2 сентября 2007 г.

Небожители спускаются е пещеры

В середине XX в. классическая "телескопная" астрономия получила мощную поддержку - начали бурно развиваться радиоастрономия и астрофизика. В 1959 г. М. А. Марков выдвинул идею проведения крупномасштабных экспериментов для изучения нейтрино - удивительных частиц материи, возникающих при ядерных реакциях превращения четырех ядер водорода в гелий. Источниками нейтрино являются Солнце и далекий Космос. Они обладают колоссальной проникающей способностью и поддаются изучению только с помощью огромных детекторов массой 90-8000 т, спрятанных глубоко под землю.

Первая подземная установка была создана в действующей золотодобывающей шахте Колар (Южная Индия, глубина 2900 м). Сейчас работает более десятка различных установок, размещенных в золотодобывающих шахтах Южной Африки и США (2500-3000 м), в тоннелях под Альпами (2500- 2700 м), в горизонтальных штольнях Баксанского ущелья (100-2000 м), в соляных шахтах Артемовска (300 м) и др. На них решаются разные задачи: регистрация "солнечных" нейтрино и их осцилляции, выявление безнейтринного b-распада, распада протонов, фиксация нейтрино при рождении Сверхновых звезд (к радости астрономов, это редкое явление, наблюдающееся один-два раза в столетие, произошло в феврале 1987 г.), регистрация монополей, возникающих при галактических взаимодействиях, и пр. ... Это дорогостоящие уникальные эксперименты, для проведения которых создаются международные коллективы.

Шахты и штольни скоро перестали удовлетворять астрономов по размерам, расположению, по возможностям использования. Действующие шахты создают пылевые, температурные, электрические помехи, а их закрытие как нерентабельных иногда приводит к ликвидации астрофизических лабораторий. Это вдохновило "небожителей" на новые подвиги: если нет подходящих пространств - их надо создать! В 1954 г. была учреждена Европейская организация ядерных исследований (ЦЕРН). Вскоре в Швейцарии было построено самое большое в мире сооружение для изучения ядерных частиц - кольцевой ускоритель длиной 26,6 км, залегающий на глубине 50-170 м под землей. Диаметр его галерей составлял 3,8 м. Ускорители меньших размеров (1,5-3 км) сооружены под Мюнхеном (Германия), в Протвино (Россия), в Техасе (США). Как будут использоваться эти подземные пространства после завершения экспериментов? Не придется ли исследовать их спелеологам XXI или XXII веков?

Иногда различные подземные пространства используются не только для изучения Космоса, но и для защиты от его проявлений. Согласно одной из гипотез развития человека (В. Г. Власов), в 44-42 тыс. до н. э. произошла инверсия магнитного поля Земли и резкое усиление ионизирующего излучения. Это привело к усилению гроз, спасаясь от которых люди начали укрываться в пещерах. То же происходило при появлении на небосводе крупных комет. Так, в 1910 г. комета Галлея вызвала панику в Северной Америке. В штатах Вирджиния и Кентукки, особенно богатых карстовыми формами, люди укрывались от ее "гнева" в пещерах. Паника не миновала и Европу - недаром Н. Н. Гумилев откликнулся на это событие строками:

Комет бегущих душный чад
Убьет остатки атмосферы,
И диким ревом закричат
Пустыни, горы и пещеры.


Интересно, что в последние годы под землей были обнаружены и более вещественные примеры связи с Космосом. Детальное изучение минеральных отложений подземных рек Крыма выявило в его составе более 30 различных минералов. Это естественный обогащенный шлих, в котором происходит накопление минералов, даже в малых количествах рассеянных во вмещающих известняках. Поэтому неудивительно, что некоторые минералы были обнаружены в пещерах раньше, чем на поверхности (галенит, сфалерит, касситерит, апатит и пр.).

Неожиданностью стало другое - нахождение геологом и спелеологом Ю. Полкановым отдельных зерен минералов космогенного (метеоритного) происхождения - муассанита (SiC), когенита (Fe3C), самородного железа с характерными видманштеттовыми фигурами травления и шариков, состоящих из железа (Fe) и иоцита (FeO).

Исследования космических лучей, проведенные под землей, показали, что применяемые методы могут быть полезны и для "землян". Калибровочная кривая поглощения потоков мюонов в "стандартном грунте" (в пересчете на эквивалентную по весу толщу воды) позволяет "просвечивать" верхние слои земной коры. При этом решаются разные задачи: проверяется глубина заложения тоннелей при их проходке, уточняется геологический разрез, определяется положение рудных тел, зон нарушений под горными выработками и карстовыми полостями, определяется плотность горных пород и давление на грунт разных сооружений. При строительстве подземного комплекса "Охотный ряд" возникла необходимость уточнить давление на грунт гостиницы "Москва". Вес здания, определенный с помощью мюонного телескопа, оказался равным 45 тыс. т, что эквивалентно давлению 1,1 кг/см2. С помощью регистрации космических лучей была просвечена из погребальной камеры пирамида Хефрена. Никаких пустот в ее верхней части не оказалось.

В ряде пещер мира (Имре-Вашш, Венгрия; Кунгурская, Россия; Эмине-Баир-Хосар, Украина) успешно работали различные приборы (наклономеры, деформографы, интерферометры), фиксирующие сейсмическую активность и "твердые приливы" - прохождение лунной и солнечной приливных волн через горные породы, вызывающее ритмические сдвижение-раздвижение стенок пещер и изменение водопритока из пор и трещин.

При подготовке полета к Марсу американские астрономы столкнулись со сложной проблемой: как доказать наличие или отсутствие на нем жизни? Ответ пришел из пещер. Из светляков пещеры Уайтомо (Новая Зеландия) было выделено органическое вещество люциферин и фермент люцифераза. Они начинают светиться только в присутствии аденозинтрифосфорной кислоты - АТФ. На Марс была отправлена капсула с экстрактом из светляков и прибором, регистрирующим световое излучение. Излучение зарегистрировано не было...

В 90-е гг. неожиданно наметился еще один аспект проблемы изучения пещер. Серьезные исследователи США, представляющие разные научные направления (геологию, геохимию, микробиологию, аэронавтику), предложили использовать огромную (свыше 140 км!) пещеру Лечугия, недавно открытую в Карсбадском национальном парке, как полигон для отработки методик и технологий исследований по программе поисков жизни на Марсе. Основное внимание следует уделить геохимии вмещающих пород как возможной питательной среде микроорганизмов и геомикрофлоры, изучению микробных сообществ, обитающих в пещере.

Так смыкаются подземные и космические проблемы. Хотим мы или нет, но все земляне - пассажиры огромного звездолета, несущегося в бескрайних просторах Космоса. И, выходя из пещер, мы прежде всего видим над собою Небо...

Дублянский В.Н., научно-популярная книга