ЛОГИСТИЧЕСКИЙ И НАУЧНЫЙ ПЛАН
по организации мезомасштабного ледового полигона в околополюсном районе Арктики, апрель 2007 г.

Обоснование. В рамках российского проекта МПГ «Панарктическая ледовая дрейфующая экспедиция» (ПАЛЭКС, www.paicex.ru) в апреле 2007 г. в околополюсном районе Северного Ледовитого океана (СЛО) планируется выполнить мезомасштабную съемку гидрофизических, гидрохимических и гидробиологических характеристик в системе «лед-вода». Основная цель экспедиции состоит в сборе информации о состоянии снежно-ледяного покрова и подледного слоя воды, биотических и абиотических компонентах экосистем морского льда и поверхностной водной массы в районе Трансарктического дрейфа.

Выбор района работ неслучаен по двум причинам: научной и логистической.

Во-первых, известно, что многолетние морские льды, образующиеся на акватории СЛО, выносятся из центрального Арктического бассейна, главным образом, через Северный Полюс (СП) в пролив Фрама, поэтому при организации мезомасштабных наблюдений в околополюсном районе можно получить данные, характеризующие процессы в водно-ледовой системе, сформировавшейся ранее в центральном бассейне. Толщина снежного и ледового покровов, их физико-химические характеристики, данные о видовом составе ледовой биоты и планктона, в целом, могут быть индикаторами изменений и «рассказать» о состоянии экосистемы морского льда и приледового слоя воды в СЛО в условиях современного потепления климата.

Во-вторых, для проведения крупномасштабной долгопериодной съемки в этом районе необходимо иметь не одну, а несколько ледовых платформ, на которых может быть выполнено многофункциональное океанологическое исследование. Наблюдения на одном ледовом поле, как это имеет место на традиционных дрейфующих станциях «Северный Полюс», дают ограниченную мелкомасштабную информацию о процессах в пределах одного дрейфующего ледового поля, т.е. в одной точке, что, несомненно, недостаточно для оценки состояния ледового покрова и подледного водного слоя в целом для всего бассейна. Именно использование нескольких платформ позволит получить статистически значимую информацию о мезомасштабных процессах в центральных районах СЛО. Такой подход в исследовании можно выполнить при организации нескольких малогабаритных ледовых лагерей, ориентированных вокруг одной базовой дрейфующей станции в околополюсном районе СЛО.

Организация наблюдений.

Для выполнения исследований в околополюсном районе в апреле 2007 г. необходимо организовать мезомасштабный ледовый полигон, представляющий собой форму креста, в центре пересечения осей которого располагается базовая ледовая станция (БЛС), в данном случае, ледовая станция «Барнео» около 89^° с.ш., а по краям осей четыре ледовых дрейфующих лагеря (ЛДЛ), ориентированных в меридиональных направлениях N,S,E,W и удаленных, приблизительно, на 100 км от БЛС (рис.). На БЛС находится оперативный штаб экспедиции, определяющий и координирующий полевые наблюдения на всех ЛДЛ. Как на БЛС, так и в каждом ЛДЛ работают научные группы, выполняющие полевые работы по единой для всей экспедиции программе научных исследований в период проведения ПАЛЭКС-2007.

Экспедиционный центр «Полюс» доставляет с континента на «Барнео» все необходимое оборудование для организации и проведения наблюдений. После заброса на «Барнео» всего снаряжения и всей научно-технической группы, сначала мы организуем работу ЛДЛ в трех точках в направлении E, S и W, куда вертолетами поочередно забрасываем все необходимое для жизнеобеспечения и начала работы. Рабочая группа на каждой ЛДЛ состоит из трех человек - два от науки и один техник-механик, имеет две палатки - жилую и рабочую, снегоход с санями, обогреватель, генератор и пр. Лагерь - стационарный, это, своего рода, малая дрейфующая станция (Папанинский вариант).

Точку для наблюдений на 90^° организуем после организации первых трех. Группа из трех человек на трех снегоходах стартует от лагеря «Барнео» и движется с научными работами по программе ПАЛЭКС в направлении к СП (около 100 км). По достижению СП здесь оборудуется лагерь. Этот лагерь - подвижный, т.к. он постоянно дрейфует от географической точки полюса на юг, поэтому ежедневно лагерь сворачивается и на снегоходах вновь возвращается с работой к полюсу. Организация этого мобильного лагеря будет несколько другой: здесь три снегохода с санями, оборудованные палатками для жилья и содержания научного оборудования, плюс палатка для гидрологических работ и пр. После завершения работ у Полюса, группа своим ходом на снегоходах возвращается обратно на базовый лагерь, выполняя попутно научные наблюдения.

По окончании наблюдений все экспедиционное оборудование и научные группы эвакуируются вертолетами с ЛДЛ на БЛС, откуда самолетом возвращаются на континент. Общий состав ПАЛЭКС в апреле 2007 г. включает 17 человек: 15 на ЛДЛ (по три сотрудника на каждой из пяти ЛДЛ) и 2 руководителя-координатора на БЛС.

Содержание работ.

Полный научный план ПАЛЭКС отражен на сайте (www.paicex.ru). Здесь кратко перечисляются основные виды работ, используемое оборудование, и периодичность проведения наблюдений.

1. Океанографические наблюдения. Планируется проведение вертикального зондирования CTD параметров в пределах 0-600 м водного слоя с использованием зондов “SeaBird”, а также измерений температуры, солености, рН, растворенного кислорода и ФАР в контактном слое «вода-лед» с использованием автономных гидрофизических зондов (разработка фирмы «Гранит»). Для обеспечения океанографических исследований на базовой станции и на каждой ЛДЛ необходимо иметь лунку с теплой палаткой, оснащенную гидрологической лебедкой типа «Северный Полюс» (разработка ААНИИ). Данное оборудование может использоваться в координации с другими исследованиями. Частота зондирования - один раз в сутки.
2. Гидрохимические наблюдения. Батометрическое зондирование по стандартным горизонтам с использованием 5-л батометров “Niskin” для получения водных проб на предмет измерения концентраций биогенных элементов (кремния и фосфора) в слое 0-300 м. Собранные пробы будут храниться в темном холодном месте, затем доставляться на БЛС и все измерения гидрохимического комплекса будут выполняться в стационарных условиях базовой станции. Для проведения гидрохимических работ необходимо использование гидрологической лунки, оснащенной гидрологической лебедкой. Частота зондирования – раз в 7 дней.
3. Наблюдения за снежно-ледяным покровом. Для измерения пространственно временной изменчивости толщины льда и высоты снега в пределах ледовых полей в районах проведения наблюдений необходимо провести профильные измерения толщины ровного льда; профильные измерения морфометрических характеристик торосов; измерение высоты и плотности снега на ровном и торосистом льду; измерения толщины ровного, деформированного льда и торосистых образований. Для этого на каждой станции необходимо иметь электромеханические или бензо- буры, керноотборники, снегомерные рейки и т.п. Необходимо наличие лабораторного помещения для работы с ледовыми кернами. Частота наблюдений за снежным покровом – раз в 5-7 дней, а ледовым – раз в 10 дней.
4. Наблюдения в нижней атмосфере. Для проведения непрерывных наблюдений за содержанием СО2 в приледовом атмосферном слое, над радиационым балансом подстилающей поверхности, а также измерений тонкой структуры приводного и приледного слоя атмосферы, малых газовых и аэрозольной составляющих атмосферы необходимо размещение аппаратуры на стационарной площадке и жилом помещении.
5. Геохимия загрязнений. Для оценки степени загрязнения аэрозолей, снега, льда, а также роли различных природных и антропогенных источников аэрозолей, роли Арктики в глобальном балансе углерода и загрязняющих веществ необходима организация сбора проб для дальнейшего анализа загрязнения природной среды тяжелыми металлами, органическими углеводородами, хлорорганическими пестицидами и др. загрязняющими веществами. Отбор проб должен производится на каждой станции и на удалении, исключающем локальное антропогенное влияние. Частота сбора – раз в 7 дней.
6. Криобиологические исследования. Наблюдения будут организованы на ледовых полигонах, удаленных от лагеря на 100-200 м для исключения возможного локального загрязнения. Сборы ледовых кернов будут проводиться каждые 5-7 дней. В отбираемых ледовых пробах будут проводиться измерения: толщины, температуры (в условиях ЛДЛ), солености, хлорофилла а, концентрации биогенных элементов, растворенного и взвешенного органического вещества (в условиях БЛС), а также видового состава биоты (в стационарных условиях ИО РАН). Снегоходы необходимы для посещений ледовых полигонов для отбора кернов и транспортировки проб к лагерю, ледовые механические и/или электрические буры типа SIPRE для отбора ледовых кернов, часть холодного и теплого помещения для работы с ледовыми пробами. Эта часть программы может быть скоординирована с другими программами, например, с программой исследования снега и морского льда.
7. Планктонные исследования. Планктонные ловы выполняются послойно сетью Джеди (37х50 см и планктонным газом 150 мкм) без замыкания по стандартным горизонтам: 0-30, 0-50, 0-150 и 0-300 м. Частота сборов: раз в неделю. Собранные пробы будут храниться в темном холодном месте, и все таксономические определения будут выполняться в стационарных условиях ИО РАН. На каждой ЛДЛ необходима лунка с теплой палаткой, оснащенная гидрологической лебедкой типа «Северный Полюс» (разработка ААНИИ) с 3 мм тросом и планктонные сети Джеди. Время работы в гидрологической лунке и использование лебедки может быть поделено в кооперации с другими научными программами.

Руководство экспедицией.

Общее руководство ПАЛЭКС 2007-2008 выполняет д.г.н., специальный представитель Президента РФ за проведение МПГ А.Н. Чилингаров. Для эффективной и плодотворной деятельности ПАЛЭКС создается научно- исполнительный комитет (НИК), в функцию которого входит согласование и координация научных программ, организация полевых наблюдений. В состав НИК входят:

• Мельников И.А., председатель, научный руководитель ПАЛЭКС, д.б.н., г.н.с. ИО РАН
• Соколов В.Т., со-председатель, в.н.с., зав. Лабораторией ААНИИ
• Грузинов В.М., д.г.н., г.н.г., зав. Лабораторией ГОИН
• Сычев Ю.Ф., к.ф.-м.н, «Полярный Фонд»
• Макштас А.П., д.ф.-м.н., в.н.с., зав. Лабораторией ААНИИ
• Шевченко В.А., к.г.-м.н., в.н.с., зав. Лабораторией ИО РАН
• Богданов Л.М., генеральный директор Экспедиционного Центра «Полюс»

Организация наблюдений. Для выполнения исследований в околополюсном районе, необходимо организовать мезомасштабный ледовый полигон, представляющий собой форму креста, в центре пересечения осей которого располагается базовый лагерь «Барнео», а по краям осей четыре дрейфующих лагеря, ориентированных в меридиональных направлениях N,S,E и W. Базовый (центральный) и три лагеря – E, S и W – стационарные, а четвертый – N – мобильный. Поскольку исследования по программе проекта ПАЛЭКС будут проводиться в период МПГ, каждому из четырех ледовых лагерей присваивается имя выдающихся соотечественников-первопроходцев Арктики. Центральный лагерь назван в честь Ивана Дмитриевича Папанина – «Иван», восточный в честь Евгения Константиновича Федорова – «Евгений», южный в честь Петра Петровича Ширшова – «Петр», а западный в честь Эрнеста Теодоровича Кренкеля – «Эрнест». Северный, мобильный, лагерь назван в честь выдающегося норвежского полярного исследователя Фритьофа Нансена – «Фритьоф». В каждом лагере работают научные группы по 3 человека, выполняющие синхронные полевые работы по единой программе научных исследований в период проведения ПАЛЭКС-2007.

Этап 1 (подготовительный)

1-3 апреля. После заброса из Москвы на дрейфующую станцию «Барнео» всего снаряжения и всей научно-технической группы, в 200-300 м от базы «Барнео» строится палаточный «городок» по форме будущего ледового полигона: в центре - палатка оперативного штаба экспедиции (лагерь «Иван»), а по периферии на удалении 50-100 м, соответственно, 4 палатки лагерей «Евгений», «Петр», «Эрнест» и «Фритьоф». В каждой палатке размещается лабораторное и научное оборудование и здесь же проживает научная группа из 3 человек, которым предстоит работать вместе в ледовых лагерях. Рядом будут построены гидрологические лунки, оснащенные лебедкой и палаткой, в которых будут организованы гидрофизические наблюдения. Основная задача на данном этапе – адаптация персонала, тестирование и интеркалибрация гидрофизических зондов, приборов, испытание лебедок и оборудования, проведение тренировочных работ с мотоледобурами и керноотборниками, инструментами и пр.пр.пр. Идея таких тренировок состоит в том, чтобы быть уверенными на 100%, что, как персонал, так и все необходимое снаряжение готово для переброски на точки, где предстоит проведение полевых работ по программе проекта ПАЛЭКС. Все снаряжение, ящики, пакеты и пр., подготавливаемое для работы в лагерях «Иван», «Евгений», «Петр», «Эрнест» и «Фритьеф» должно быть промаркировано, соответственно, заглавными буквами этих имен: «И», «E», «П», «Э» и «Ф», чтобы избежать ошибок и путаницы при погрузках в вертолеты и транспортировке к месту работы.

Этап 2 (организация ледовых лагерей)

4-6 апреля. После рекогносцировки и анализа состояния ледового массива в районе дрейфа станции «Барнео», на удалении 20-25 км от базового лагеря будут выбраны льдины, на которых будут организованы три стационарные ледовые лагеря в направлении E, S и W. Последовательность организации лагерей: сначала «Евгений», затем «Петр» и потом «Эрнест». Заброска снаряжения и персонала производится вертолетами. В организации каждого лагеря участвует весь свободный от вахт персонал экспедиции. В каждом лагере устанавливается жилая палатка, где также размещается научное оборудование. Рядом с жилой палаткой, на удалении 25-30 м строится гидрологическая лунка, оснащенная палаткой с печкой и лебедкой, а также устанавливается палатка для хранения ящиков, собранных материалов и прочего неиспользованного оборудования. Кроме научного оборудования, а также GPS и связь «Иридиум», каждый лагерь имеет две печки, генератор, шнековый мотоледобур, продукты питания на 25 суток для 3 человек, неприкосновенный запас на 3 суток, спальные принадлежности, аптечку, горючее для печек и генератора.

Этап 3 (проведение научных наблюдений)

7-21 апреля. Все наблюдения в лагерях «Иван», «Евгений», «Петр» и «Эрнест» выполняются синхронно и последовательно в соответствии с научной программой ПАЛЭКС. Координация работ осуществляется из оперативного штаба, с которым поддерживается ежедневная спутниковая связь и куда стекается вся информация о состоянии персонала, координатах дрейфа, погоде, предварительные результаты наблюдений и др. Мобильная группа «Фритьоф», оснащенная тремя снегоходами «Буран» с санями и необходимым снаряжением для жизнеобеспечения и проведения научных наблюдений, начинает полевые наблюдения синхронно с полевыми наблюдениями в лагерях «Евгений», «Петр» и «Эрнест». В период с 7 по 14 апреля эта группа проводит полевые работы на разрезе по маршруту лагерь «Иван» - лагерь «Евгений», лагерь «Иван» - лагерь «Петр» и затем лагерь «Иван» - лагерь «Эрнест». Проведение полевых работ на разрезе в направление к Северному Полюсу будет зависеть от географической удаленности станции «Барнео», состояния ледового массива по маршруту к СП, состояния техники, персонала и др. факторов. Решение о проведении работ по этому маршруту будет принято после анализа всех текущих факторов на месте.

Этап 4 (заключительный)

22-29 апреля. В этот период персонал ледовых лагерей подготавливается к эвакуации на станцию «Барнео»: производит очистку территории лагеря от мусора, подготавливает оборудование и все снаряжение к транспортировке, готовит собранные пробы и полученные материалы исследований к отправке на станцию «Барнео». Эвакуация персонала и оборудования из района дрейфа лагерей на «Барнео» будет выполняться вертолетами, а с «Барнео» на континент – самолетом.