Забавы подталкивали к изобретательству, но ещё больше идей подсказывала сама природа. Взять хотя бы плотины. Сколько людям приходилось наблюдать снежно-ледовых запруд в долинах рек, на ручьях в балках, оврагах! Особенно крупные случались в горах при продвижении ледников. Нередко природные ледовые сооружения грозили бедами. Задержанные водные потоки образовывали целые озёра. С наступлением весны плотины прорывало, и вода устремлялась вниз, неся разрушения и жертвы. Опасность представляли и ледяные мосты. Они образовывались на малых реках после ледостава, когда быстро падал уровень воды, и угрожали обвалом не только транспорту, но и пешеходам. Однако идея строительства плотин и мостов изо льда понравилась инженерам.

Ну а довелось бы побывать господину Крафту, Санкт-Петербургской Императорской академии науку и физики профессору, устроителю Ледяного дома, на современном ледовом аэродроме, он бы онемел от удивления. Подготовка льда для взлёта и посадки самолётов и вертолётов — это ещё одно направление инженерной гляциологии. Лёд усиливают, армируют хворостом, тонкими брёвнами, проволокой, тросом. Затем для лучшего сцепления поверхности с колёсами посыпают абразивными материалами, обрабатывают боронами, шиповыми катками и другими орудиями. С трещинами борются, выпиливая во льду узкие каналы-швы и заливая их отработанным маслом или керосином. Лёд если и будет трескаться, то только по этим незамерзающим ориентирам, а нужный участок останется нетронутым. Только тот, кому приходилось бывать пассажиром на экстремальных авиалиниях Крайнего Севера или Антарктиды, может оценить труды гляциологов.
Патент на фирн

Среди авторов изобретений практически не бывает географов — не та наука. Тем не менее ещё в 1990-е годы доктор географических наук В.Г. Ходаков и кандидат географических наук А.В. Сосновский получили авторское свидетельство на „Способ опреснения морской и солёной воды“. Этот метод оказался полезен и в ледовом строительстве.

Искусственное намораживание льда — дело не новое. Его давно применяют, если нужно увеличить толщину льда на водоёмах или возвести зимой склады. Обычно для этого лёд на морозе поливают водой. Но как сделать этот процесс более интенсивным? Для этого были нужны дополнительные исследования. Руководитель лаборатории инженерной гляциологии Института географии РАН Владимир Георгиевич Ходаков рассказывал:

„Дело было в мае на Полярном Урале. Мороз –17°C, ветер, а на озеро из густого тумана падал… дождь. Конечно, искусственного происхождения. Гляциологи нашего института проводили эксперимент по намораживанию льда с помощью дождевальной установки. На высоту около 20 метров поднимался фонтан воды: 65 литров в секунду. На восходящей ветви траектории струя слегка расширялась, а на вершине разбрызгивалась. И шёл поток из капель, частично замерзавших на лету. Морозный ветер усиливал разбрызгивание, постепенно рос бугор с округлыми склонами. За 19 часов он поднялся на семь метров. Образовалось примерно 1200 тонн плотного зернистого фирна. За два месяца работы, с учётом неизбежных перерывов, можно сотворить таким образом целый ледник“.

За рубежом факельный метод получения льда впервые применили лет тридцать назад. Однако тогда микрокапельный факел получали с помощью разбрызгивателей (спринклеров) на выходе воды из агрегата. При этом используют только холод тонкого приземного слоя воздуха. Лёд образуется медленно, и материал получается рыхлым, больше похожим на снежную кашу. Он годится для лыжных трасс и трамплинов, но там, где требуется твердый лёд, подобный метод вряд ли применим. Отечественный способ намораживания, опробованный географами на Полярном Урале, охватывает больший слой воздуха, и скорость формирования льда резко возрастает.

Уже с конца 1970-х годов инженеры-гляциологи Института географии начали проводить лабораторные и натурные эксперименты по использованию отечественной дождевальной техники для быстрого получения льда. Временные небольшие сооружения удавалось намораживать садовыми разбрызгивателями, но более перспективными оказались дальноструйные установки. Одним таким агрегатом за четверо суток удалось увеличить толщину льда на Лене с 20 до 80 см и открыть ледовую переправу на месяц раньше обычного срока. Такой полуискусственный лед прекрасно выдерживал машины массой до 10 т.

Затем перешли к использованию этого метода для опреснения соленой воды вымораживанием. Ранее подобный эксперимент прошёл в США, на Аляске. Но там в массиве искусственного снега толщиной около одного метра, образовавшемся на значительной площади, большая часть пор оказалась заполненной солёной водой. Эксперимент прекратили, признав метод недостаточно эффективным. Наши географы и здесь оказались более изобретательными.

Подобным образом теперь получают пресную воду в засушливых районах развитого скотоводства и орошаемого земледелия. Разыскав артезианский бассейн, в нём бурят скважины с максимальным напором и расходом воды. Однако подземные воды нередко оказываются солёными. В таком случае вентиль перекрывают до зимы. Когда устанавливаются морозы до –20°C, кран открывают, и фонтанирующая вода начинает превращаться в искусственный фирн. Поскольку намораживание идёт непрерывно, фирново-рассольная смесь всё время поддерживается при температуре замерзания. При этом пресноводный кристаллический „скелет“ льда накапливается, а избыточный рассол свободно фильтруется сквозь фирн и стекает по уклону местности. Остаётся пресная глыба льда.
Один агрегат при хорошем напоре воды и температуре воздуха около –20°C откладывает свыше 1500 т льда в сутки. За три месяца вырастает полновесный ледник, к тому же почти пресный. В замкнутых порах пресного льда удерживается не более 10% исходной солёной воды. Даже при её солёности воды 15 г/л полученная в итоге смесь отвечает санитарным нормам. Но не страшна и гораздо более солёная вода. После первых же весенних оттепелей пористый фирновый массив полностью промывается талой водой и превращается в источник пресной воды, вполне пригодный для водопоя скота, орошения сельскохозяйственных угодий, технического и бытового водоснабжения. Никаких затрат на получение воды больше не требуется. Если фирн тает слишком быстро, дополнительные средства понадобятся только для создания водоприёмника достаточного объёма либо для укрытия искусственного ледника теплоизолятором.
Гляциоэкология

В поле зрения инженерной гляциоэкологии — снег и лёд как среда обитания живых организмов и человека. Инженерные сооружения ускоряют таяние снега, человек нередко провоцирует появление наледей, таяние подземных и поверхностных льдов, образование провалов, а это может повредить растениям и животным.

Каковы перспективные задачи у инженеров-гляциоэкологов? Уже сейчас они участвуют в градостроительстве и обсуждают проекты городов в искусственных снежниках с коммуникациями, садами, парками, улицами в виде траншей и котлованов. Речь не о том, чтобы „свернуть шею“ Земле, сместив земную ось с помощью гигантского взрыва, как предлагал один из героев Жюля Верна для отепления Арктики. Разговор о вживании в естественные условия.

Снег в северных и горных регионах — это и основание для фундаментов, и материал для строительных конструкций, и среда обитания. Для возведения зданий специальные машины вырезают снежные брикеты. Снежные дома и склады-холодильники, если их правильно возвести и изолировать от внутреннего тепла, прослужат долго. Главное — избежать ползучести. В отличие от чистого льда снег сильно деформируется, причём снежная постройка может просесть под собственным весом. Ползучесть, или пластичность, льда намного меньше, хотя и его разрушение под действием тяжести нельзя не учитывать в строительстве. С другой стороны, со временем снежно-ледяная масса укрепляется, „спекается“ в монолит. Куски на стыках оплавляются и привариваются друг к другу морозным швом.

Сооружения из снега могут нормально функционировать и при положительных температурах, требуются только тщательная теплоизоляция, искусственное охлаждение и уплотнение снега. Тогда и снежная баба переживёт любое потепление. А вот целые поселения в сплошных льдах — это пока полуфантастические проекты.

Уже планируется проложить первую скоростную автомагистраль из сверхпрочного льда от Аляски до Шпицбергена через Северный полюс, с ответвлениями к Европе, Азии, Гренландии. „Мировая трасса номер один“ — так назвал её автор проекта Г. Хайнце, вице-президент американской нефтяной компании „Арк“. На роль „асфальта“ выбран гранулированный лёд, который ранее использовали для создания искусственных ледяных островов под буровые газонефтяные вышки. Технология его производства — разбрызгивание воды в очень холодном воздухе — неплохо освоена. Спрессованные ледяные частички дают прочный и вместе с тем упругий материал. Это необходимо, чтобы выдержать движение паковых льдов. Инженеров привлекает дешевизна и простота изготовления такого покрытия.

Магистраль будут строить с помощью машины, движущейся по дороге по мере её строительства, а воду для намораживания станут качать из-подо льда. С экологией в этом проекте как будто всё в порядке — если, конечно, удастся не загрязнять холодные арктические воды с их замедленным режимом обновления. А вот как преодолеть дрейф льдов? Или это будет временная дорога, наподобие зимников на замерзающих реках?

В реальности города Поулстар (Звезда Полюса) автор проекта убежден не меньше, чем в самой магистрали. Располагаясь на пересечении ледовых дорог, он станет крупным торговым центром. Питание жителей обеспечат местные ресурсы — рыба, креветки и гидропонная, то есть произрастающая в воде, растительность. Энергетические установки могли бы каким-то образом задействовать магнитное поле Земли или энергию, сконцентрированную в полярных сияниях.

С арктическими и горно-ледниковыми районами связано огромное количество заманчивых и дерзких замыслов. Например, есть грандиозный проект 1120-километрового тоннеля в Гренландии, который протянется от западного до восточного побережья через льды и горы острова. Его диаметр будет сравнительно небольшим, рассчитанным на одноколейное полотно электрифицированной дороги. Основная сложность — преодолеть движение льда, ведь в некоторых местах смещение достигает 20 м в сутки. Придётся, видимо, искать участки неподвижного материкового льда или предпочесть проходку в скальных массивах.

Видимо, лёд теперь будет постоянно привлекать к себе внимание нетрадиционно мыслящих инженеров. Сегодня гляциологам по силам управлять лишь отдельными элементами гляциосферы: усиливать таяние ледников и увеличивать их сток; покрывая тонким слоем веществ ледники, уменьшать их испарение и отступание; обстреливать лавинные склоны, тем самым обеспечивая дополнительное питание ледника. При этом необходимо чётко различать, где еще можно „командовать“ природой, а где силовые методы уже противопоказаны и человеку остаётся только подчиняться. Корректируя природу, нельзя забывать, что нарушения естественных законов развития могут повлечь за собой необратимые, а подчас и катастрофические процессы. Иначе хрупкая красота ледяного ожерелья планеты окажется под угрозой.

E-NEWS