В. Х. Буйницкий установил, что, проникая в лед и размножаясь, водоросли нарушают внутреннее строение льда и существенно снижают его прочность. Благодаря темной окраске, скопления водорослей выполняют роль своеобразного радиационного фильтра. Солнечное излучение, проникающее в лед, прежде всего разрушает эти прослойки, и при ударе судна о лед он расслаивается в первую очередь вдоль слоя, заселенного водорослями. Ну а миграция колоний микроорганизмов по этажам заселения ослабляет связь между отдельными кристаллами льда и обусловливает понижение прочности по вертикали.

Результаты испытаний на механическом прессе «чистого» льда и окрашенных образцов показали, что предел прочности на изгиб у образцов, облюбованных микроорганизмами, иногда в два-три раза ниже, чем в тех слоях, где их обнаружить не удалось.

Внедрение микроорганизмов в толщу льда и ослабление вследствие этого его прочности объясняет и другую характерную особенность ледяного покрова южнополярных вод. Величавые и могучие гряды торосов, стоящие неодолимыми редутами среди льдов Арктики, почти не встречаются в Южном океане. Здесь лед при столкновении с судном крошится на более мелкие части, образующиеся торосы невелики, а со временем и вообще могут быть скрыты интенсивными снежными заносами.

Изучив кристаллическое строение льда, мы заглянули в его «душу», примерно представляем себе, как его структура скажется на прочности. Теперь необходимо рассчитать его грузоподъемность, так как ледяная платформа толщиной от одного до двух метров становится нашей рабочей площадкой.

Антарктическое лето. Температура воздуха около нуля. Солнце. Штиль. Благодать. Лед начинает таять, снизу, сверху, раскисать на глазах и превращаться местами в какое-то снежноледяное болото. Вот теперь-то, в разгар радиационного прогрева, происходит перераспределение прочности льда по площади припая и по его толщине в зависимости от кристаллического строения льда и присутствия снега на его поверхности. В летнее время снег – это щит, предохраняющий лежащий под ним лед от губительного действия солнца. Такого щита лишена прибрежная полоса шириною около 2 км, та самая, которую вылизывает стоковый ветер. Лед, слагающий припай в пределах этой полосы, в основном состоит из длинных кристаллов – волокон конжеляционного льда. Вдоль волокон концентрируются скопления солевых и воздушных включений, которые поглощают большое количество солнечной радиации, обусловливая внутреннее таяние по границам кристаллов и, в конечном счете, распад льда на отдельные кристаллы.

В случае если слои конжеляционного льда перекрыты сверху льдом зернистой структуры, этот процесс задерживается. Роль щита играют слои льда, который мы называем водно-снежным, снежно-водным, шуговым и т. п. Установлено, что для разрушения крупнокристаллического льда требуется примерно 15 кал/см³, а для водно-снежного – 55. Существенная разница!

Вот эта прибрежная зона, сложенная конжеляционным льдом, изъеденная многочисленными снежницами, пронизанная лучами солнца от верхней до нижней поверхности, зачастую полностью отсекает от берега еще сравнительно прочный ледяной покров в прикромочной полосе припая и делает передвижение транспорта по льду крайне опасным. Трактора проваливаются либо здесь, у берега, где зимой, как выражаются водители, «лед звенит», либо при форсировании трещин.

В общем здесь есть над чем поломать голову, и поэтому применительно к морскому льду в формулу расчета прочности были введены несколько коэффициентов, самыми важными из которых были температурный, учета солености и распределения нагрузки.

Эта формула, предложенная М. М. Казанским и А. Р. Шульманом, имеет вид:

где P – допускаемая нагрузка на лед, т;

B – коэффициент распределения нагрузки, равный 100 для колесных грузов, 115-125 для гусеничных;

k – температурный коэффициент;

N – коэффициент запаса прочности, равный 1,6;

S – коэффициент учета солености, равный 1 для пресного льда и 0,7 для морского;

h – наименьшая толщина льда без снега, м.

К этой формуле, пока она использовалась в северных полярных широтах, претензий не было. В южных они появились. Достаточно сказать, что при толщине льда в 1,5 м эта формула гарантирует безопасную работу с грузом весом около 100 т – груз такого веса в экспедиционных условиях себе трудно представить, а между тем только на рейде Мирного на припае такой толщины ушел на дно не один трактор.

Чтобы свести концы с концами, в формулы расчета был введен коэффициент кристалличности, который либо полностью отбрасывал, либо учитывал лишь частично слои льда, имеющие мелкокристаллическое и зернистое строение. Однако в Антарктике сплошь и рядом практически вся толща ледяного покрова состоит из льдов такого строения, а не из конжеляционного льда, как в Арктике, и тем не менее он выполняет свои функции грузовой площадки, временной взлетно-посадочной полосы и делает это неплохо. Кроме того, чтобы определить коэффициент кристалличности и сказать наверняка, каков же лед по кристаллическому строению, нужна специальная аппаратура и определенная подготовка – иными словами, в полевых условиях это далеко не всегда сделаешь.

Не оправдано и полное игнорирование снега при расчетах. Ведь разгрузка у барьера чаще всего проводится на прибрежные снежники, целиком состоящие из снега, а в весенне-летний период – на заснеженный припай, который дольше сохраняет прочность.

Необходимо учитывать также повышенную соленость антарктического льда. В осенний период отмечены значения солености молодых форм льда всего лишь в два, а иногда в полтора раза уступающие солености морской воды, из которой они образовались. Для Арктики подобные вещи почти невероятны, они возможны как исключение.

Все эти сложности морских антарктических льдов учитываются специальными коэффициентами, которые дополняют формулу Казанского – Шульмана.

Упрощенная расчетная формула для весеннего времени, когда солнце еще только начало свою губительную работу выглядит так:

Для летнего времени, когда на припае во множестве плодятся снежницы, трещины и он под лучами солнца начи нает интенсивно разрушаться, а соленость его резко уменьшается, годится такая формула:

Осенью, в связи с резким понижением температуры, возрастает роль коэффициента k, увеличивается соленость, идет активное замерзание пресной воды, сохранившейся в толще и на поверхности ледяного покрова, формула принимает вид:

Использование таких «сезонных» формул дает возможность хоть частично учесть межсезонные изменения и особенности физико-механических свойств антарктического льда. Толщина ледяного покрова для одного и того же груза при расчете грузоподъемности по таким формулам отличается весьма существенно. К примеру, для тягача весом 24 т для весеннего, летнего и осеннего периодов необходима соответственно следующая толщина льда: 112, 177 и 78 см.

Конечно, летом нередко бывает не наскрести этих 177 см, и на каком льду мы работаем и какими, часто интуитивными, критериями и коэффициентами пользуемся – это маленькая профессиональная тайна антарктических гидрологов и водителей.

Если с высоты 500 м взглянуть на припай рейда Мирного, невольно обратишь внимание на многочисленные трещины, причудливой паутиной рассекающие лед во всех направлениях, лучами расходящиеся от островов к ближайшим айсбергам, змеящиеся вдоль самого берега… Беспорядочными и хаотичными они кажутся лишь с первого взгляда. Старожилы Мирного, в особенности водители, не один раз зимовавшие здесь и водившие вездеходы по припаю в лабиринте айсбергов, знают, что многие из трещин появляются из года в год примерно в одних и тех же местах.