Фритьоф Нансен против льда: как ученый перерисовал карту Арктики

В конце девятнадцатого века Арктика была последним большим пустым пространством на карте. В то время как многие видели в ней сцену для национальной бравады и тщетных тире к Северному полюсу, один человек подходил к ней по-другому. Фритьоф Нансен (1861-1930) не был искателем славы, задрапированным флагами; он был ученым, который использовал полярную пустыню в качестве живой лаборатории. Его экспедиции — особенно легендарный дрейф Фрама — генерировали данные, которые изменили океанографию, гляциологию и климатологию. Более века спустя его методы и результаты все еще цитируются в передовых исследованиях по усилению Арктики и динамике морского льда. В этой статье исследуется, как Нансен превратил выносливость в прозрение, и почему его научное наследие остается краеугольным камнем современных полярных исследований.

От расчленения червей до пересечения ледяной шапки: создание ученого-исследователя

Нансен начал научную карьеру задолго до того, как фрам вышел в море. В университете Осло он изучал зоологию, закончив докторскую диссертацию по нервной системе ланцета — маленького рыбоподобного организма. Его работа продемонстрировала тщательный, эмпирический подход, который он позже применил бы к Арктике. В 1882 году он подписался на герметичный корабль ] Викинг для путешествия в Гренландское море. Эта поездка вызвала его увлечение льдом и течениями. Позже он писал о том, как наблюдал за дрейфом пакового льда, задаваясь вопросом, откуда он возник и почему он двигался так, как он это делал.

Первой крупной экспедицией Нансена было пересечение ледяной шапки Гренландии в 1888 году — подвиг, который многие эксперты считали самоубийством. Он и пять его спутников катались с востока на запад через внутренние районы острова, переживая штормы, трещины и замерзшие ноги. Они собрали непрерывные метеорологические и гляциологические данные, доказав, что внутренние районы Гренландии были единым обширным ледяным щитом. Это открытие имело решающее значение для понимания глобальной динамики льда, и это установило Нансена как смелого исследователя и серьезного ученого.

В отличие от многих своих современников, которые рассматривали исследование как гонку за национальным престижем, Нансен считал, что каждая экспедиция должна давать систематические знания.Он утверждал, что полярные регионы были не препятствиями, которые нужно было преодолеть, а системами, которые нужно понять — философией, которая руководила всеми его более поздними работами.

Fram 1 Экспедиция: корабль, предназначенный для уничтожения (но никогда не сжигаемый)

Самым амбициозным проектом Нансена была Норвежская полярная экспедиция (1893-1896) на борту Фрам. Концепция была революционной: вместо того, чтобы бороться со льдом, он позволил льду переносить свой корабль через Северный океан, возможно, над самим Северным полюсом. Идея пришла от любопытного обломка — мусора с американского корабля Джаннетт, который был раздавлен во льдах у побережья Сибири, позже был найден у побережья Гренландии. Нансен предположил, что устойчивый трансполярный поток течет из Сибири в Гренландию, и что корабль, застывший в паковом льду, может проехать по этому течению через Арктику.

Чтобы проверить эту теорию, ему нужен был корабль, который мог бы пережить огромное давление льда. Он поручил военно-морскому архитектору Колину Арчеру построить Fram (норвежский для «передачи»). Её корпус был яйцевидным и округленным, так что, когда лед закрывался, корабль был поднят вверх, а не раздавлен. Корпус был построен из нескольких слоев дуба зеленого сердца, дерева, достаточно сильного, чтобы выдержать арктические условия. Интерьер был изолирован пробкой, войлоком и оленьей шкурой. Каждая деталь была запланирована для долгосрочного выживания: динамо с ветряной мельницей генерировало электричество для освещения, а хорошо укомплектованная библиотека поддерживала интеллектуальную активность экипажа в течение долгой полярной ночи.

Fram остается одним из самых легендарных разведочных судов, когда-либо построенных. Посетители могут совершить экскурсию по ней в музее FLT:2 в Осло, где она стоит в зале с климат-контролем, сохранившемся как памятник изобретательности Нансена.

Дрифт: три года систематического наблюдения

В июне 1893 года ФрамФрам покинул Осло с экипажем из тринадцати человек, включая метеорологов, физиков, врача и инженера. Корабль плыл на восток вдоль сибирского побережья, затем намеренно замер в льду у Новосибирских островов в сентябре. В течение следующих трёх лет Фрам дрейфовал медленно на северо-запад, как и предсказывал Нансен. День за днём экипаж проводил научные наблюдения: измерение глубины океана, температуры, солености и течений; запись атмосферного давления и ветровых паттернов; и изучение поведения морского льда. Они собирали образцы планктона и биологические образцы, способствуя зарождающемуся полю арктической морской биологии.

Одним из наиболее значительных открытий было подтверждение трансполярного дрейфового течения, теперь известного как трансполярный дрейф. Теория Нансена о том, что океанские течения в Арктике обусловлены ветром и вращением Земли — предшественник современных концепций транспорта Экмана — была подтверждена. Экспедиция также обнаружила, что Северный Ледовитый океан был намного глубже, чем ожидалось, превысив 3800 метров в одной точке. Это бросило вызов более ранним предположениям о мелководном бассейне и открыло дверь для современных исследований арктической батиметрии.

Оригинальное название: The Dash for the Pole: An Epic of Its Own

К марту 1895 года Fram дрейфовал до 84°4′N, но стало ясно, что корабль не достигнет полюса одним дрейфом. Нансен вместе с членом экипажа Хьялмаром Йохансеном решил сделать драматическую попытку собачьими упряжками. Они несли каяки для плавания на открытой воде, но местность была жестокой — гряды давления, открытые зацепы и бесконечные белые дни. 7 апреля 1895 года они достигли 86°14′N, самой высокой широты, когда-либо достигнутой в то время. Не имея возможности идти дальше, они повернули назад и провели зиму на Земле Франца-Иосифа, выжив на мясе моржей и живя в каменно-кожной хижине. После напряженного 15-месячного испытания они были спасены британской экспедицией Джексона-Хармсворта в июне 1896 года, вернувшись в Норвегию в качестве героев.

Хотя они не достигли Северного полюса, санное путешествие дало бесценные данные о твердости льда, толщине и движении, а также о физиологических последствиях экстремального холода и физических нагрузок на людей.Заметки Нансена о навигации и ледовых условиях остаются ресурсом для современных полярных путешественников.

Научные вклады, которые изменили океанографию и климатологию

Экспедиции Нансена произвели массу работ, которые коренным образом изменили понимание учеными Арктики. Он установил методы, которые до сих пор используются сегодня, и его открытия заложили основу для признания Арктики критическим компонентом глобальной климатической системы.

Океанография: открытие арктической галоклины

Нансен внес самый глубокий вклад в физическую океанографию. Во время дрейфа Фрам он опустил бутылки Нансена — специально разработанные пробоотборники воды — на различные глубины, измеряя температуру и соленость. Это выявило поразительную структуру: слой холодной, пресной воды на поверхности, под наслоением гораздо более теплого, соленого слоя атлантической воды. Это явление теперь известно как Арктический галоклин. Галоклин действует как тепловой барьер, изолируя морской лед от теплой атлантической воды ниже. Без него морской лед Арктики тает гораздо быстрее. Сегодня ученые изучают галоклин с срочностью, потому что изменение климата ослабляет его, угрожая стабильности льда.

Нансен также разработал бутылку Нансена, которая стала стандартным океанографическим оборудованием на протяжении большей части двадцатого века.Его тщательные измерения течений и температурных профилей обеспечили первый систематический взгляд на циркуляцию Северного Ледовитого океана — взгляд, на который до сих пор опираются современные модели.

Морская ледовая динамика и эффект альбедо

Детальные наблюдения Нансена за дрейфом льда, толщиной и деформацией помогли ученым понять, как морской лед ведет себя при ветре и текущем напряжении. Он признал, что лед был не пассивной поверхностью, а активным компонентом климатической системы, отражающим солнечный свет (эффект альбедо) и изолирующим океан. Его данные о толщине льда и скорости дрейфа по-прежнему используются для проверки климатических моделей, которые имитируют снижение арктического морского льда. Исследование, опубликованное Центром окружающей среды и дистанционного зондирования Нансена , было непосредственно основано на исторических записях толщины льда из экспедиции Нансена для бенчмарка современных спутниковых измерений.

Метеорология: первые сальто полярного вихря

Непрерывные метеорологические наблюдения во время дрейфа FLT:0 обеспечили первые долгосрочные метеорологические записи из центральной Арктики. Нансен обнаружил, что атмосфера Арктики имела отчетливую циркуляционную структуру с глубокой, холодной системой низкого давления зимой. Это был ранний намек на то, что мы теперь называем полярным вихрем — особенность, которая влияет на погодные условия далеко к югу от Арктики. Его показания атмосферного давления также способствовали развитию концепции арктических колебаний, начиная с Североатлантическое колебание . Сегодня данные экспедиции FLT:4]Fram используются для реконструкции исторических атмосферных моделей и тестирования климатических моделей.

Биологические и геофизические открытия

Экспедиция собрала обширные образцы планктона, показав удивительное обилие жизни в полярном океане. Нансен предположил, что питательные вещества из более глубоких вод поддерживают эту экосистему, предвестник современного понимания апвеллинга и круговорота углерода. Кроме того, звуки дна океана выявили несколько хребтов и бассейнов, в том числе то, что позже стало известно как бассейн Нансен и хребет Гаккеля — самый медленный срединно-океанский хребет на Земле.

От Арктики до Лиги Наций: жизнь на службе

После экспедиции Fram Нансен стал профессором океанографии в Университете Осло и помог основать Международный совет по исследованию моря (ICES) в 1902 году, который продолжает координировать морские исследования в Северной Атлантике. Он также обратился к дипломатии, будучи первым послом Норвегии в Великобритании, а затем и Верховным комиссаром Лиги Наций по делам беженцев. Его гуманитарные усилия, включая создание «паспорта Нансена» для беженцев без гражданства, принесли ему Нобелевскую премию мира в 1922 году. Примечательно, что он продолжал писать научные статьи об арктических течениях и льде до своей смерти в 1930 году.

Двойное наследие Нансена как ученого и гуманиста подчеркивает более глубокую истину: исключительное исследование — это не только физическая выносливость, но и интеллектуальное любопытство и приверженность служению человеческим знаниям.

Наследие Нансена в современной полярной науке

Сегодня работа Нансена актуальна как никогда. Арктика нагревается почти в четыре раза быстрее, чем в среднем по миру, явление, известное как Арктическое усиление Понимание океанских течений, динамики льда и атмосферных процессов, которые Нансен впервые задокументировал, имеет решающее значение для прогнозирования будущего изменения климата. Современные исследовательские суда, такие как Нансен (управляемые Норвежским институтом морских исследований и ФАО) продолжают его традицию сбора океанографических данных по тем же маршрутам, по которым он путешествовал.

Сама FLT:0 Fram была «переоткрыта» в 2018 году, когда норвежская исследовательская группа использовала буи с дрейфом льда для отслеживания того же трансполярного дрейфового пути, который описал Нансен. Этот проект, являющийся частью программы арктического дрейфа Нансена, продемонстрировал, как его вековые данные по-прежнему информируют современные исследования дрейфа. Норвежский полярный институт, который проводит междисциплинарные арктические исследования, цитирует подход Нансена в качестве модели для смешивания полевых наблюдений с теоретическим моделированием.

Возможно, самым прямым потомком дрейфа FLT:0 Fram была экспедиция MOSAiC (2019–2020), в которой немецкий исследовательский ледокол Polarstern намеренно застыл во льду и дрейфовал по центральной Арктике. Ученые MOSAiC использовали исторические данные о толщине льда из экспедиции Нансена для калибровки своих моделей и планирования своей стратегии отбора проб. Параллели были преднамеренными: Нансен показал, что медленный, систематический дрейф науки может дать преобразующие результаты.

Заключение

Фритьоф Нансен превратил полярные исследования из опасной игры национальной гордости в строгую научную дисциплину. Его экспедиция FLT:0 Fram была не тире славы, а тщательно спланированным путешествием, которое породило фундаментальные знания об Арктике — знания, которые по-прежнему необходимы, поскольку мы сталкиваемся с быстро меняющимся климатом. От океанских течений и динамики морского льда до арктического галоклина и полярного вихря его открытия продолжают формировать то, как мы понимаем самый холодный регион Земли. По мере того, как лед тает и планета нагревается, наследие Нансена напоминает нам, что лучшее исследование служит не только человеческому любопытству, но и глобальному общему благу.

Для дальнейшего чтения изучите биографию Фритьофа Нансена в Википедии и научное наследие экспедиции Fram в Norwegian SciTech News.