Текст книги "Дорогами подводных открытий"

Автор книги: Владимир Ажажа

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 11 страниц)

Путь в третье измерение

Где-то там был этот огромный мир, существующий независимо от нас, людей, и стоящий перед нами как огромная вечная загадка, доступная лишь частично нашему восприятию и нашему разуму.

А. Эйнштейн

На пути человеческого познания океан всегда создавал многочисленные препятствия. Штормы и огромные расстояния делали мореплавание ненадежным и опасным делом. Даже при современном уровне техники в море ежегодно гибнет 200–300 судов. Для водолаза море всегда было враждебной средой, где давление, холод и темнота уменьшали или вовсе отбивали охоту к погружениям в его глубины. Даже рыбак, добывающий пропитание из моря, все еще вынужден действовать вслепую: он единственный в мире охотник, который не видит и не знает своей добычи. И наконец, последнее, и не менее важное, – океанолог пока еще более или менее наугад погружает в воду свои приборы. Его можно сравнить с исследователем, который приступает к открытию нового континента с совершенной аппаратурой, но с невидящими глазами. По этой причине океанология отстает от других естественных наук.

Известно, что 90 процентов всей информации исследователь-географ обычно получает, опираясь лишь на собственное зрительное восприятие. И здесь океанолог, поставленный в самые невыгодные условия, вынужден проявлять чудеса изобретательности по сравнению с учеными других специальностей, изучая глубины «заочно», большей частью по косвенным данным.

Однако тот факт, что, работая в трудных условиях и несовершенными методами, океанологи сумели многое узнать, делает честь их изобретательности и настойчивости. Советские ученые, например, в экспедициях на «Витязе» в 1949 году первыми открыли жизнь на глубинах 10 километров и опровергли тем самым господствовавшее ранее представление о безжизненности ультраабиссальной (сверхглубокой) зоны, «Витязем» же было обнаружено самое глубокое (средствами надводных судов) нахождение рыбы в Курило-Камчатском желобе (глубина 7230 метров) и в Японском желобе (глубина 7587 метров). Исключительное значение имеют советские исследования течений на различных глубинах, Выяснилось, что даже в самых глубоких океанических впадинах нет застойных вод. С борта «Витязя» и других судов было проведено немало глубоководных тралений, которые можно считать рекордными. Так, в Тихом океане вблизи островов Тонга было проведено удачное траление на глубине 10 700 метров. Эти результаты говорят сами за себя.

Но, как свидетельствуют факты, техника и методы, применяемые для исследования глубин, зачастую не показывают истинной картины того, что происходит под водой, дают исследователю случайные данные, на основе которых могут возникнуть ложные предположения, выводы и даже целые теории.

Вот несколько примеров. Один из показателей биологической продуктивности океана – планктон. Его количество обычно определяют с помощью планктонной сети, процеживая вертикальный столб воды снизу доверху или захлопывая сеть на нужном горизонте. Применяют также буксировку планктонной сети за судном на заданной глубине. Взвесив улов, рассчитывают количество планктона на единицу объема или площади данного района, то есть его биомассу. Через несколько миль или десятков миль операцию повторяют, опять-таки принимая распределение планктона в толще воды равномерным. Данные наносятся на карты, попадают в научные отчеты и труды. Пишущему эти строки и в голову не приходило усомниться в их достоверности, пока во время погружений «Северянки» не увидел воочию, что планктонные организмы держатся облакообразными скоплениями разной величины и плотности. Пройдет сеть сквозь ядро скопления – один результат, а если окажется за его пределами – совсем другой.

Сейчас крупной научной и хозяйственной проблемой биологии моря является бонитировка Мирового океана, то есть определение его биологической продуктивности по разным видам живых организмов, районам и сезонам года. Морские биологи уже сделали первые оценки биологической продуктивности океана. Выяснилось, например, что в воде обитает около 30 миллиардов тонн живых организмов. Свыше двух третей этого количества составляет зоопланктон. Поскольку данные получены показанным выше несовершенным способом, нет сомнения в том, что они нуждаются в корректировке.

Далее. Вряд ли можно судить и о составе грунта на каком-либо участке дна, особенно вблизи берега, по данным единичной пробы. Наблюдая через иллюминаторы «Северянки» во время ее посадки на грунт, мы убедились, что, как правило, даже на незначительных площадях, равных нередко нескольким квадратным метрам, грунт неоднороден. Песок, ил, глина и другие мягкие отложения сплошь и рядом чередуются со скоплениями ракуши, гравия, гальки, а иногда и валунов. Стало понятно, почему нередко одни и те же приборы, дважды опускаемые с поверхности, казалось бы, в одном и том же месте, приносят различные пробы грунта. Думается, что даже сочетание разных опускаемых за борт приборов (трубок, дночерпателей, драг или тралов) не всегда позволит составить правильную картину распределения донных отложений. Однако полученные таким способом данные наносятся на карты, группируются в атласы, рекомендуются морякам.

Чрезмерно трудно работать на больших глубинах с дночерпателями, писал академик Л. А. Зенкевич. Сотрудник института океанологии Г. Н. Беляев указывает, что с глубины более 10 километров удалось взять одну-единственную пробу, да и то после трех безуспешных попыток. Чтобы брать пробу грунта с больших глубин дночерпателем, нужен длинный трос, к тому же это устройство применимо только на мягких грунтах и имеет недостаточную глубину захвата. Да и площадь захвата тоже невелика – всего несколько квадратных дециметров. Ясно, что такая проба не может дать достаточного статистического материала для подсчета, например, биомассы. Даже приблизительная ее величина будет содержать большую ошибку. Тем не менее в большинстве случаев из-за недостатка времени и больших трудностей приходится ограничиваться именно одной пробой.

Удалось также подсмотреть, но на этот раз водолазам, что опускаемые на тросе батометры, принимая в себя порцию придонной воды, перемешивают и взмучивают ее. Стоит ли говорить, что последующий лабораторный анализ такой пробы не отразит действительного состава воды.

Еще больше мути – целые облака – поднимает, двигаясь по дну, драга или трал. Не раз в составе группы аквалангистов я наблюдал, прицепившись к тралу, как его нижняя часть, словно нож бульдозера, сдирает верхний покров дна, как удирают рыбы – и лишь немногие попадают в разверстое устье трала.

Стало ясно, что трал, как и любая другая буксируемая ловушка, – устройство довольно грубое, нарушающее целостность верхнего слоя дна и способное поймать далеко не всех встречающихся на пути живых существ.

В 1934 году американский биолог Уильям Биб опускался в батисфере в районе Бермудских островов, где ему часто приходилось заниматься глубоководным тралением. И уже в первые минуты погружения он убедился, что знания его во многом ошибочны. А он был уверен, что хорошо изучил эти воды. Вот что сообщал Биб с глубины 600 метров:

«В наши глубоководные сети попадает лишь ничтожная доля того, что они встречают на своем пути». И еще: «Приходится признать, что все наши глубоководные драгирования еще не дали нам сколько-нибудь исчерпывающих знаний о жизни в толще морских вод; хуже того – они во многом ориентировали нас неправильно». А вот признание датского океанографа Антона Бруна, руководителя экспедиции на научно-исследовательском судне «Галатея» в 1950–1952 годах: «Все наши современные орудия глубоководного лова еще крайне примитивны и несовершенны». Работая в районе Филиппинских островов, «Галатея» провела шесть тралений; в одном случае запутался буксирный трос, в другом – трос оказался слишком коротким и сеть не достигла дна, в третьем – испортилась погода. И только три более или менее были удачные. Все это показывает, что успех подобного рода операций во многом зависит от случая.

Или совсем недавний пример, показывающий, что точность добытых и зафиксированных надводными судами «фактов» быстро падает с увеличением глубины. Систематически надводные исследовательские суда США изучали ветвь Гольфстрима, огибающую полуостров Флорида. Этот район обследовался из года в год, и к сентябрю 1968 года были накоплены обширные данные по батиметрии Флоридского пролива. Однако достаточно было двух восьмичасовых погружений американской научно-исследовательской подводной лодки «Алюминаут», выполненных исследователями университета города Майами, чтобы опрокинуть сложившиеся до этого представления. Океанографы А. Ноймэн и М. Болл, наблюдая через иллюминаторы знаки ряби, оставленные потоком воды на дне, установили, что в районе мористее Майами на глубинах от 825 до 460 метров под основной, идущей на север ветвью Гольфстрима существует постоянное южное противотечение. Правда, о нем знали и раньше, но не считали его постоянным: считали, что направленные к югу струи возникали в результате приливов-отливов.

Тот же «Алюминаут» был зафрахтован для поиска судна, затонувшего в одном из районов между портами Майами и Нассау. Перед поиском надводные суда произвели тщательную гидроакустическую съемку района эхолотами. Полученная таким способом батиметрическая информация показала, что дно относительно плоское с небольшим уклоном к северу. Но, погрузившись на глубину 760 метров, «Алюминаут» тут же встретил изрезанную горную цепь, протянувшуюся в направлении север – юг. Скалы возвышались на 90-150 метров над дном, были довольно крутыми, со склонами 35–45 градусов. Эти условия значительно изменили план подводного поиска, и в течение тридцатишестичасового маневрирования в прямоугольном районе площадью 16 квадратных километров объект размером с футбольное поле остался необнаруженным. Причина этому – резкое несоответствие встреченных физико-географических условий предсказанным.

Но вернемся еще раз к представителям глубоководной фауны. Животных, пойманных, например, в экваториальной полосе на больших глубинах (если их все-таки удалось поймать), нередко к разочарованию исследователей вынимают из траловой сети мертвыми или умирающими. Причем разница давления убивает их в меньшей степени, погибают они в основном из-за разницы температуры между ледяной водой глубин и теплой водой поверхностных слоев, которые в тропиках нагреваются до тридцати и более градусов.

И, конечно, при всем этом можно и нужно предполагать, что существуют морские животные, которые до сего времени успешно избегали ловушек, опускаемых в глубины человеком. Об этом свидетельствуют, например, встречающиеся в желудках кашалотов части крупных кальмаров, которых никто никогда не видел живыми. Полагают, что самые крупные экземпляры этих гигантских кальмаров достигают 17–19 метров.

Иногда исследование глубин с надводных судов сравнивают с попыткой изучить поверхность суши с дирижабля, находящегося над облаками, из-за которых не видно земли. Теоретически можно, разумеется, получить некоторое представление о поверхности суши при помощи радиолокаторов, установленных на дирижабле, или протаскивая сети на длинных тросах. А практически? Попробуйте с помощью подобных сетей поймать, предположим, зайца или даже черепаху, если вы понятия не имеете, как ползет сеть по земле, на которой, кстати говоря, есть горы, леса, реки, озера…

Словом, о толще океана, вертикальная протяженность которой в среднем составляет 3600 метров, мы располагаем пока очень малым объемом документальной информации, чтобы иметь о ней и обо всем, что с ней связано, более или менее точное и полное представление. Очевидно, такое положение сохранится недолго, так как ныне Мировой океан все больше и больше становится объектом пристального изучения по широким научным программам. В этих программах наряду с традиционными методами и техническими средствами изучения достойное место займут новые, в том числе подводные, суда и лаборатории различной формы и назначения.

Они позволяют приблизить исследователя к объекту изучения, придавать самому исследованию более активный характер и получать более надежные и достоверные данные о среде, которая играет важную роль в жизни планеты Земля. И наконец, последний довод в пользу широкого привлечения подводных судов для изучения океана. Этот довод – в самом человеке, вечном романтике, который для удовлетворения своего любопытства всегда готов идти на любые трудности.

Но как жить под водой человеку – теплокровному, дышащему воздухом высшему существу, организм которого в течение миллионов лет эволюции приспосабливался для жизни на суше?

Существуют два подхода к реализации этой проблемы: первый – адаптация, то есть приспособление человека к подводной среде, и второй – изоляция его от воздействия глубины. Мы рассмотрим второй путь, то есть изоляцию от глубины, и, главным образом, как этот путь реализовался в плаваниях научно-исследовательских подводных лодок.

Изоляция от глубины

Разум показывает человеку не только внешний вид, красоту и доброту каждого предмета, но и снабдевает его действительным оного употреблением.

Козьма Прутков

Известное, но довольно редко применяющееся средство, защищающее водолаза от давления, – жесткий скафандр. Это пустотелый металлический панцирь, по форме напоминающий человеческую фигуру. К цилиндрическому «туловищу», снабженному в верхней части иллюминаторами для наблюдения, с помощью шарниров прикреплялись толстые суставчатые конечности – руки и ноги, а на месте пальцев монтировались клещи или другой инструмент. Скафандр оснащался баллонами с запасом кислорода, которым водолаз дышал при атмосферном давлении. Связь с поверхностью осуществлялась по кабелю. В случае запутывания водолаз мог обрезать кабель ножом и всплыть самостоятельно, продув собственную балластную цистерну. Однако конструкторы пока не смогли решить проблему преодоления внешнего давления воды на значительных глубинах. Уже примерно на 100 метрах оно заклинивает подвижные шарнирные сочленения, и водолаз превращается в неподвижного и пассивного наблюдателя.

Жесткие скафандры не нашли широкого применения, но сама идея не отброшена и поиски в этом направлении продолжаются.

Другое направление поисков – это разработка более крупных и более прочных, чем жесткий скафандр, герметичных камер с наблюдателем внутри. Глубоководные погружения в таких камерах стали возможны благодаря появлению автономных устройств восстановления и очищения воздуха, а также источников света, позволяющих вести наблюдения на больших глубинах. Такие наблюдательные камеры, опускаемые на тросе с надводного судна, представляют собой толстостенный стальной сосуд, имеющий иллюминаторы и входной люк. Их внутренний объем позволял наблюдателю располагаться внутри камеры с большими удобствами, чем в жестком скафандре.

Известно, что сферические сосуды оказываются самыми прочными при воздействии внешнего давления. Поэтому глубоководные камеры, в которых исследователи достигли наибольших глубин, имеют предложенную еще в начале XX века К. Э. Циолковским шарообразную форму. Отсюда и название таких камер – батисферы (от греческих «батис» – глубокий и «сфера» – шар). Их существенный недостаток – трудность размещения наблюдателей и приборов из-за сферичности стенок.

Более удобны привязные цилиндрические камеры со сферическими днищами – гидростаты (от греческого «гидра» – вода и «статос» – стоящий).

В 1934 году американские исследователи В. Биб и У. Бартон достигли в батисфере «Век прогресса» глубины 923 метра, а в 1949 году У. Бартон опустился на 1375 метров. Эти исследователи видели много интересного в глубинах, однако из-за огромного риска такие погружения были единичными подвигами ученых-энтузиастов.

Гидростаты для подводных наблюдений применяются и сейчас. В нашей стране для этой цели использовался гидростат ГКС-6, а затем ему на смену в 1960 году пришел «Север-1», рассчитанный на глубину до 600 метров. Он эксплуатируется и поныне Полярным научно-исследовательским институтом рыбного хозяйства и океанографии (ПИНРО). Оригинальный буксируемый гидростат, названный батипланом «Атлант-1», принадлежащий Атлантическому институту рыбного хозяйства и океанографии (Атлантниро), имеет форму планера и снабжен горизонтальными рулями и вертикальным рулем для изменения глубины и курса по желанию наблюдателя. С помощью этих гидростатов удалось получить интересные данные о жизни и поведении промысловых рыб, их реакции на различные раздражители, оценить работоспособность и выявить недостатки конструкции различных орудий лова.

В последние годы стали появляться привязные гидростаты, имеющие собственный двигатель. Таким, в частности, является японский гидростат «Куросио-1». Благодаря двигателю этот гидростат может в определенных пределах маневрировать около грунта подобно маятнику.

Однако и эти средства изучения глубин не получили широкого развития и вряд ли их число на земном шаре превышает два десятка. Причин этому несколько. Первая – все тот же психологический барьер, то есть недооценка подводных методов исследований. Вторая – сравнительная неподвижность гидростата, опущенного на тросе. Успех наблюдений здесь зависит от случайности: попадется ли в поле зрения что-либо заслуживающее внимания или нет – ведь привязной аппарат не способен плыть и искать. И третья причина – это трос или его сегодняшняя разновидность – кабель-трос, служащий для удержания аппарата, снабжения его энергией и для связи.

Многим океанологам хорошо известны неприятности, возникающие при работе с оборудованием, опущенным близко к поверхности дна на длинном тросе или кабель-тросе. Поскольку дно моря бывает обычно таким же неровным, как и любой участок суши, то оборудование, подвешенное на тросе, недолго сохранится в целости, особенно если оно при качке ударяется о скалистый грунт или волочится за судном по неровной поверхности дна. Оборудование (или сам кабель-трос) часто запутывается. Но это полбеды. Хуже, когда в случае разрыва кабеля оно теряется.

Другая опасность в том, что кабель-трос, на котором подвешено оборудование, приходится использовать и во время качки. Это создает в кабеле чрезвычайно сильные напряжения, и при определенных условиях он может разорваться.

Здесь уместно привести цифры, характеризующие так называемые гидродинамические пиковые силы, создаваемые волнением моря. Они особенно опасны во время подъема и опускания приборов и наблюдательных камер. Так, средняя величина пиковой силы засасывания при волнении 5 баллов составляет примерно 10 000 килограммов. Пиковые силы изменяются от 9000 до 18 000 килограммов, а в отдельных случаях могут достигать еще большей величины.

Затруднения часто возникают и при одновременном спуске удерживающего троса и электрического кабеля. Были случаи запутывания, и подача энергии прекращалась.

Из отчета В. Биба следует, что его батисфера ни разу не коснулась дна. Он считал, что это было бы небезопасно для кабины, разделяющей до какой-то степени колебания надводного судна. Он говорит, что ошибки в расчете длины троса при погружении на дно могут привести к тому, что излишки его соберутся на дне, трос ослабнет и может запутаться за какое-либо подводное препятствие. По этой причине батисферу опускали в средние слои океана и ни в коем случае не до самого дна. И все равно В. Биб неоднократно упоминал о подавленности, которая охватывала его в батисфере и мешала сосредоточиться для наблюдений.

Американец Р. Терри описывает случай запутывания троса, происшедший не так давно со сферой, несущей внутри фотоаппарат. Принадлежавшая Южнокалифорнийскому университету, эта сфера была названа бентографом и несколько лет успешно эксплуатировалась для фотографирования морского дна. Однажды у берегов Южной Калифорнии бентограф был спущен в одно из глубоких мест океана. Когда стали поднимать аппарат, почувствовали, что трос за что-то зацепился, исследовательское судно «Велеро» оказалось как бы на прочном якоре. После нескольких часов бесплодных стараний поднять сферу трос оборвался, похоронив дорогостоящее устройство на дне Тихого океана.

Считается, что безопасность опускаемых на тросе аппаратов значительно возрастет при использовании нейлоновых канатов. Нейлон практически не имеет веса в воде – в этом его преимущество. Кроме того, эластичность таких канатов должна смягчать толчки. Однако возникает опасение, что из-за эластичности нейлона кабина будет прыгать вверх и вниз, как на резиновой подвеске. Несмотря на прочность, нейлон быстро истирается и легко режется; тепло, образующееся при трении, способствует его разрушению.

Японский исследователь Наочи Нноуи, работавший на «Куросио-1» в 1961 году, заявил, что операции на глубине были не только дорогостоящими, но часто и опасными, особенно в тех случаях, когда требовалось перемещать аппарат по дну со скалистым рельефом. Н. Иноуи говорит об опасности, несмотря на то, что гидростаты последних конструкций снабжены устройствами для отдачи аварийного груза и самостоятельного всплытия на поверхность.

Следующая ступень в развитии подводных наблюдательных устройств с прочным корпусом – это исследовательские подводные лодки. Они призваны решать уже качественно новую задачу: активное исследование Мирового океана во всем диапазоне глубин. Подводные лодки помогут океанологии, надежно обосновавшейся пока в двух измерениях – на поверхности моря, проложить путь в третье измерение – в глубину.

Впрочем, сама идея использования для подводных исследований специально оборудованных судов не нова. О ней говорили еще в средние века. Например, английский епископ Джон Уилкинс в книге «Математическая магия», опубликованной в 1648 году, описывает огромный подводный корабль, который «окажет неописуемую пользу для подводного исследования». «Я подразумеваю не только сокровища погибших кораблей, – пишет Уилкинс, – но и те многообразные естественные богатства, которые находятся в глубинах морей и которые гораздо легче найти и извлечь со дна моря с помощью указанного корабля, чем обычным способом, ныряя с лодки». И наконец: «Произведенные наблюдения будут записаны, а затем, если это окажется необходимым, напечатаны. Многочисленные семьи смогут проводить всю свою жизнь на подводном корабле; дети их появятся на свет и даже вырастут, не зная, что такое земля, до того дня, когда они, обнаружив мир, существующий над водой, будут изумлены до глубины души».

Мечты о создании подводных исследовательских кораблей сменяли одна другую. Но обратимся к сегодняшнему дню, когда они, наконец, начали воплощаться в действительность.