Том 273

Антарктида – самый малоизученный континент планеты. Экстремальные климатические условия, ледовый покров, отсутствие постоянной инфраструктуры затрудняют проведение полевых и стационарных исследований. Тем не менее, устойчиво растет интерес к Антарктиде как уникальной естественной лаборатории, что подтверждается стабильным увеличением количества научных публикаций, охватывающих широкий круг тем от геодинамики и гляциологии до прикладных инженерных решений.

Одним из приоритетных направлений научных исследований Антарктиды является изучение ее глубинного строения. На большей части материка присутствует мощный ледовый покров, поэтому основную геолого-геофизическую информацию получают с помощью геофизических методов, среди которых магнитотеллурические (МТ) обладают наибольшей глубинностью и несущественным влиянием на экологию. Возможность получения качественных МТ-данных в условиях шестого континента долгое время ставилась под сомнение. Цель работы – исследование особенностей методики магнитотеллурических работ в условиях Антарктиды. Были поставлены задачи: обобщить мировой опыт исследования Антарктиды методами МТЗ; выявить факторы, негативно влияющие на получение качественных данных; определить методы минимизации влияния этих факторов. В статье анализируются геофизические исследования, проведенные методом магнитотеллурического зондирования в антарктическом регионе с 1964 г. по настоящее время. Применение метода осложнено следующими особенностями: экстремально низкая температура влияет на падение емкости элементов питания, замерзание раствора неполяризующихся электродов и изменение прочностных свойств материалов; во время сильного ветра возникает электромагнитный шум; близость к источнику магнитотеллурического поля может нарушить принцип плоской волны, на котором базируется метод; ледовый щит, покрывающий большую часть Антарктиды, не позволяет получить оптимальные значения контактного сопротивления заземления электродов; протяженная береговая линия искажает полученные данные. Исследования влияния факторов, осложняющих работу методом МТЗ в прибрежных и центральных частях Антарктиды, позволили сформулировать рекомендации по подготовке оборудования и адаптации технологии проведения работ, модификации графа обработки и комплекса мероприятий по обеспечению безопасности, реализация которых позволит не только безопасно выполнять геофизические работы, но и получать качественные данные.

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.

В статье рассматриваются геодинамические реконструкции Австралии и Антарктиды (с использованием программы GPlates) на период 79, 68-61, 48, 44 и 40 млн лет назад, основанные на сопоставлении сопряженных одновозрастных магнитных аномалий. Актуальность исследования определяется возросшим научным интересом к проблемам распада Гондваны и влияния тектоники литосферных блоков на процессы рифтогенеза и океанического раскрытия. Ранняя стадия океанического раскрытия между Австралией и Антарктидой характеризуется последовательностью отчетливых линейных магнитных аномалий. Океанический спрединг происходил в ультрамедленном и медленном режиме со скоростями 20-26 мм/год между аномалиями 33o и 21y (80-48 млн лет назад) и 40 мм/год между аномалиями 21y и 18o (48-40 млн лет назад). Согласно проведенным исследованиям наблюдается отчетливая корреляция между изменением скорости спрединга и положением полюсов вращения. В период между 80 и 48 млн лет назад полюс вращения находился на западе, в районе плато Кергелен, и Австралия смещалась на запад относительно Антарктиды. Около 48 млн лет назад скорость спрединга морского дна увеличилась почти вдвое (с ультрамедленного до медленного), и Австралия начала мигрировать на север. Полюс вращения располагался у южного края Тасмании и продолжал двигаться на юго-восток к Тихому океану. Разделение Австралии и Антарктиды было связано с продвижением осей спрединга из Индийского и Тихого океанов навстречу друг к другу с ортогональным пересечением древних литосферных блоков двух континентов и определялось геометрией окраинных рифтовых структур.

В ходе экспедиционных исследований 2023-2024 гг. в условиях развития мощного покровного ледника Антарктиды впервые были опробованы усовершенствованные и адаптированные для исследования ледников средне- и низкочастотные георадары ОКО-3 с антенной 150 МГц и Тритон-М с раздвижной антенной 25-50-100 МГц (ООО «ЛОГИС», Россия). На примере исследования ледникового покрова в районе Оазиса Ширмахера показано, что георадар ОКО-3 позволяет получать детальную информацию о внутреннем строении ледникового покрова до глубин около 200 м и успешно решать задачи гляциостратиграфии. Георадар Тритон-М хорошо зарекомендовал себя для картирования кровли подстилающих горных пород до глубин 250-300 м. В статье представлены новые материалы о структуре ледника в районе посадочной площадки станции Новолазаревская, а также сведения о мощности ледника и рельефе подледного скального основания вблизи Оазиса Ширмахера (районы станций Новолазаревская и Майтри). Характерными структурами ледниковый толщи этого района являются пологозалегающие слои, а также сменяющие их крутые складки, осложненные трещинами. Подледный рельеф к югу от оазиса достаточно пологий. Отдельные поднятия и впадины в высоту не превышали 30 м. Граница между льдом и скальным основанием зарегистрирована на протяжении 4,5 км к югу от оазиса. На востоке, примерно в километре от последнего скального обнажения, оазис ограничен резким понижением ложа. Новые данные открывают возможность построения моделей покровного ледника, изучения его динамики и эволюции, установления закономерностей в формировании трещин.

Новые геофизические данные выявили большое количество узких и глубоких депрессий ложа ледового щита в различных районах Антарктиды с глубинами до 3500 м ниже уровня моря (впадина Денмана). Эти впадины обладают всеми признаками кайнозойского рифтогенеза – крутыми бортами, самыми большими глубинами на суше, сильными отрицательными гравитационными аномалиями в свободном воздухе (–100 мГал и менее) и повышенным тепловым потоком. Продолжение рифтогенеза уже после оледенения Антарктиды с почти полным прекращением седиментации подо льдом объясняет большую глубину и крутые борта впадин с повышенным тепловым потоком и дефицитом массы. Важной особенностью прибрежных впадин ледового ложа являются их ретроградные склоны, характерные только для Антарктиды. Подледный рельеф впадин на подходе к берегу континента резко выполаживается, что свидетельствует об осадконакоплении в переходной области в периоды таяния льда и последующих морских регрессий-трансгрессий в позднем кайнозое. Повышенный тепловой поток может приводить к подплавлению подошвы ледников и способствовать их ускоренному сползанию с коренного ложа в океан. Еще один фактор, влияющий на скорость сползания ледников в море, – сила трения с коренным ложем. Наличие мягких молодых осадков уменьшает трение и способствует сползанию покровных ледников в море под воздействием силы тяжести. Быстродвижущиеся покровные ледники в Антарктиде в основном приурочены к районам рифтогенных впадин. Ускорение стока ледников по ретроградным склонам в океан имеет положительную обратную связь и создает потенциальную угрозу глобального повышения уровня моря. Геодинамический механизм, ответственный за кайнозойскую активизацию рифтовых зон Антарктиды, обусловлен действием локальных верхнемантийных плюмов под Антарктидой в процессе и после распада Гондваны. Дальнейшая реактивация растяжения по ослабленным зонам в литосфере связана с начавшимся в миоцене общим ускорением глобальной мантийной конвекции. Предложены численные трехмерные геодинамические модели образования Трансантарктических гор и поднятия внутриплитного орогена Гамбурцева в кайнозое.

Представлены методика и результаты аэромагнитной съемки масштаба 1:25000, проведенной для обеспечения прироста геофизической изученности на участке площадью 600 км2 с использованием беспилотной авиационной системы самолетного типа. Работы проводились в Восточной Антарктиде в составе 69-й Российской антарктической экспедиции в районе оазиса Бангера и холмов Хайджамп (Земля Уилкса). Построенная по данным аэромагнитной съемки карта оказалась более подробной, чем любая из опубликованных геологических карт. При этом масштаб выделяемых контрастных объектов варьирует от нескольких десятков метров до крупных структур, прослеживаемых на десятки километров в пределах всего участка съемки. Анализ полученных данных показал, что для исследованного района характерна морфологическая неоднородность аномального магнитного поля и его изменчивость по амплитуде и простиранию, и наряду с относительно спокойными участками имеются области резко дифференцированного поля. Даже неполная интерпретация результатов аэромагниторазведочных работ показывает их высокую информативность. Аэромагнитная съемка с помощью беспилотных авиационных систем представляет собой важный инструмент прикладной геофизики, позволяющий эффективно решать задачи геологического картирования в сложных условиях Антарктики. Она способна эффективно заменить аналогичные работы, традиционно выполняющиеся с помощью пилотируемой авиации.

Проанализированы результаты геофизических исследований рифтовых структур Восточной Антарктиды, непосредственная геологическая съемка которых невозможна из-за мощного ледникового покрова. Предложена модель формирования впадины озера Восток, предполагающая ее заложение в пределах региональной транстензионной зоны. В составе озерного бассейна выделяются южный продольный грабен, заложенный вдоль главного сдвига, и северо-западный бассейн, который оценивается как структура типа pull-apart. Согласно результатам предлагаемой в работе интерпретации гравитационного и магнитного полей обосновано выделение и оценены параметры межблоковой шовной зоны в фундаменте прибрежной части подледникового озера Восток. Отмечены черты подобия строения земной коры региональных и локальных структур, вмещающих озера Восток и Байкал, по большому числу признаков: пространственная увязка с положением региональных сдвиговых зон; коленообразная морфология озерных бассейнов, состоящих из линейных продольных впадин, параллельных направлению сдвиговой зоны, и впадин, контролируемых диагональными дислокациями сбросового типа; рельеф смежных структур; крутизна берегов; повышенная сейсмичность с локализацией землетрясений вдоль главных осей сдвиговых дислокаций, а также строение земной коры геоструктур, контролирующих эти бассейны. Представлена модель формирования рифтовых структур Восточной Антарктиды, локализованных вдоль субпараллельных сдвиговых зон. Для объяснения геодинамической природы рифтовых систем применяется модель верхнемантийной конвективной ячейки. Депрессии Восток, Скотта, Аврора, Конкордия, Адвенчер, Уилкса, Астролябии формируют обширную тектоническую зону протяженностью около 2000 км и шириной 1500 км. Представлены тектонические схемы локализации Восточно-Антарктической рифтовой системы, а также депрессий мезозойской Западно-Забайкальской рифтогенной области и кайнозойской Байкало-Становой рифтогенной зоны.

В работе изучается сейсмичность Южного полярного региона от Южного полюса до 50-й параллели южной широты. В сейсмоопасных зонах Южного океана – Сандвичевой зоне субдукции, на хребте Маккуори и на Антарктическом срединном хребте за период наблюдений происходили землетрясения различного генезиса с магнитудой M > 8. Эти события могут вызывать существенные цунами. Для хребта Маккуори характерен сдвиговый механизм очага землетрясения, тогда как для района Сандвичевой зоны субдукции получены разные механизмы. За инструментальный период наблюдений зафиксирована слабая внутриконтинентальная сейсмичность Антарктиды, что опровергает представление об асейсмичности этого континента. Сейсмичность наблюдается на границах тектонических блоков или приурочена к прибрежным районам. В континентальном внутриплитном регионе Антарктиды землетрясения происходят в нескольких обстановках. Тектоническими вероятно являются события в Трансантарктических горах и некоторых подледных рифтовых впадинах, а также разрозненные события в центральной части континента. Сейсмичность в прибрежной зоне и на континентальной окраине может быть связана с ледниковой изостатической корректировкой с региональным тектоническим компонентом в некоторых местах. Наблюдаемая в Антарктиде сейсмичность низкая по сравнению с другими континентальными внутриплитными регионами. Сильнейшие события внутри континента имеют магнитуду 5-6. Авторами выявлены внутриконтинентальные области повышенной сейсмичности. Показана корреляция внутриконтинентальной сейсмичности с подледными впадинами Восточной Антарктиды. Часть событий с магнитудами ниже пороговых не фиксируется. Кроме того, сейсмичность частично подавляется толстым ледяным покровом.

В ходе сезонных работ 70-й Российской антарктической экспедиции (РАЭ) в 2024-2025 гг. в рамках полевых геолого-геофизических исследований Санкт-Петербургского горного университета императрицы Екатерины II на территории п-ова Брокнес (холмы Ларсеманн, Восточная Антарктида) выполнена площадная пешеходная наземная магнитная съемка в масштабе 1:10000. Изучаемая территория характеризуется высокой степенью обнаженности пород кембрийского и докембрийского возраста с локализацией в отдельных частях магнетитсодержащих комплексов. Работы включали опытно-методические исследования, съемку в двух режимах (дискретном и непрерывном) с контролем качества данных, а также последующую обработку и начальную интерпретацию полученных результатов. Построены детальная карта аномального магнитного поля, охватывающая площадь 17,5 км2, и карты трансформант поля – вертикальной производной, модуля горизонтального градиента и др. Качественная интерпретация позволила выделить морфологически однородные участки исследуемой территории, характеризующиеся различными особенностями аномального магнитного поля. Результаты проведенных исследований будут использованы в дальнейшем для геологического истолкования аномалий и создания структурно-тектонической схемы региона.

Приводятся новые данные о различных типах пегматитов оазиса Холмы Ларсеманн (Земля Принцессы Елизаветы, Восточная Антарктида), собранные в ходе сезонных полевых работ 70-й Российской антарктической экспедиции в 2024-2025 гг. В результате комплексных геолого-геофизических исследований были описаны, проанализированы и впервые систематизированы в едином контексте все пегматитовые образования данной территории, относящиеся к различным стадиям Пан-Африканского орогенеза. Наряду с ранее известными пегматитами, связанными с деформационными этапами D2-3, D4 и post-D4, предложено их дополнительное разделение на основе минерально-геохимических признаков и по содержанию естественных радионуклидов на боросиликатные D2-3, редкометалльные D4, мусковитовые post-D4, а также выделение двух дополнительных типов, ранее не описанных в данном регионе – калишпатовых D4' и камерных редкометалльных пегматитов post-D4', отличающихся по морфологии, минералогии и геохимическим характеристикам. Особое внимание уделено структурно-тектоническому контролю пегматитовых тел, их геологическому положению, изучению зональности, а также результатам гамма-спектрометрической и магнитной съемки. Изучены пегматитовые образования, содержащие редкие типоморфные минералы – турмалин, боралсилит, грандидьерит и хризоберилл. Результаты исследований указывают на значительное разнообразие условий формирования данных пегматитов, позволяют уточнить термобарические характеристики и возраст начальных и финальных стадий Пан-Африканского метаморфического события, а также подтвердить генетическую связь пегматитовых образований с деформационными событиями D2-D4 и реконструировать этапы раннепалозойского пегматитообразования в ходе анатектических процессов в контексте геодинамической эволюции Восточной Антарктиды и Гондваны.

Приведены результаты лабораторных исследований процессов образования и разрушения эмульсий воды и кремнийорганической жидкости, а также образования и диссоциации гидратов азота в термобарических условиях, приближенных к условиям на контакте ледника и подледникового озера Восток с использованием комплекса Gas Hydrate Autoclaves GHA 350. В качестве исследуемой была выбрана кремнийорганическая жидкость – полидиметилсилоксан WACKER AK-10 (в российской классификации по ГОСТ 13032-77 – ПМС-10) плотностью 0,9359 г/cм3, кинетической вязкостью 10 мм2/с. Установлено, что понижение температуры эмульсии приводит к увеличению времени ее разрушения, образованию микроэмульсий и множественных эмульсий типа «масло – в воде – в масле», особенно это проявляется при температурах ≤10 °С. Среднее время разрушения эмульсии составило 107 с. Минимальное время разрушения эмульсии наблюдается при минимальной частоте вращения мешалки 100 об/мин и максимальной температуре 60 °С, а максимальное время разрушения эмульсии наблюдается при частоте вращения мешалки 500 об/мин и температуре –2,8 °С. Установлено, что гидраты азота образуются при давлении 35,0±0,5 МПа и температуре ≤ –1 °С.

Представлены результаты экспериментального бурения конжеляционного льда в стволе скважине 5Г-5 на станции Восток (Антарктида) с применением колонкового снаряда КЭМС-135 в среде кремнийорганической жидкости ПМС-3. Исследования проводились во время 70-й Российской антарктической экспедиции и были направлены на оценку эффективности технологии при глубоком бурении ледников и вскрытии подледниковых водоемов, а также определение рациональных режимных параметров бурения. Подготовка скважины включала извлечение заливочной жидкости, комплекс геофизических исследований и калибровку ствола. Доставка ПМС-3 на забой осуществлялась с использованием специализированного устройства «Слоник». Экспериментальное бурение конжеляционного льда проходило с применением колонкового снаряда КЭМС-135. Выполнено два буровых рейса с отбором керна длиной 1,10 и 1,14 м, глубина бурения – 3595,15-3597,39 м. Контроль наличия на забое ПМС-3 осуществлялся посредством геофизических исследований и пробоотбора. Особое внимание уделялось анализу режимов бурения, включая механические скорости, характеристики шлама и влияние ПМС-3 на элементы бурового оборудования. Результаты экспериментального бурения показали увеличение механической скорости бурения в среде кремнийорганической жидкости ПМС-3 на 15-20 % по сравнению с используемой заливочной жидкостью (керосин + дихлорфторэтан), а также отсутствие зашламования коронки и улучшение смазывающих свойств жидкости. Определены перспективные направления дальнейших исследований, связанных с оптимизацией конструкции бурового снаряда для работы в среде ПМС-3 и изучением долгосрочного воздействия на подледниковые экосистемы.

Строительство нового зимовочного комплекса на антарктической станции Восток потребовало оперативной доставки строителей и механиков на станцию Прогресс для их дальнейшего следования в район работ. Для решения этой важной логистической задачи в период с марта по август 2022 г. на месте прежней посадочной площадки в районе станции Прогресс была подготовлена новая, впоследствии названная «Зенит», сертифицированная для приема тяжелых самолетов на колесном шасси. Была сформирована снежная плита покрытия общей площадью 350 тыс. м2 и толщиной от 100 до 120 см. Она создавалась путем нанесения снежных слоев с последующим их уплотнением, для чего применялась специально разработанная уплотняющая платформа для создания снежных аэродромов, пригодных для тяжелых самолетов на колесном шасси. В итоге подготовлено покрытие с твердостью поверхности не менее 1 МПа. Слой от 30 до 60 см имеет твердость не менее 0,8 МПа, а нижний слой – не менее 0,6 МПа. Первый борт самолета Ил-76ТД-90ВД российской компании «Волга-Днепр» был принят на новую взлетно-посадочную полосу 7 ноября 2022 г. Посадка самолета прошла в штатном режиме. Глубина колеи от колес шасси после посадки не превысила 3 см. В ходе исследований получены углубленные представления о механизмах формирования опорного основания взлетно-посадочной полосы из снежно-ледового материала в условиях Антарктиды. Полученный опыт может быть использован при решении подобных задач в районах Крайнего Севера.