Глава девятая «Миры» На Байкале

К сожалению, после знаменитого похода на Северный полюс, когда мы всему миру доказали, что являемся ведущей державой в области гидронавтики, аппараты «Мир» оказались никому не нужны. Руководство Института океанологии решило отдать в длительный фрахт судно, специально оборудованное для работы с «Мирами», – НИС «Академик Мстислав Келдыш». В итоге аппараты, защитившие престиж страны, были обречены пылиться невостребованными в ангаре.

И здесь я вспомнил, что известный бизнесмен М. В. Слипенчук пару лет назад предлагал мне поработать с «Мирами» на озере Байкал. В то время у нас были планы на экспедиции с аппаратами, а сейчас я решил, что работы на Байкале – хорошее решение в данной ситуации. Михаил Викторович Слипенчук принимал участие в экспедиции на Северный полюс и частично ее спонсировал. Там мы и начали переговоры о Байкале, а по возвращении в Москву продолжили. В результате договорились о проведении работ в течение одного лета 2008 года, но в связи с тем, что судно обеспечения для работ в океане было для нас недоступно, экспедиция на Байкал продолжилась еще на два сезона – до конца лета 2010 года.

Я был бессменным руководителем работ на Байкале в 2008–2010 годах с применением аппаратов «Мир». Финансировались исследования Фондом содействия сохранению озера Байкал и велись в основном сотрудниками Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН (ИО РАН) и Лимнологического института Сибирского отделения РАН (ЛИН СО РАН).

Первые исследования Байкала относятся к началу XIX века, когда там открыли водомерные посты. Научные наблюдения были обусловлены потребностями человека в использовании природных ресурсов и не отличались систематичностью. Измерения проводились попутно с географическими работами, а озероведение в основном развивалось в связи с запросами рыболовства. Но со временем лимнология оформилась как самостоятельная область науки, и исследования Байкала приобрели комплексный характер, особенно после создания Лимнологического института. Вскоре появился и научный флот, была организована водолазная группа, которая проводила непосредственные визуальные наблюдения на небольших глубинах. Активное участие в изучении Байкала принимали и другие учреждения Сибирского отделения академии наук: Институт земной коры, Институт геохимии, а также ученые и студенты Иркутского университета и других организаций. Благодаря этим многолетним исследованиям накопился большой объем данных о природе озера, его геологическом строении, биологической активности и др. Настоящим прорывом в изучении Байкала стала экспедиция 1977 года с применением подводных обитаемых аппаратов «Пайсис-VII» и «Пайсис-XI» (с рабочей глубиной до 2000 м), организованная ИО РАН и ЛИН СО РАН. Исследования на «Пайсисах» продолжились и в международной экспедиции 1990–1991 годах, в которой участвовала большая группа американских ученых.

Применение подводных обитаемых аппаратов позволило по-новому взглянуть на природу озера, проследить развитие этого мощного тектонического разлома посреди континента, постоянно находящегося в движении и медленно раздвигающегося в поперечном направлении. Ученые впервые смогли сами взглянуть на обнажения горных пород на дне, провести прямые палеолимнологические исследования с прицельным отбором геологических и биологических образцов, с видео– и фотосъемкой, с гидрофизическими, гидрохимическими измерениями и т. д. И вот спустя 17 лет в изучении подводного мира Байкала приняли участие глубоководные обитаемые аппараты нового поколения «Мир-1» и «Мир-2». И дело не только в их глубине погружения (6000 метров), но и в том, что благодаря своему хорошему техническому оснащению они давали возможность проводить научные работы на качественно другом уровне, позволяющем обнаруживать и изучать аномальные явления на дне с обеспечением точной навигационной привязки. Кроме того, и ученые, и пилоты аппаратов прошли уже большую школу комплексных глубоководных исследований в пучинах океана.

Но до того, как начать погружения аппаратов на Байкале, необходимо было проделать большую работу по оборудованию плавучей базы, на которой «Миры» должны были находиться и с которой должны были производить работы: спускаться на воду, а после погружения подниматься на борт. Для этих целей была переоборудована речная баржа, которая была соответствующим образом забалластирована, на ее палубе были оборудованы платформы и съемные ангары для размещения «Миров». На палубу был помещен 100-тонный автокран. В небольших помещениях, имевшихся на палубе баржи и под ней, были оборудованы Лаборатории навигации, связи, фотолаборатория, механическая мастерская и т. д. Все это было сделано в очень короткие сроки, ибо уже в июне 2008 года состоялись первые погружения. Претерпели некоторые изменения и аппараты «Мир», так как для корректировки их плавучести под пресную воду необходимо было добавить синтактика, а также заменить или снять тяжелое оборудование. Все это было сделано также в сжатые сроки, и плавучесть аппаратов осталась на том же уровне, что и в морской воде.

Основным направлением наших работ на Байкале стал поиск областей разгрузки углеводородов на дне, мест сочения метана и возможных гидротермальных излияний, вокруг которых часто образуются бактериальные маты и поселяются специфические животные, существующие за счет метанотрофии и хемосинтеза. Во время экспедиций 2008–2010 годов было совершено 178 погружений на «Мирах», главным образом в средней и южной частях озера. В 2010 году несколько погружений сделали и в северной части Байкала – в бухте Фролиха. В 2008 году в первой экспедиции мы работали на 14 полигонах, погружались 53 раза и провели под водой более 300 часов, 192 из которых – на грунте. Один из важнейших результатов того периода – локализация зон глубинных нефте– и газосодержащих флюидов на дне озера и определение интенсивности их разгрузки.

Мыс Горевой Утес. В 2005 году в этом районе, примерно в 10 километрах от берега, ученые Лимнологического института зафиксировали большие пятна нефтяных пленок, распространяющиеся на поверхности в радиусе до 1 километра. Во время работ на «Мирах» мы также нашли локальные места разгрузки нефтесодержащих флюидов, отобрали пробы для определения фоновых концентраций углеводородов, пробы планктона, ихтиопланктона и донных животных. В фоновой области, непосредственно прилегающей к району высачивания нефти и газа, а также в самой зоне нефтепроявлений отмечено большое количество «морского снега» (скопления планктона) во всей толще воды, от глубины 100–150 м до самого дна. В диапазоне глубин 863–877 метров донные осадки представлены современными светло-коричневыми илами и глинистыми бело-голубыми и оливково-серыми ледниковыми отложениями, обнажившимися в результате схода со склона оползня. Рельеф дна неровный, холмистый, с перепадами высот до 100 метров. Здесь мы увидели отдельные холмы высотой до 1 метра и диаметром до 3 метров, покрытые темно-коричневыми и черными корками, а также стенку высотой около 1 метра и длиной до 5 метра, образованную более мелкими холмами с тонкими коническими постройками, похожими на потухшие «курильщики». Они были плотно заселены амфиподами, планариями и моллюсками. На глубине 869 м обнаружили темно-коричневую трубку высотой 1,5 метра и диаметром 2 метра (напоминающую гидротермальную) из битума, асфальтенов и парафинов. Из ее верхней части каждые 24–28 секунд высачивались капли (диаметром 0,5–1 сантиметра) коричневой нефти, которые быстро поднимались к поверхности. Из этой же постройки с периодичностью 20–30 секунд выделялись пузырьки газа. Нефть сочилась также из небольших битумных построек на глубине 899 и 906 метров. Во время погружений экипажи «Миров» измеряли температуру в местах сочения нефти и маркировали постройки для последующих наблюдений. Иногда, если нарушалась целостность поверхности осадка манипулятором или касались илистого слоя лыжи аппаратов, происходили выбросы нефти и газа. Разгрузка газо– и нефтесодержащих флюидов наблюдалась и из многочисленных воронок диаметром 5–40 сантиметров.

В районах высачивания нефти и газа из иллюминаторов аппаратов проводились визуальные наблюдения за обитателями подводного мира. Исследовались вертикальное распределение планктона и ихтиопланктона, поведение и ориентация в пространстве массовых эндемичных видов рачков Macrohectopus branickii и Epishura baicalensis, а также рыбки голомянки рода Comephorus. Все они входят в состав единой пищевой цепи в сообществах склоновых и центральных областей Байкала. Оказалось, что в верхних слоях воды (0–350 м) нет крупных пелагических (живущих в верхних слоях вод) животных. Лишь на глубине около 400 метров появляются единичные экземпляры довольно большого (25–35 мм) рачка Mbranickii, ориентированного головой вниз, и с увеличением глубины его численность возрастает. На расстоянии около 100 метров от дна наблюдалась разноразмерная популяция рачков, при этом более мелкие особи были также ориентированы головой вниз. В придонном слое (несколько метров от дна) голомянки ныряли в ил, взмучивая его хвостовым плавником и оставляя на поверхности осадка специфические следы, а иногда прятались в норки. Одновременно на дне в поле нашего зрения присутствовало пять-шесть особей разной величины. Подобное распределение и поведение голомянок в придонном слое на довольно большой площади отмечалось впервые. Биологи пришли к выводу, что эти рыбы не принадлежат к чисто пелагическим обитателям Байкала. При визуальных наблюдениях с аппаратов определяли и видовой, и размерный состав массовых эндемичных видов в придонной области и на поверхности осадков, а также поведенческие реакции различных ракообразных, коттоидных рыб (бычков-подкаменщиков) и ресничных червей (турбеллярий). Мелкие разноногие рачки (амфиподы) зарывались в ил и находились в нем достаточно длительное время. Некоторые особи были белого цвета, что характерно для представителей абиссальной фауны. Крупные же амфиподы различались по окраске и поведению: некоторые рачки сидели на небольших холмиках, другие активно передвигались по поверхности дна.

Важнейшим фундаментальным открытием, сделанным во время работ в 2009 году, стало обнаружение в этом районе большого поля холмов, состоящих из твердых ледоподобных газогидратов, слегка припорошенных осадками. Грязевой вулкан нашли ученые из Лимнологического института в 2002 году. Однако в течение семи лет никто и не подозревал о существовании там монолитных газогидратов. Это открытие выходит далеко за рамки исследования собственно Байкала. Газовые гидраты – кристаллические соединения метана с водой – емкий резервуар энергетического сырья. В одном кубометре гидрата содержится до 162 м³ газа. По современным оценкам, ресурсы метана в природных газовых гидратах Мирового океана могут превышать ресурсы всех горючих полезных ископаемых на суше. В 2010 году мы продолжили работу вблизи грязевого вулкана Санкт-Петербург. Был обозначен газогидратный район размером 100?100 метров, на территории которого располагались три больших и множество мелких газогидратных холмов. Кроме того, под небольшим слоем осадка там практически везде залегают монолитные газогидраты, в том числе и на относительно ровном дне у подножия холмов. Наблюдались и струйные высачивания метана из осадка. Именно они формировали на экране эхолота специфический газовый факел. При многочисленных погружениях «Миров» были отобраны пробы грунта, воды и бентосных животных. Во многих местах разгрузки глубинных флюидов встречались пленочные бактериальные маты, покрывающие газогидраты. Здесь же были обнаружены желеподобные органические образования, представляющие собой небольшие комочки размером 1–3 сантиметра. Изотопный анализ, сделанный в ЛИНе, показал, что и бактериальные маты, и желеподобные комочки существуют здесь за счет метанотрофии. Геотермическими исследованиями установлено лишь небольшое превышение геотермического градиента над фоном, что нетипично для активного грязевого вулканизма. Это очень важная информация, которая позволяет сделать вывод о преимущественной роли фазового состояния метана, формирующего газогидраты. На полигоне получены данные о высоком потоке метана непосредственно из осадка в воду и незначительном потоке кислорода в осадок.

В экспедициях 2008–2009 годов под руководством А. Н. Рожкова (Физический институт РАН) разрабатывалась методика поиска газогидратов по аномалиям метана в воде с помощью датчика, установленного на ГОА «Мир». Так был обнаружен первый газогидратный холм. При погружениях провели ряд экспериментов по формированию и разложению газогидратов из пойманных ловушкой пузырей метана по методике, разработанной А. В. Егоровым (ИО РАН). Впервые наблюдалось формирование твердой газогидратной пены из пойманных пузырей и ее разрушительное действие при подъеме аппарата – несколько ловушек разрушились на глубине 700 метров (существенно ниже положения фазовой границы устойчивости газогидратов). Мы также обнаружили, что газогидратно-ледяные пробки образуются выше положения фазовой границы. Эти результаты очень важны для разработки будущих технологий доставки и транспортировки метана с больших глубин.

Район Большой Голоустный. Здесь мы тоже встретились с газогидратами. Это поле, расположенное на глубине 420 метров, – самое мелководное газогидратное поле в мире. Оно характеризуется исключительно мощным потоком метана из осадков, достигающим поверхности воды. Нам удалось проследить за газовыми пузырями до самого дна, где была обнаружена геологическая структура в виде каньона с вертикальными стенками, связанная, по-видимому, с интенсивным выбросом газа из осадка. Борта этого каньона образованы рыхлыми отложениями. Среди них отмечен полупрозрачный горизонтальный пропласток мощностью до 20 сантиметров и длиной до 5–6 метров, похожий на газогидрат. Здесь отобраны пробы газа, выходящего со дна, осадки и образцы бентосных организмов. Изотопный состав последних показал, что они, так же как и на поле Санкт-Петербург, существуют за счет метанотрофии.

Посольская банка. В этом районе, расположенном вблизи мощного осадочного образования – Селенгинской авандельты, – в 2009–2010 годах проводились интересные исследования разгрузки газа. Посольская банка представляет собой потенциально нефтегазоносный район, что подтверждается ранее выявленными аномалиями в содержании углеводородных газов и в воде, и в осадках. Все аномалии при этом имели общую черту – высокий уровень этана по отношению к метану. Здесь в наших экспедициях впервые на Байкале были обнаружены необычные цветные бактериальные маты. Судя по анализам, проведенным биологами ЛИНа, сообщества бактерий из этих образцов существовали как за счет метанотрофии, так и за счет хемосинтеза. Под слоем осадка мы нашли газогидрат. Его небольшие фрагменты, отломанные манипулятором, мелькали перед иллюминатором, устремляясь вверх и обгоняя аппарат при всплытии.

Мыс Толстый. Работая в этом районе, мы получили неожиданные результаты. Первые же погружения ГОА «Мир» не подтвердили сделанных ранее прогнозов о наличии там разгрузок газа и нефти. Местное подводное поднятие рассматривалось как грязевой вулкан. А так как здесь не удавалось поднять осадки геологическими трубками, которые ударялись о твердое дно и приходили пустыми, предполагалось, что на дне находятся такие же массивные газогидраты, как и на грязевом вулкане Санкт-Петербург. Визуальные наблюдения из «Миров» показали, что на дне отсутствуют мелкомасштабные морфологические признаки выноса глубинных флюидов, типичных для грязевых вулканов. Желтоватый цвет верхнего слоя осадка свидетельствовал о его окисленности. Под тонким слоем залегали древние породы. Содержание газа в воде и осадках и геотермический градиент оказались близкими к фоновому. Таким образом, осмотр, проведенные инструментальные измерения и анализ отобранных образцов позволили однозначно утверждать, что данное поднятие не грязевулканическое образование, а небольшая подводная банка. Подобные структуры весьма характерны для восточного борта Байкала.

Бухта Фролиха. Довольно обширные покровы бактериальных матов мы встретили и в северной части озера. На одном из маршрутов «Миров», на глубине около 400 метров, нам удалось выйти на большое гидротермальное поле, которое тянулось вверх по склону более чем на 2 километра. Здесь впервые были проведены масштабные геотермические исследования. Внутри поля при измерениях получены высокие значения геотермического градиента – в среднем для данного полигона они достигали 2–4 °C/м, что приблизительно в 100 раз выше средних величин для Байкала. Мы установили связь термической активности с плотностью поселений бентосных организмов. Обширные белые пятна бактериальных матов маркировали максимальный тепловой поток. По изотопному анализу установлено, что бактерии существуют здесь и за счет хемосинтеза, и за счет метанотрофии. Характерная черта этого гидротермального поля – многочисленные и разнообразные скопления губок и полосы амфипод. В области максимальных значений теплового потока на границе вода – осадок зафиксирован и высокий поток метана из осадка в воду. Анализ многочисленных проб придонной воды, взятых с помощью специально изготовленных пробоотборников, показал высокое содержание метана в придонном слое.

Средний и западный Байкал. Наши исследования районов разгрузок нефти и газа, наличие твердых газогидратов и гидротермальных проявлений, характеризующихся эндемизмом фауны, подтверждают, что Байкал представляет собой водоем, близкий к океанической экосистеме. Об этом свидетельствует и геологическая структура озера, для которой характерны основные признаки океанических рифтовых зон. Байкальская котловина образовалась в результате изгибовых деформаций земной коры, сопровождающихся разломами. Перемещения по ним отдельных блоков имело основное рельефообразующее значение. По западному борту Байкальской котловины мы наблюдали ступенчатые террасы, а в районе Ольхонских Ворот – развитие разрывных нарушений сбросового типа, которые наиболее четко прослеживаются в подводной глубоководной части острова. Горизонтальные поверхности террас чередуются с обрывистыми стенками высотой до 160 меторов, образуя мощные ступени. На глубине около 1400 метров дно выполаживается. В этой глубоководной части Байкальского рифта накапливается толща тонких илистых осадков. Коренные горные породы сверху покрыты пленкой трансформированных (гипергенных) образований, а в скальных обнажениях они хрупкие, выветрелые. Местами сохранились кварцевые жилы и прожилки причудливых форм. На участке дна среднего Байкала локально распространены глинистые образования с пористой текстурой. Они формируют на склонах «потоки» корок мощностью 3–40 сантиметров. Мы исследовали зону контакта западного борта Байкальского рифта с днищем средней котловины на глубинах 1450–1580 м. Здесь дно имеет довольно ровный рельеф и покрыто мощным слоем тонкодисперсных илистых осадков. Наши работы уточнили строение рифтообразующего (Обручевского) разлома на западном склоне центральной части Байкальской впадины. Комплексный анализ отобранных образцов позволит получить новые данные о возрасте последних подвижек в земной коре и даст возможность достоверно оценить соотношение между их горизонтальной и вертикальной составляющими.

В районе о. Ольхон, Обручевского, Северобайкальского и других крупных северо-восточных разломов раскрытие рифта происходило при доминирующем влиянии сбросовых перемещений. На западном борту наблюдается довольно крутой склон, сложенный коренными породами с большим количеством слабоокатанного валунного и галечного материала. Гребни склона покрыты железистыми корками. На обследованных участках в диапазоне глубин 1313–1017 метров крутизна склона изменяется от 40 до 15–20°. Дно микроканьонов покрыто пелитовым илом с небольшим количеством свалившегося с бортов обломочного материала. На малых глубинах (около 570 м) коренные породы пронизаны порами размером до 3 сантиметров. Террасы склона населены глубоководными эндемичными беспозвоночными, принадлежащими к разным группам (нескольким видам амфипод и губок), а также голомянками и коттоидными рыбами. С помощью манипулятора «Миров» собрано много животных, ранее отсутствовавших в коллекциях, полученных при глубоководных тралениях. В этом районе впервые проводились визуальные глубоководные биологические наблюдения таксономического разнообразия и вертикального распределения эндемичных видов животных, определялись диапазоны их обитания. На двух полуразрезах среднего Байкала в интервале глубин от 36–40 до 1450–1580 метров наши биологи изучали распределение представителей древнейшей байкальской фауны – голубых губок. Были определены места их скоплений, взято несколько видов для проведения морфологического и молекулярно-биологического анализов. Впервые своими глазами можно было проследить за распределением абиссальных видов байкальских коттоидных рыб в присклоновой и склоновой зонах, а также донных глубоководных видов амфипод в придонном слое. Собрана обширная коллекция глубоководных планарий.