Чем же ознаменованы многолетние исследования Северного Ледовитого океана, что нового внесли они в науку о нашей планете и какое имеют значение для практического использования?
Проведенные исследования привели к крупнейшим географическим открытиям, в результате которых изменились прежние представления о природе центральной части Северного Ледовитого океана.
Систематические исследования велись начиная от океанского дна, через все толщи океанской воды, ледяной покров, все слои атмосферы, кончая стратосферой.
В результате работ советских ученых в Арктике коренным образом изменилась батиметрическая карта (рельеф дна) Арктического бассейна.
До работы высокоширотных экспедиций «Север» и дрейфующих станций «СП» считалось, что центральная часть Арктики представляет собой обширную глубоководную впадину. На всех географических картах Ложе Центральной части Северного Ледовитого океана было показано в виде глубоководной чаши с постепенно увеличивающимися свыше 4000 м глубинами. Советские полярные экспедиции особое внимание уделили исследованию рельефа дна, так как общеизвестно, что рельеф дна является одним из факторов, влияющих на гидрологический и ледовый режимы океана.
Установлено, что центральная часть Северного Ледовитого океана имеет весьма сложный рельеф дна. Океан пересекается большим подводным хребтом высотою 2,5-3 км над ложем океана. Этот хребет был открыт еще в 1948 г. и детально обследован последующими экспедициями. Ему присвоено имя великого русского ученого М. В. Ломоносова. Хребет Ломоносова тянется почти на 1800 км через весь полярный бассейн от Новосибирских островов к Северному полюсу и далее к Гренландии и земле Элсмира. Хребет Ломоносова имеет очень крутые склоны. Наименьшая глубина океана над этим хребтом 954 м. Установлено, что подводный хребет Ломоносова представляет собой большую горную цепь с множеством острогов, острыми вершинами, долинами и глубокими ущельями.
Хребет Ломоносова делит центральную часть Арктики на два резко обособленных суббассейна, отличающихся друг от друга как гидрологическим и ледовым режимами, так и составом живых организмов, населяющих водную толщу, — Евразийский и Амеразийский. Хребет оказывает большое влияние на распределение и динамику водных масс в Арктическом бассейне, в частности, изолирует друг от друга глубинные водные массы обоих суббассейнов и препятствует распространению по всему бассейну холодных гренландских придонных вод.
Кроме хребта Ломоносова, были обнаружены и нанесены на карту другие значительные поднятия дна океана. Главные из них: хребет Гаккеля — самый северный острог Срединно-Атлантического хребта и хребет Менделеева, протянувшийся от острова Врангеля к восточной части Канадского архипелага. Хребты делят Арктический бассейн по крайней мере на четыре главные глубоководные впадины, или котловины: Нансена, Амундсена, Канадскую и Подводников. В первой зафиксирована максимальная глубина Центрального полярного бассейна 5220 м (максимальная глубина Северного Ледовитого океана была зафиксирована в его приатлантической части на 82°24’ с. ш. во впадине Литке и равна 5443 м). Иначе выглядят сейчас границы материкового склона и его рельеф.
Пересмотрен вопрос о геологическом прошлом центральной части Северного Ледовитого океана. По мнению академика Д. И. Щербакова, ложе этого океана построено по типу Средиземного моря, то есть образовано в пределах суши системой опусканий и поднятий дна по разломам земной коры. Ранее господствовало мнение о существовании здесь древней устойчивой глыбы.
За сорок лет систематических исследований накоплен очень большой материал о водных массах Арктического бассейна, о их структуре и динамике. В результате обработки этих данных членом-корреспондентом АН СССР А. Ф. Трешниковым проведено полное их описание, при этом были вскрыты существенные закономерности в процессах формирования вод и их структуры. Было также установлено, что основными водными массами Арктического бассейна являются: поверхностные, промежуточные, глубинные атлантические, донные воды. Определено происхождение каждого типа водных масс, их структура, физические и химические характеристики, их распространение в зависимости от рельефа дна и других факторов.
Только послевоенные исследования дали достаточно материалов для составления генеральной схемы течений и дрейфа льда в Арктическом бассейне. На составленной А. Ф. Трешниковым динамической карте можем видеть два основных потока водных масс и льда: во-первых, широкое Трансарктическое течение, направленное от Берингова пролива к проливу Фрама (между Шпицбергеном и Гренландией), и, во-вторых, обширный анти-циклонический круговорот вод в Амеразийском суббассейне. Но это генеральная схема, а циркуляция отдельных структурных водных масс еще находится в стадии изучения. Уже достаточно точно установлено, что циркуляция поверхностных и глубинных атлантических вод Арктического бассейна и его обмен с Атлантическим и Тихим океанами определяются воздействием ветра и огромным выносом в моря Арктики пресных вод. Если проследить за маршрутом дрейфа всех 24 станций «СП», то можно видеть, что часть станций оказывалась вовлеченной в антициклонический дрейф льдов в Канадском секторе Северного Ледовитого океана, а другие попали в трансарктический дрейф, направленный в пролив Фрама. Так, дрейфующие станции, попавшие в большой круг антициклональной циркуляции, дрейфовали по замкнутому кольцу в направлении часовой стрелки. Чтобы пройти в дрейфе полный путь по этому кольцу, льду требуется 5-6 лет, а вообще лед, попавший в этот дрейф, может циркулировать десятки лет. В районе Северного полюса станция может попасть в ветвь течения, отходящую к Атлантическому океану, и тогда станция выносится на юг, к Гренландии, как это случилось в 1978 г. со станцией «СП-23».
В программе станций «СП» большое место занимает изучение ледяного покрова как одного из главных объектов природы Арктики: как влияет теплообмен между атмосферой и океаном на образование ледяного покрова и создание на нем термического режима, как происходит формирование льдов разного возраста, нарастание и таяние их, роль снежного покрова на дрейфующих льдах и т. д. Ученым-льдоисследователям за время работ на станциях «СП» удалось собрать большие материалы о льдовом и тепловом режиме дрейфующих льдов и их физико-химических свойствах и решить ряд вопросов обширного ледового комплекса. Установлены цифровые величины тепловых потоков из воды в атмосферу через ледяной покров, затраты тепла на таяние, роль снегового покрова в тепловых процессах на льду, создана методика расчета равновесного состояния полярных льдов, зависимость морфологии ледяного покрова от теплообменных процессов. Особенно большой материал был собран по изучению подводного рельефа льда, когда он стал изучаться аквалангистами в индивидуальном подледном плавании. В ААНИИ разработан метод радиолокации ледяного покрова, что сулит большие перспективы его использования в ледовых авиаразведках при плохой видимости, ведутся работы по применению лазеров для изучения динамики ледяного покрова.
Большой материал, собранный за эти годы по метеорологии, аэрологии и актинометрии, позволил советским ученым достаточно полно изучить структуру атмосферы и особенности циркуляции ее над Арктическим бассейном, вопросы теплообмена и влагообмена, величину солнечной радиации. На основании этих материалов ими разработана теория циркуляции атмосферы и формирования климата Арктики. Следует напомнить, что, по существу, этими разработками продолжены и развиты дальше климатические схемы, составленные синоптиком экспедиции «Север-1» Б. Л. Дзердзиевским на основе метеорологических наблюдений станции «Северный полюс-1». Большую ценность представляют исследования влияния ледовитости на изменение метеорологических условий.
Учеными ААНИИ под руководством профессора Г. Я. Вангенгейма на основе всех собранных материалов были сделаны обобщения и разработана теория климата Арктики, явившаяся научной основой для составления прогнозов погоды для Заполярья и Северного Ледовитого океана. Это была очень большая и трудоемкая работа, если иметь в виду, что климат Арктики определяется ее положением в высоких широтах и связанным с этим поступлением солнечной радиации, характером подстилающей поверхности с большими различиями в поглощении и излучении радиации, большими термическими различиями и особенностями циркуляции атмосферы. Климатические изменения в различные сезоны зависят от нарушений установившихся взаимосвязей этих факторов. Современный уровень знаний в области полярной климатологии дает возможность разработать достаточно надежные прогнозы для обеспечения мореплавания и хозяйственной деятельности в арктическом регионе. С каждым годом методы прогнозов совершенствуются с более широким использованием экспериментов на основе количественных оценок физических полей атмосферы и процессов тепло- и влагообмена. Для получения этих данных было организовано проведение экспериментов «ПОЛЭКС», о чем мы расскажем ниже.
Начатые Е. К. Федоровым геофизические исследования на станции «СП-1» с успехом были продолжены геофизиками на всех последующих станциях «СП» и в высокоширотных экспедициях: Руководителем этих работ долгие годы был соратник Федорова Герой Советского Союза М. Е. Острекин.
Созданные на основании работ станции «СП» и высокоширотных экспедиций новые магнитные карты Арктической области впервые достаточно надежно и достоверно фиксируют распределение элементов геомагнитного поля в высоких широтах. Получены весьма интересные данные о вариациях (изменениях во времени) элементов геомагнитного поля в центральной части Арктического бассейна.
Обнаружены локальные аномалии в Центральной Арктике, выявлены их размеры и интенсивность, исследована связь между рельефом дна и геомагнитным полем, созданы синоптические карты магнитной активности для разных сезонов и времен суток для годов максимума и минимума солнечной активности, впервые получены достоверные данные о вековом ходе геомагнитного поля в ряде пунктов Северного Ледовит