Человеческий опыт взаимодействия со льдом, будь то в горах или на полюсе, представляет собой историю рискованных предприятий, трагедий и научных открытий. Для большинства из нас знакомство со льдом начинается с прикосновения к его фрагментам – через зимнее катание на коньках или через кубики льда в стакане летнего напитка. Но такой опыт вряд ли подготовит к работе в ледяном пространстве размером с небольшой город или даже целый континент.

Красота воды

Участие в американской экспедиции в Антарктике часто подразумевает пребывание на станции Мак-Мердо – самом большом научном центре континента. Мактаун, как называют его местные, расположен на поверхности активного вулкана, а полевой аэродром – на ледяной платформе у границы станции. Эта платформа, известная как шельфовый ледник Росса, по ширине сравнима со Средиземным морем и расположена между горной грядой с одной стороны и дымящимися вулканами с другой. Горы вокруг Мак-Мердо состоят из черного базальта – застывшей магмы, выброшенной вулканами когда‐то в прошлом. Из-за глобального потепления последних лет и уменьшения слоя льда под взлетно-посадочной полосой полевой аэродром немного отполз от станции.

После ратификации Договора по Антарктике в 1959 году двадцать девять стран построили в Антарктике семьдесят научных станций. Но общая численность населения континента никогда не превышала 4000 человек. Мак-Мердо – одна из трех станций, действующих в рамках Американской антарктической программы. В середине лета на ней может находиться более тысячи человек, а зимой – около трехсот. Станция “Южный полюс” расположена от нее на расстоянии полутора тысяч километров на высоте трех тысяч метров. Знаменательное событие лета для ученых и технического персонала на полюсе называется “Марафон вокруг Земли” – так в шутку окрестили костюмированную километровую прогулку или пробежку по “Земному шару” при отрицательной температуре. Станция каждой страны становится отдельным миром со своей специфической культурой. Еда на французской или итальянской станции (от паштетов до ризотто) настолько же отличается от мясного хлеба, пиццы и начос, как различаются полевое оборудование и одежда исследователей. Американские полярники в парках Big Red по сравнению с новозеландцами в строгих черно-зеленых куртках выглядят как пятилетние дети при первом катании на санках.

“Марафон вокруг Земли” в 2010 году, в котором участвовали даже те, кто совсем не хотел бегать

Мак-Мердо – это отправная точка для большинства экспедиций на лед, и место это похоже на вымышленный Мос-Эйсли из “Звездных войн” или кафе “У Рика” из “Касабланки”. Население полностью временное: такие люди, как я и моя группа, находятся здесь проездом к месту полевых исследований и общаются с теми, кто проживает на станции шесть месяцев или более и поддерживает ее функционирование. Многие ждут перелета к месту полевых исследований или домой. Ежегодно несколько экспедиций застревает на станции на месяцы или вовсе так и не добирается до места исследований из‐за проблем с оборудованием или погодных условий. Некоторые прибывают на Мак-Мердо и обнаруживают, что их научный проект не может быть реализован, поскольку не прибыло оборудование или не позволяет погода в месте запланированных исследований.

Лед на станции был моим молчаливым партнером: я наблюдал за ним через панорамное окно научной библиотеки. Я прошел обучение по обустройству лагеря и жизни во льдах, но мне не позволяли отправиться в экспедицию до окончательной проверки нашего снаряжения и получения разрешения на полевые работы. Я неделями бродил вокруг станции с планшетом в руках, делая заметки на всевозможные темы, от состояния снегоходов до экологической безопасности, и беспрестанно проверял и перепроверял путевой лист с описанием оборудования, еды и снаряжения.

Полеты к местам стоянок задерживались из‐за плохой погоды, и население Мак-Мердо разрослось до такой степени, что поиски свободного места в кафе во время ужина тоже стали напоминать мини-экспедицию. Однажды вечером я нашел пустое местечко за столом, где гляциологи и бурильщики льда уже затеяли оживленную беседу. Один из ученых сокрушался, что отсрочка работы на Восточно-Антарктическом ледяном щите разрушает все его планы. Меня привлекли его общительность и удивительные познания о льдах, и после ужина я увязался за ним, чтобы поболтать.

Шридхар Анандакришнан учился в колледже на инженера-электрика, чтобы в будущем разрабатывать оборудование для научных исследований. Он собирался завершить образование в Университете Висконсина, но не имел никакой финансовой поддержки и поэтому стал искать работу на летние месяцы. Сосед по комнате нашел в газете объявление о том, что геологическому факультету нужен человек, который может проектировать и создавать портативные сейсмометры для измерения движений поверхности почвы в отдаленных полевых условиях. Не имея никаких других предложений, Шридхар взялся за эту работу на лето. Он смастерил прибор, и руководитель лаборатории предложил ему присоединиться к их экспедиции во льдах Антарктики. Ученые намеревались использовать его сейсмометр, но только Шридхар знал все тонкости работы прибора, и только он смог бы его починить в случае поломки.

Шридхар описывал момент, когда он ступил на лед Антарктики, как “конец истории”. Он увлекся полярными исследованиями и выбрал в жизни новый путь. Поскольку он сменил поле деятельности с инженерии на лед, ему пришлось срочно проходить весь курс геологии. Но все окупилось, когда он смог сам отправляться в экспедиции и изучать лед на собственном опыте. Работа на льду вызывает у него физическое и интеллектуальное возбуждение. Он буквальное светится, когда говорит: “Где еще можно узнать о нашем мире, живя в лагере в восьмистах милях от других людей?”

В тот момент, когда я познакомился с Шридхаром за ужином, он уже был профессором в Университете Пенсильвании и провел более тридцати сезонов на ледниках Антарктики и Гренландии. Он специализировался на применении высокотехнологичного оборудования для анализа льда и его взаимодействия с океанской водой и коренными горными породами. Сойдясь с Шридхаром поближе, я смог без стеснения задавать ему самые наивные вопросы. Видя мое незнание особенностей ледникового льда, Шридхар улыбался и однажды заметил, что мне следует понять, что “лед горячий”.

Этот гляциологический дзен-буддистский парадокс объясняет странности и особенности льда. Физические свойства молекул воды определяют многие характеристики нашего мира. Вода – чрезвычайно важное вещество, поскольку она существует в твердом, жидком и газообразном состоянии в сравнительно узком диапазоне температур. Понятно, что лед вблизи точки замерзания воды (около нуля по Цельсию) не горячий по температурным показателям. Но из‐за физических свойств молекулы воды лед можно назвать “горячим”, имея в виду температуру, необходимую для его превращения в жидкость. Стальной стержень плавится при температуре около 1200 °C. Чтобы перевести сталь из твердого состояния в жидкое (не говоря уже о газообразном), ее нужно чрезвычайно сильно нагреть. А лед плавится при температуре 0 °C, и это означает, что в обычных условиях он находится гораздо ближе к переходу в жидкое состояние, чем такой материал, как сталь. Для перевода воды из твердого состояния в жидкое требуется лишь незначительное изменение температуры. А поскольку давление и температура связаны между собой физической зависимостью, под давлением лед плавится при еще более низкой температуре. Лед в основании ледников находится под таким давлением, что оказывается непосредственно на границе этого перехода.

Шридхар Анандакришнан в своей стихии

Именно “горячая” природа льда стала причиной одной из самых бурных дискуссий в истории науки. И речь не о каком‐то эзотерическом академическом диспуте – этот конфликт подчеркивает необычность свойств льда.

Епископ города Анси во Франции Луи Рандю интересовался одновременно Творцом и поведением ледников в горах вблизи своего дома на границе со Швейцарией. В 1840 году, поразмыслив о перемещении льдов и разглядывая форму ледников, Рандю выдвинул предположение, что лед движется по наклонной плоскости подобно сгусткам меда. Мед – вязкая субстанция, которая деформируется, когда соскальзывает, растекается и следует топологии поверхности, по которой сползает. Используя эту аналогию, Рандю предположил, что ледниковый лед распространяется так же, заполняя долины со всеми их извилинами и трещинами. Епископ Рандю опубликовал свои выводы в трактате “Теория савойских льдов” и отметил, что ледники обладают “некоторой растяжимостью” и “могут двигаться, как мягкое тесто”. В 1841 году физик Джеймс Форбс узнал о теории Рандю и способствовал ее распространению, выдвинув собственную “вязкую или пластичную теорию передвижения ледников”.

Далее в обсуждение включился лорд Кельвин (Уильям Томсон), позднее прославившийся благодаря своим открытиям в области физики, в том числе в термодинамике. Он работал над теорией поведения ледников вместе с братом. Они обратили внимание, что при повышенном давлении лед плавится при более низкой температуре, чем обычно. Это означало, что в глубинах ледников, где давление выше, лед может превращаться в жидкую воду, при этом оставаясь холодным. В таком случае жидкость в основании ледника служит смазкой между льдом и поверхностью камней под ним, и весь ледник может скользить по этой поверхности. Плавление происходит в любом месте, где лед оказывается под давлением. Внутренности ледника могут плавиться и распадаться на части, и эти части могут сползать вниз с разной скоростью. Братья Томсон предположили, что ледник движется не как единый блок льда; поскольку разные внутренние части ледника находятся под разным давлением и плавятся в разное время, лед трескается и скользит вниз, а при контакте отдельные части могут заново сливаться и смерзаться.

Гордый шотландец, физик Джон Тиндаль, был одновременно активным сторонником идеи Кельвина и ярым противником теории Рандю и Форбса. Вообще говоря, Тиндаль испытывал к Форбсу долгую и глубокую неприязнь. Прежде чем заинтересоваться ледниками, Тиндаль уже атаковал теории Форбса по другим вопросам, в том числе даже по поводу музыкальных инструментов. Тиндаль никогда не упускал возможности напасть на Форбса и выставить его на осмеяние. Тиндаль счел совершенно необоснованным употребление Форбсом термина “вязкий” в отношении ледников. Ему казалось очевидным, что ледники двигаются не как вязкое вещество вроде меда: они трескаются, проскальзывают по жидкой воде в их основании и смерзаются заново, как предположил лорд Кельвин.

Задним числом становится понятно, что все они – Рандю, Форбс, Кельвин и Тиндаль – были в какой‐то степени правы. Выясняется, что ледниковый лед может вести себя и так и эдак. Это не одна материя, это много материй. Частично твердый, частично жидкий, частично пластичный – ледниковый лед может скользить, гнуться, просачиваться и вновь смерзаться. Там, где присутствует жидкая вода, порой происходят странные вещи. Когда находящийся под давлением лед превращается в жидкую воду, отдельные части ледника движутся по отношению друг к другу, как студень. Ледники умеют обтекать препятствия, как река обтекает каменную скалу, а глубокие слои могут выталкиваться на поверхность.