-17-1089-2023
  44. Audehm J., Bachmayer R., Bande M. et al. TRIPLE – Technologies for Rapid Ice Penetration and Subglacial Lake Exploration: Whitepaper by the TRIPLE Project within the German Space Agency Explorer Initiative at DLR. German Space Agency at DLR, 2025, p. 36. DOI: 10.22541/essoar.175371779.92742499/v2
  45. Lipenkov V.Ya., Turkeev A.V., Ekaykin A.A. et al. Unsealing Subglacial Lake Vostok: Lessons and implications for future full-scale exploration. Arctic and Antarctic Research. 2024. Vol. 70. N 4, p. 477-498. DOI: 10.30758/0555-2648-2024-70-4-477-498
  46. Vasiliev N.I., Talalay P.G., Bobin N.E. et al. Deep drilling at Vostok station, Antarctica: history and recent events. Annals of Glaciology. 2007. Vol. 47, p. 10-23. DOI: 10.3189/172756407786857776
  47. Serbin D.V., Buslaev G.V., Lavrik A.Yu. et al. Study of the interaction between the drilling fluid and lake water during the opening of the subglacial Lake Vostok in Antarctica. Journal of Mining Institute. 2025. Vol. 273, p. 136-146.
  48. Alemany O., Talalay P., Boissonneau P. et al. The SUBGLACIOR drilling probe: hydraulic considerations. Annals of Glaciology. 2021. Vol. 62. Iss. 84, p. 131-142. DOI: 10.1017/aog.2020.79
  49. Serbin D.V. Prevention of emulsion formation during opening subglasial reservoirs. News of the Ural State Mining University. 2021. Iss. 3 (63), p. 80-88 (in Russian). DOI: 10.21440/2307-2091-2021-3-80-88
  50. Da Gong, Xiaopeng Fan, Yazhou Li et al. Coring of Antarctic Subglacial Sediments. Journal of Marine Science and Engineering. 2019. Vol. 7. Iss. 6. N 194. DOI: 10.3390/jmse7060194
  51. Litvinenko V.S., Leitchenkov G.L., Vasiliev N.I. Anticipated sub-bottom geology of Lake Vostok and technological approaches considered for sampling. Geochemistry. 2020. Vol. 80. Iss. 3. N 125556. DOI: 10.1016/j.chemer.2019.125556
  52. Vasilev N.I., Bolshunov A.V., Dmitriev A.N., Podoliak A.V. Round-trip assembly for investigations of subglacial lake Vostok. International Journal of Applied Engineering Research. 2016. Vol. 11. N 9, p. 6376-6380.
  53. Keen P., Saw K., Rundle N. et al. A mini-corer for precision sampling of the water-sediment interface in subglacial lakes and other remote aqueous environments. Limnology and Oceanography: Methods. 2018. Vol. 16. Iss. 12, p. 856-867. DOI: 10.1002/lom3.10288
  54. Rosenheim B.E., Michaud A.B., Broda J. et al. A method for successful collection of multicores and gravity cores from Antarctic subglacial lakes. Limnology and Oceanography: Methods. 2023. Vol. 21. Iss. 5, p. 279-294. DOI: 10.1002/lom3.10545
  55. Hodgson D.A., Bentley M.J., Smith J.A. et al. Technologies for retrieving sediment cores in Antarctic subglacial settings. Philosophical Transactions of the Royal Society A. Mathematical, physical and engineering sciences. 2016. Vol. 374. Iss. 2059. N 20150056. DOI: 10.1098/rsta.2015.0056
  56. Makinson K., Ashurst D., Anker P.G.D. et al. A new percussion hammer mechanism for a borehole deployable subglacial sediment corer. Annals of Glaciology. 2020. Vol. 62. Iss. 85-86, p. 385-389. DOI: 10.1017/aog.2020.83
  57. Da Gong, Nan Zhang, Yunchen Liu et al. Small-diameter vibrocorer for sediment coring beneath Antarctic ice shelves: General concept and testing. Ocean Engineering. 2016. Vol. 126, p. 232-239. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2016.09.023
  58. Bobin N.E., Talatai P.G., Yankilevich S.V. Technical means for the study of subglacial reservoirs in the example of Lake Vostok in Antarctica. Journal of Mining Institute. 2004. Vol. 157, p. 147-149 (in Russian).
  59. Mowlem M., Saw K., Brown R. et al. Probe technologies for clean sampling and measurement of subglacial lakes. Philosophical Transactions of the Royal Society A. Mathematical, physical and engineering sciences. 2016. Vol. 374. Iss. 2059. N 20150267. DOI: 10.1098/rsta.2015.0267
  60. Behar A.E., Chen D.D., Ho C. et al. MSLED: The Micro Subglacial Lake Exploration Device. Underwater Technology. 2015. Vol. 33. N 1, p. 3-17. DOI: 10.3723/ut.33.003
  61. Dück Y., Lorke A., Jokiel C., Gierse J. Laboratory and field investigations on freeze and gravity core sampling and assessment of coring disturbances with implications on gas bubble characterization. Limnology and Oceanography: Methods. 2019. Vol. 17. Iss. 11, p. 585-606. DOI: 10.1002/lom3.10335
  62. Jun Han Bae, Wonse Jo, Jee Hwan Park et al. Evaluation of Sampling Methods for Robotic Sediment Sampling Systems. IEEE Journal of Oceanic Engineering. 2020. Vol. 46. Iss. 2, p. 542-554. DOI: 10.1109/JOE.2020.3005576
Статистика
Просмотр аннотаций
34
Просмотр полного текста
16
Процитировано
Scopus:
0
Crossref:
0
Меню статьи

Похожие статьи

Литологические особенности осадков озер Большое Миассово и Малое Миассово (Южный Урал, Россия)
2026 А. Р. Юсупова, Н. Г. Нургалиева
Минералого-геохимические особенности углей Мугунского месторождения и источники сноса в период их формирования
2026 Д. Б. Бембеев, С. И. Меренкова, А. А. Самсонов, Р. Р. Габдуллин
Возможности радонового мониторинга в краткосрочном прогнозе землетрясений
2026 И. А. Козлова, С. В. Бирюлин, А. К. Юрков
Прогнозирование температуры образования газовых гидратов с использованием гибридного подхода на основе искусственного интеллекта и эмпирических данных
2026 М. Риази, Х. Мехраджу, М.-С. Дабири, Дж. Исмаилова, М. Риази
Изоморфная емкость мелилитовых твердых растворов при параметрах пирогенного метаморфизма
2026 Э. В. Сокол, А. С. Половых, С. Н. Кох, И. С. Карпутин, О. А. Козьменко
Совершенствование конструкции наддолотного калибрующе-эжекционного устройства для повышения эффективности разрушения горных пород в процессе строительства скважин
2026 Д. А. Борейко, Н. Д. Цхадая, Д. Ю. Сериков, В. А. Хламов