«Холодный мир – это наше достояние»
Что такое криосфера? Когда люди начали ее изучать и как продвинулись в этом направлении? Почему это важно и какие дает новые знания? Можно ли их использовать в повседневной жизни? Об этом рассказывает академик РАН В. П. Мельников, председатель Научного совета по криологии Земли РАН, руководитель научного направления ИКЗ ТюмНЦ СО РАН.
«Знание – сила»: Владимир Павлович, когда люди начали изучать мерзлоту?
Владимир Мельников: История познания холодного мира превышает две тысячи лет с того времени, когда древние философы противопоставили холод теплу. Великий Ломоносов, будучи еще адъюнктом физического класса Академии наук, в 1744 написал работу «Размышления о причине тепла и холода». Из известной поговорки «как назовешь, так и поймешь» вытекало: коль скоро появилось явление «холод», его и начали изучать.
Что касается части холодной сферы Земли – вечной мерзлоты, или криолитосферы, то о ее существовании заявили представители русского казачества, которое зародилось в XIV веке прошлого тысячелетия, а с XV века стало служить русскому государству. Оно активно участвовало в освоении новых земель Юга России, Сибири и Дальнего Востока. И однажды через воеводу они доложили царю о наличии земель, которые не оттаивают летом. Первая попытка узнать о температуре и мощности не оттаивающих пород принадлежит А. Ф. Миддендорфу, члену Российской академии наук в середине XIX века.
Более 200 лет назад купец Шергин в Якутске попытался добраться до воды, начав копать шурф, но, дойдя до 116 метров, бросил эту попытку по понятным причинам. На такой глубине уже трудно было дышать, а твердые мерзлые породы без техники проходить было невозможно.
В середине века, путешествуя по Сибири и узнав о шахте Шергина, Миддендорф решил измерить температуру пород. Это ему удалось, и он стал первым исследователем вечной мерзлоты. В Якутске Институт мерзлотоведения имени П. И. Мельникова СО РАН до сих пор оберегает этот объект. Правда, его прогноз о мощности мерзлой толщи оказался слишком заниженным. Однако даже эта шахта не убедила европейских ученых в существовании криолитозоны.
«ЗС»: Кто же из ученых начал изучение вечной мерзлоты?
В. М.: Интересно, что этим вопросом живо интересовался Д. И. Менделеев, наш земляк родом из Тобольска. Об этом говорит, в частности, его докладная записка его превосходительству Сергею Юльевичу Витте: «Об исследовании Северного Полярного океана» от 14 ноября 1901 года, когда ученому было уже 67 лет. Он готов был не только возглавить экспедицию к Северному полюсу, но и остаться на зимовку в случае затруднений и проводить исследования. Он считал усилия Пири, Нансена и других исследователей проникнуть к полюсу на лыжах и на собаках «почтеннейшим из видов спорта, но не могущим доставить никаких практических результатов. Победить полярные льды надобно и особенно желательно для прямой промышленной пользы человечества, в такой же, по крайней мере, как и для торжества знаний…».
И далее он пишет: «Если бы я имел возможность организовать совершенно вновь, все сначала, полярную экспедицию, то построил бы легко поворотливый паровой ледокол не в 8 тыс. т. на 10 тыс. сил, как у Ермака, а всего лишь в 2—3 тыс. т. и на 3—4 тыс. сил, с сильным стальным остовом и креплением с двойною обшивкою из стали снаружи и из дерева внутри, стоимостью примерно в 500 тыс. руб. при нефтяной топке».
«ЗС»: Эта затея не удалась?
В. М.: К сожалению, нет. Из воспоминаний С. Ю. Витте явствует разногласие между адмиралом С. О. Макаровым и Д. И. Менделеевым по поводу маршрута экспедиции на «Ермаке» из Петербурга к Сахалину. Макаров отстаивал маршрут вдоль побережья России, а Менделеев через Северный Полюс. Разногласие оказалось столь сильным, что экспедиция состоялась без Менделеева, а оба этих великих человека с тех пор больше не встречались. К сожалению планы, ни тот ни другой, не были реализованы, а Дмитрий Иванович углубился в конструкцию нового ледокола, в составление программы нового плавания, обоснованного в записке к Витте в 1901 году.
Менделеев живо интересовался исследованиями льдов, выполненными во время северных экспедиций Нансена и Макарова. В своих трудах на эту тему он подчеркнул значительную зависимость механических свойств ледяного покрова морей от температуры льда. Отметил, что лед становится твердым и хрупким при понижении температуры и гибким, пластичным, нехрупким при температурах около нуля градусов. Особенно пластичным является новозамерзший лед: он может сильно сгибаться, не ломаясь. Сильная зависимость механических свойств льда от температуры и возраста льда представляла огромный научный интерес для современного Менделееву научного общества. В настоящее время эта тема также является предметом многих научных исследований.
«ЗС»: Наверняка Менделеева интересовали и фундаментальные вопросы?
В. М.: Да, он исследовал вопросы отторжения рассола при росте льда из соленой воды. Этот рассол скапливался на поверхности льда и существенно затруднял скольжение саней по ней. Механизм этого явления до сих пор до конца не изучен, хотя ему посвящено много современных работ.
И, наконец, в работах по расширению газов находим: «С другой стороны, идя от центра Земли к поверхности, давление уменьшается, а вместе с тем газы и пары расширяются, а от того охлаждаются. Так на высоких горах господствует и под экватором вечная зима». Не это ли истоки учения о вечной мерзлоте в горных странах?
«ЗС»: Но когда же началось систематическое изучение вечной мерзлоты?
В. М.: Прежде всего надо понять, какие события послужили толчком к изучению природных явлений на малонаселенных территориях России. Скорее всего, это было столыпинское переселение на Восток и появление революционно настроенной интеллигенции, ссылаемой в Сибирь и на Дальний Восток в начале XX века. Среди ссыльных был и основоположник мерзлотоведения СССР Михаил Иванович Сумгин, сосланный под Тобольск, а затем переведенный в Бомнак Амурского края, где он руководил работой метеостанции и организовал исследование мерзлых толщ.
Эти исследования стали основой его научного труда, изложенного в монографии под названием «Вечная мерзлота почвы в пределах СССР», изданной Дальневосточной геофизической обсерваторией, ранее называвшейся Метеорологическим бюро. Во введении к этой работе Михаил Иванович отметил, что более двухсот лет тому назад миру ученых стало известно о вечномерзлых слоях Земли, и с того времени немало путешественников и ученых посвящали свои силы и время изучению этого явления.