Секреты Антарктики раскрываются с помощью покадровой съемки и синхронизированных погодных данных

В ходе подготовки к предстоящей полевой работе научный сотрудник Брауновского университета Джей Диксон сделал 10 000 снимков внутри своей морозильной камеры. Он не исследовал исчезающие продукты и не проверял, гаснет ли свет при закрытии дверцы. Диксон проверял, будет ли его новая камера и таймер правильно функционировать в течение длительного времени при температурах ниже нуля. Следующая остановка этой камеры — удаленная антарктическая станция в Сухих долинах Мак-Мердо, где она будет оставлена для двухмесячной покадровой съемки геологических объектов. Поездка Диксона в декабре станет его седьмым полевым сезоном в Антарктиде и шестым с использованием автоматизированных камер для сбора научных данных.

Эти станции дают ученым из Брауновского университета и других учреждений возможность увидеть геологические изменения в Сухих долинах, которые невозможно зафиксировать иным способом. Камеры не только раскрывают новые детали об изменении климата на Земле, но и дают представление об условиях в похожих замерзших пустынях Марса. Диксон, геолог Джеймс Хед из Брауновского университета и Джозеф Леви из Техасского университета описывают свою технику покадровой съемки и её вклад в антарктическую науку в новом выпуске журнала Eos, Transactions of the American Geophysical Union.

Сухие долины протянулись примерно на 50 миль через Трансантарктические горы до побережья моря Росса. Сухие катабатические ветры, дующие с горных вершин и ледникового покрова, лишают регион большей части влаги, делая его крупнейшей частью Антарктиды, не полностью покрытой льдом. Поскольку регион очень холодный и сухой, ландшафт необычайно стабилен. Но это не значит, что он совсем не меняется. Покадровая съемка позволяет зафиксировать эти изменения.

«Охота ведется за проявлениями изменения климата, — говорит Диксон. — В Антарктиде это было сложной задачей, потому что изменения там происходят крайне медленно. Покадровая съемка позволяет нам ускорить процесс и понять, как это работает». Этот метод сыграл ключевую роль в исследовании ледяного обрыва в долине Гарвуд, опубликованном в прошлом году. Используя различные методы дистанционного зондирования, исследователи показали, что скорость таяния обрыва за последнее десятилетие была в 10 раз выше, чем за предыдущие 10 000 лет.

Но понять механизм этого таяния можно было только с помощью покадровой съемки. Сопоставив два месяца снимков, сделанных с пятиминутным интервалом, с данными о солнечной радиации с ближайшей метеостанции, исследователи показали, что основной движущей силой процесса таяния является именно солнечное излучение. «Мы могли видеть, что примерно четыре-шесть недель в году, только в середине дня, эта штука тает как сумасшедшая, — поясняет Диксон. — Люди думали, что обрыв отступает из-за событий, подобных обвалу ледников, когда река, протекающая перед ним, подтапливает основание. Но мы не увидели этого на снимках. Мы увидели очень четкое таяние из-за солнечной радиации».

Возможность связать изображения с камер с погодными данными — ключевая часть системы Диксона. Он написал программное обеспечение, которое позволяет автоматически синхронизировать изображения с данными любой ближайшей метеостанции. «В этом большая часть работы, — говорит он. — У нас есть масса измерений того, что делает климат, с точки зрения температуры, влажности, солнечного света и всего прочего. Но мы сильно отстаем в понимании реакции поверхности на эти климатические воздействия. Наш подход позволяет связать эти воздействия с тем, что происходит на поверхности».

Понимание земного климата — не единственная причина интереса исследователей к Сухим долинам. Этот холодный, иссушенный ландшафт является самым близким аналогом поверхности Марса на Земле. В другой статье, опубликованной в прошлом году, Диксон и его коллеги использовали покадровую съемку, чтобы выявить в Сухих долинах гидрологический процесс, похожий на тот, который, по мнению ученых, может происходить на Марсе. Ученые, изучающие Марс, заметили странные темные участки, которые появляются на склонах марсианских обрывов сезонно. Некоторые ученые полагают, что эти «повторяющиеся линейные структуры на склонах» могут быть признаком текущего соленого рассола. Хед и Диксон обнаружили похожие особенности в Антарктиде, и покадровая система пролила свет на их образование.

Изображения с камер, синхронизированные с погодными данными, показывают, что темные следы образуются в определенных точках на дне долины, когда влажность окружающего воздуха резко возрастает. Хед и Диксон пришли к выводу, что сухая, соленая почва впитывает всю доступную влагу из воздуха. Поэтому при скачке влажности образуются эти темные «водные следы». «Вполне возможно, что на Марсе происходит аналогичная гидратация в форме этих повторяющихся линейных структур на склонах», — считает Диксон.

Работа Диксона с покадровой съемкой — это не просто установка камеры на штатив на два месяца. Поддержание работы станций в одной из самых суровых сред мира — непростая задача. Камеры размещены в корпусах из стекловолокна размером с небольшую микроволновую печь и питаются от двух 12-вольтовых автомобильных аккумуляторов. Хотя экстремальный холод обычно проблема для аккумуляторов, антарктическое лето имеет положительную сторону: солнце никогда не заходит. Поэтому Диксон использует небольшие солнечные панели для подзарядки аккумуляторов.

Но холод — не единственная проблема. Есть и другие факторы, которые Диксон не может воссоздать в своей морозильной камере. Главный из них — ветер, который часто дует через Сухие долины с ураганной силой. Диксон на собственном горьком опыте узнал, что этот ветер может сделать с его установками. «Первая станция, которую я установил, была полностью разорвана ветром, — вспоминает он. — Один из автомобильных аккумуляторов мы так и не нашли. Так что ветер может без проблем поднять 70-фунтовый (около 32 кг) аккумулятор». Новейшие установки скреплены тяжелыми грузовыми ремнями и прикручены к большим каменным ящикам, чтобы удержать их на месте. Ветер также обдувает корпус из стекловолокна пылью, которая со временем делает прозрачный материал непрозрачным. Поэтому Диксону приходится заменять окно, через которое делаются снимки, в конце каждого полевого сезона.

Еще одна сложность — установка этих станций в чрезвычайно удаленных местах. Команду исследователей доставляют в Сухие долины на вертолете, но до конкретных точек установки приходится добираться пешком. «Пилоты не всегда любят садиться в самых геологически интересных местах, — говорит Диксон. — Поэтому иногда нам приходится преодолевать большие расстояния пешком». Эти переходы приходится совершать с 70-фунтовыми автомобильными аккумуляторами за спиной. Затем в феврале нужно вернуться в эти места, чтобы забрать данные в конце сезона.

В декабре предстоит много пеших походов. Во время предстоящей поездки Диксон установит в общей сложности девять камер для четырех разных руководителей исследований. «Эти участки охватывают большую часть климатических условий, встречающихся в Сухих долинах, — говорит он. — Моя цель — в конечном итоге охватить как можно большую часть Сухих долин и создать многолетнюю запись активности».