Martensit

Вы знали, что на глубине до 1500 м в океане живут гигантские медузы диаметром до 75 см? Могли ли представить себе, что в природе существует рыба с прозрачной головой, внутри которой, подобно антенне авиационного радара, вращаются большие бочкообразные глаза? Увидеть этих и многих других диковинных существ люди смогли благодаря уникальным машинам Исследовательского института океанариума Монтерей Бэй (MBARI).

Малоротая макропинна — рыба, которая высматривает добычу через свой прозрачный лоб. Обитает в прохладных водах Северного-Ледовитого и Тихого океана, на глубине свыше 500 метров

Институт MBARI располагается в местечке Мосс-Ландинг, где берет начало 150-километровый подводный каньон залива Монтерей, глубина которого в некоторых точках достигает 3600 м. Естественная глубоководная «лаборатория», отличающаяся невероятным биологическим разнообразием, находится всего в нескольких часах хода от института.

MBARI по праву считается пионером в разработке и использовании подводных роботов. Глубоководные машины делятся на два класса: роботы с дистанционным управлением (ROV) и автономные подводные аппараты (AUV).

Пример дистанционно управляемого робота — аппарат последнего поколения ROV Doc Ricketts, изготовленный по заказу MBARI крупным производителем промышленного оборудования SMD. Преимущество дистанционно управляемых аппаратов заключается в постоянном контроле над ситуацией: робот, даже находясь на большой глубине, постоянно поддерживает связь с командным пунктом на судне по проводам. Такие машины могут совершать деликатные операции, такие как поиск и даже отлов редких видов морских животных, сборка научного оборудования на океаническом дне, детальная фото- и видеосъемка.

ROV Doc Ricketts

ROV Doc Ricketts представляет собой прямоугольную машину длиной более 3,5 м и массой около 5 т. Его электрический двигатель вырабатывает мощность 75 л.с., которая передается нескольким пропеллерам с помощью гидравлической трансмиссии. Гидравлика позволяет добиться максимального крутящего момента при очень точном управлении тягой. Пропеллеры развивают максимальную тягу в 650 кг, а предельная глубина погружения для ROV составляет 4000 м.

Робот постоянно совершенствуется, обрастая новыми инструментами. Операторы в реальном времени наблюдают картинку с нескольких HDTV-камер и получают телеметрическую информацию по оптоволоконному кабелю. Почти все камеры управляются по наклону и увеличению.

Два манипулятора с хирургической точностью выполняют приказы операторов, а многочисленные приборы для отбора проб позволяют деликатно исследовать донные породы, воду, микроскопические организмы и морских животных. Специальная барокамера помогает доставлять на поверхность живых глубоководных обитателей.

Дистанционно управляемые роботы — это прецизионные инструменты для работы на больших глубинах. Однако они имеют ряд серьезных ограничений: робот требует постоянного присутствия домашнего судна и действия команды операторов, поэтому миссии с участием ROV не могут длиться более суток. В продолжительных исследованиях ученым помогают автономные подводные аппараты (AUV).

Суперсовременный аппарат Tethys напоминает торпеду длиной 2,3 м и диаметром всего 30 см. Эта машина способна без участия человека патрулировать заданные районы и глубины океана, собирая необходимую информацию. Tethys может измерять физические характеристики воды, обнаруживать хлорофилл микроскопических водорослей, измерять концентрацию мельчайших частиц и взвесей, составлять карту морского дна и фотографировать окружающую обстановку.

Инженеры MBARI проводят испытания автономного подводного аппарата Tethys в тестовом бассейне. Наблюдать за аппаратом можно как с поверхности воды, так и через смотровые окна.

Двигаясь со скоростью 1 м/с, аппарат может преодолеть дистанцию в 1000 км. При минимальной загрузке и скорости 0,5 м/ч дальность увеличивается в несколько раз. Кроме того, встроенный механизм регулирования плавучести позволяет машине зафиксироваться на определенной глубине и просто дрейфовать, повинуясь воле течений. В таком режиме миссии могут продолжаться сколь угодно долго.

Главное преимущество исследовательских «торпед» — их экономическая эффективность. Они помогают избавиться от расходов и на технический персонал, и на эксплуатацию исследовательских судов. Аппараты, разработанные MBARI, относительно просты в использовании и доступны для других научных учреждений и групп.

Ферма морских чудищ

В ноябре 2014 года ученые MBARI впервые наблюдали «морского черта», или глубоководного удильщика, в естественной среде обитания с помощью ROV Doc Ricketts.

Коралловые полипы разновидности Paragorgia arborea вырастают до 2,5 м в высоту. Они питаются, отфильтровывая крошечные микроорганизмы из местных течений. Обитают на глубинах более 200 м, где температура воды лишь на несколько градусов выше ноля.

Это пока не названное животное, предположительно относящееся к отряду голожаберных, было сфотографировано в открытом океане на глубине нескольких сотен метров.

Эта красивая медуза из семейства Colobonema — быстрый и опасный глубоководный хищник. Не быть съеденной ей помогает прозрачное тело и способность отбрасывать одно или несколько щупалец, чтобы отвлечь нападающего.

Apolemia — большая глубоководная сифонофора (колония стрекающих), состоит из тысяч жалящих клеток, формирующих структуру до 30 м длиной. Ее длинный «хвост» подтягивается к пульсирующей «голове» для продвижения сквозь толщу воды.

Этот маленький, но яркий прозрачный кальмар обитает на глубине около 600 м в заливе Монтерей.

Vampyroteuthis infernalis, также известный как «кальмар-вампир», проводит б? льшую часть жизни на глубине 600−900 м, где растворено минимальное количество кислорода и, следовательно, обитает минимум живых организмов.

Длиннорогий саблезуб был сфотографирован на глубине 800 м. Он может неделями дрейфовать в темноте, ожидая добычи. Огромная челюсть и зубы позволяют саблезубу атаковать рыбу или кальмаров, по размерам равных себе.

Хаулиод встречается практически повсеместно, за исключением холодных вод Северного Ледовитого океана. Эти рыбы не велики, вырастая до 35 см. (есть данные, что встречаются экземпляры 60 см. длины), но из-за своего грозного внешнего вида достаточно популярны. Обитают хаулиоды во всех слоях воды, но предпочитают находится на глубинах от 500 до 4000 м.

Идиакант. Наиболее распространен в тропических и умеренных водах Тихого, Атлантического и Индийского океанов. Днем стараются держаться на глубине до 2 км., но с наступлением темноты самки поднимаются близко к поверхности воды в поисках корма.

Малакостеус – название произошло от двух слов: «malakos» означает мягкий, и «остеон» кость. Но общепринятым названием, закрепившимся за рыбой стало «пасть-рыба» из-за ее необычной челюсти. Распространена во всех океанах, за исключением холодных вод Северного Ледовитого и Атлантического. Глубоководная донная рыба небольшого размера 15-24 см. с короткой тупой мордой и большими глазами. Причем глаза расположены на передней части морды, позволяя использовать бинокулярное зрение. Предпочитает находиться на глубине 500 – 1000 м., но возможно и глубже.

Наиболее перспективный вид морских исследований на сегодняшний день — создание сети подводных научных инструментов. Такие сети позволяют вести постоянные наблюдения параметров океана без ограничений по емкости и мощности аккумуляторов, длительности миссии и количеству передаваемой информации. Система MARS, развернутая MBARI в заливе Монтерей, включает в себя 52-километровый подводный кабель, который служит для питания и обмена информацией с «научным узлом», установленным на глубине 891 м. Узел имеет восемь портов для подключения научных инструментов. Однако несколько комплектов оборудования могут подключаться к одному порту последовательно, поэтому реальное количество инструментов, одновременно работающих с узлом, может быть гораздо больше восьми.

Оригинал

В представлении обывателей археолог — это человек с лопатой и кисточкой, который копается в земле. Однако, несмотря на то что в полевом сезоне большинство археологов действительно «обрабатывают» землю, современная археология использует многочисленные достижения науки и техники.

Очень много для науки сейчас может дать химический и изотопный анализ находок. Наглядный пример того, сколько может рассказать обычный кусок металла, — находка в 2013 году в Великом Новгороде овальных медных слитков весом в 13 и 18 кг. Такие слитки характерны для Европы, но не для Руси. Ранее было известно, что медь на Русь завозили через Новгород, как правило, в виде лома, причем везли его в обыкновенных бочках, а здесь была медь в слитках. Масс-спектрометрический анализ соотношения изотопов свинца-207 и свинца-204 в слитках позволил установить происхождение медной руды, из которой были выплавлены эти слитки. Оказалось, что ближе всего по изотопному составу руда восточноальпийского происхождения. Таким образом, археологам удалось не только обнаружить новый, неизвестный по письменным источникам вид сырья, которое завозили на Русь, но и проследить всю цепочку «медного трафика» от месторождения до Великого Новгорода — и узнать много нового об экономических связях Руси и Европы.

Раскоп на улице Большая Московская, Великий Новгород

Еще один интересный пример — анализ костей жителей Ярославля XIII века. Сотрудники Института археологии РАН провели изотопный анализ коллагена из костей более 300 человек и около 120 домашних животных. В исследовании определялось соотношение изотопов C12 и С13, а также N14 и N15. Скорость их накопления различна у растений и животных, и их соотношение позволяет установить, какой пищей в основном питались жители — растительной или животной. Исследование показало, что различие в диете между мужчинами и женщинами практически отсутствует, и жители города питались смешанной растительно-животной пищей с достаточным количеством белка. Для сравнения ученые провели анализ останков из курганного могильника того же времени, в котором хоронили сельских жителей (оказалось, что крестьяне питались в основном растительной пищей).

Коллективное захоронение жителей и защитников Ярославля, погибших во время монгольского нашествия в XIII веке.

Деревянная шкала

Этот вспомогательный метод археологии, пожалуй, самый изящный и удивительный из всех появившихся в XX веке. Он позволяет с точностью до года установить дату рубки найденного в раскопе бревна. Дело в том, что каждый год деревья, как известно, становятся толще на одно годовое кольцо. Его толщина зависит от климатических факторов — температуры, солнечной освещенности, количества осадков. В результате годы роста дерева оставляют в кольцах уникальную последовательность. Изучая бревна — от растущих ныне до самых древних найденных деревьев, можно составить единую шкалу: если сравнивать с ней найденные стволы (нижние венцы срубов домов, плахи мостовых), не составит проблемы установить год порубки того или иного дерева. А значит, и дату постройки дома или настила мостовой — с точностью до года!

Особенно важна дендрохронология в новгородских раскопках. Грунт там сохраняет всю органику, а значит, и дерево. Более того, новгородцы примерно каждые четверть века перестилали мостовые — старые «уходили в землю». Археологи при раскопках обнаруживают многоярусные конструкции. Каждый ярус мостовой датирует достаточно тонкий слой земли, а дату настила можно узнать по дендрохронологическим данным. Таким образом мы можем очень точно датировать почти любую находку, попавшую в новгородскую землю.

Разрез настилов мостовой Великой улицы.

Уличные мостовые поддерживались в чистоте. Мостовую настилали так, чтобы она несколько возвышалась над прилегающими участками. Но проходило двадцать - двадцать пять лет, культурный слой по сторонам мостовой нарастал на 20-25 сантиметров, и грязь в распутицу начинала переползать на мостовую, заливая ее. Нужно было делать новый настил, хотя старый мог бы служить еще не один десяток лет. Новую мостовую устилали прямо на старую.

Нам сверху видно все

Аэрофотосъемка пришла на помощь археологам давно. Еще до Великой Отечественной войны с самолета была открыта целая цивилизация — археолог Сергей Толстов обнаружил в пустыне Каракалпакии (ныне территория Узбекистана) множество крепостей Древнего Хорезма, могущественной культуры, которая до тех пор была известна почти исключительно по письменным источникам. Находок было столько, что раскопки длились более полувека.

1957 год. Раскопки Кой-Крылган-калы (остатки хорезмийского сооружения) закончены. (Аэрофотосъемка)

Первая аэрофотосъемка знаменитого Стоунхенджа, позволившая увидеть новые детали памятника, была проведена еще в первых годах XX века с воздушного шара. Сейчас для поиска новых памятников археологии энтузиасты и профессионалы используют в том числе и спутниковые снимки. Однако и старая добрая аэрофотосъемка никуда не делась. Недаром в топ-10 крупнейших открытий 2014 года в археологии вошли два, сделанных с самолета.

Первая в истории аэрофотосъемка Стоунхенджа, 1906 г.

Первое — это тот же Стоунхендж. Археологи уже давно подозревали, что огромные неолитические камни Стоунхенджа когда-то образовывали замкнутую окружность, доказательств в поддержку этой теории не было. В сентябре, после засушливого летнего сезона, археологи смогли наблюдать пятна сухой травы, появление которых наглядно подтверждает изначально круглую форму доисторического памятника.

Исследование прилегающей к памятнику территории при помощи всех возможных методов дистанционного зондирования — от георадаров (это тоже уже рутинный метод поиска крупных объектов под землей) до лазерного авиационного сканирования — дало возможность обнаружить следы еще семнадцати археологических объектов рядом со Стоунхенджем. Судя по всему, известный на весь мир памятник — лишь малая часть обширного ритуального комплекса древних обитателей Британии.

Второе открытие было сделано всего в 100 км от Стамбула, где располагалась византийская Никея. Снимок поверхности озера Изник, сделанный с самолета, показал археологу Мустафе Сахину ясные контуры фундаментов базилики V века.

Более того, сейчас археологи начинают активно использовать беспилотники — в первую очередь для максимально точной и строго вертикальной фотофиксации раскопов.

Аэрофотосъемка помогает составлять планы раскопок древних поселений

Глядя на кости

Любые раскопки приносят много биологического материала — костей, древесины, пыльцы, прочих останков животных и растений. Изучение их позволяет узнать очень и очень много о том, как жили наши предки, чем они питались, что выращивали (и даже какие друг другу дарили цветы). Иногда удается сделать удивительные открытия.

Так, при раскопках на городище в Великом Новгороде в 2003 году был найден череп обезьяны. Сперва археологи предположили, что это была ручная мартышка кого-то из офицеров испанской «Голубой дивизии», воевавшей в Новгороде на стороне немецко-фашистских войск и стоявшей неподалеку. Однако проведенный радиоуглеродный анализ показал, что этому черепу около тысячи лет. А значит, эта обезьянка развлекала не господ испанских офицеров меньше ста лет назад, а новгородского князя — в XI-XII веках!

Генетика

Удешевление генетических методов исследования резко увеличило частоту их использования в археологии. Так, уже сейчас проводятся работы по полному секвенированию останков, с тем чтобы «поймать» фрагменты микроорганизмов, заражавших наших предков, — и точно установить, чем наши предки болели.

К генетике относится и еще одно из топ-10 открытий в археологии за 2014 год. Исследователи из Еврейского университета в Иерусалиме и Института эволюционной антропологии Макса Планка придумали оригинальный способ изучать эпигенетику (способы работы генов) неандертальцев. Оказалось, к примеру, что ряд генов, отвечающих за форму тела и идентичных у нас и неандертальцев, работали совсем иначе: они обладают высокой экспрессией у современного человека и слабо экспрессировались (то есть почти не работали) у неандертальцев. Именно благодаря этому у неандертальцев были толстые руки, более широкие коленные и локтевые суставы, а также более короткие ноги и руки, чем у нас.

Изучение митохондриальной ДНК, передающейся только по материнской линии, тоже часто помогает узнать много нового. Так, в топ-10 археологических открытий 2014 года была включена работа по изучению мтДНК останков девушки возрастом 13 000 лет, найденных на полуострове Юкатан. Эта работа подтвердила, что останки принадлежат древнейшему на американском континенте человеку.

13000-летний скелет, который археологи назвали Найи.

Водолазная техника

Подводная археология — это отдельная тема, не очень стыкующаяся с образом археолога с лопатой. Однако даже в этой области есть совсем необычные исследования. Самое известное из них в нашей стране — работы на Великом мосту в Великом Новгороде. Дело в том, что Новгород издревле располагался на обоих берегах Волхова, который не замерзает. И с самого основания города в нем существовал постоянный мост, на котором кипела жизнь — торговали, ловили рыбу, казнили, дрались «стенка на стенку». В результате на дне сформировался настоящий культурный слой. И только раз в году, когда сходит лед с Ильменя, а вода остается еще более-менее прозрачной, археологи-водолазы ведут там самые настоящие раскопки — только вместо лопаты они пользуются струей воды и помпой. При этом археолог-водолаз работает практически лежа и должен проявлять чудеса ловкости. Попробуйте толстой водолазной перчаткой захватить тонкий рыболовный крючок или монетку-чешуйку — новгородское пуло!

Подводная археология

Используют водолазы и локационное оборудование — чаще всего сонары. К примеру, те же опоры древнего Великого моста сначала были обнаружены локационным методом, а потом уже к ним спустился водолаз. При помощи сонаров было сделано и одно из десяти крупнейших открытий в археологии 2014 года — найден корабль «Эребус» из экспедиции адмирала Франклина, который в середине XIX века отправился искать северо-западный проход из Тихого океана в Атлантический и пропал. Между прочим, для мировой науки это открытие посчитали настолько важным, что официальное объявление о нем сделал канадский премьер-министр.

Экспедиция Франклина отправилась на поиски короткого морского пути из Европы в Азию в 1845 году. Она состояла из кораблей «Эребус» и «Террор», адаптированных для плавания во льдах. Как полагают исследователи, оба судна потерпели крушение возле острова Кинг-Уильям (Канада) в сентябре 1846 года. Их поиски начались в 1848 году.

Подводя итог, можно сказать, что современная археология – это сочетания тщательного наблюдения, описания и анализа, научных методов, тяжелой физической работы, воображения и догадок.

Оригинал