По этому же предмету я спросил завод Армстронга, строивший ледокол для озера Байкал. Завод этот высчитывает, что для взламывания льда большой толщины потребуется гораздо меньше сил, чем по формуле В. И. Афонасьева, но надо сказать, что завод Армстронга говорит о ледоколах с передним винтом, тогда как В. И. Афонасьев основывал свои выводы на опытах с ледоколами, не имеющими переднего винта. Чтобы не ошибиться, примем расчеты В. И. Афонасьева, согласно которым для прохода сплошного льда в 12 футов надо 52 000 индикаторных сил.

Кроме сплошного льда, ледоколу в Ледовитом океане придется иметь дело с торосами. Торосы происходят от давления льда. Если представить себе, что море покрыто сплошным льдом, то ветер, дующий на его поверхность, стремится сдвинуть его по направлению движения. При огромной поверхности океана давление это, при значительной силе ветра, бывает так велико, что лед не в состоянии его выдержать, и он со страшным шумом взламывается и начинает громоздиться, образуя из глыб гряду, идущую зигзагами, поперек движения ветра. Лед затем взламывается в другом месте, образует новые гряды, и так как ветры дуют с разных сторон, то гряды торосов, как паутина, покрывают поверхность океанов. Они-то и составляют главное препятствие к санному путешествию по льду.

На образование торосов влияют также приливы и отливы, и Нансен подметил в этом отношении некоторую зависимость. О торосах существовали преувеличенные известия. Путешественникам приходилось перелезать через них, а потому они им казались очень высоки. Нансен по этому поводу в своем сочинении («Farthest North», стр. 243, т. I, английское издание) пишет следующее:

«В отчетах о полярных экспедициях часто можно встретить описание торосов в 50 футов высотою. Это сущие сказки. Авторы таких фантастических описаний измерений не производили. Во все время нашего следования со льдом и нашего путешествия по льду я только один раз встретил торос, вышиною более 23 футов. К несчастью, я не имел случая смерить его, но думаю, что могу с достоверностью сказать, что он был около 30 футов высоты. Все самые высокие торосы я обмерял; они были высотою 18–23 фута, и могу с достоверностью утверждать, что торосы, образуемые из морского льда, высотою более 25 футов, суть очень редкое исключение».

О глубине тороса можно судить по вышине его над водою. Торос представляет из себя кряж гор с некоторыми вершинами, и 18–23 фута, вероятно, есть высота вершин, а не всего кряжа. Предположим, однако же, чтобы не ошибиться, что кряж тороса имеет вышину 18 футов, и зададимся вопросом, как глубоко такой торос простирается вниз. Вейпрехт говорит, что в морском льде отношение высоты надводной части к подводной изменяется в пределах 1:10 и 1:3; в среднем он принимает 1:5. если допустить, что набивной лед имеет равную толщину, то вышина 18 футов над водою будет соответствовать 90 футам под водою. Но, по отношению к торосу, это не так. Торос в сечении имеет вид треугольника. Допустим, что стороны его идут под углом 45°, получим, что при высоте 18 футов и основании 36 футов площадь треугольника будет 324 кв. фута. Для поддержания веса этого льда следует под ним нагромоздить треугольник, площадью в 5 раз большею, т. е. 1620 кв. футов. такой треугольник, при той же покатости боков, будет иметь высоту 40 футов и основание 80 футов. Прибавим 12 футов толщины сплошного льда, и мы получим глубину тороса в 52 фута (рис. 3). Сплошной лед, представляющий связь тороса, будет в центре нагромождения претерпевать большее давление сверху, а по бокам будет большее давление снизу. Поэтому поверхность льда примет выгнутую форму, что и наблюдал нансен. Когда начинается таяние, то во впадинах у тороса скапливается вода. Наибольшей глубины торос, вероятно, достигает в момент своего образования, но затем лед начинает разравниваться. Вейпрехт (стр. 64) свидетельствует, что иногда, при полном спокойствии льда сверху, слышно его перемещение внизу. Это происходит, вероятно, вследствие движения воды под ледяным полем. Разность движения ледяного поля и воды, на которой оно лежит, т. е. течение воды, есть та сила, которая тревожит и разравнивает нижние глыбы льда.

Есть указания и у Нансена, и у Де-Лонга, что на 30 футах опущенный лот ударял по глыбе льда, и, кроме того, есть указания, что ледяные поля своими торосами становились на мель на 30 футах. По всем вышеуказанным доводам надо думать, что нагромождение глыб внизу против торосов до 30 футов есть дело заурядное и что в некоторых случаях подводная глубина торосов достигает 40 и 50 футов.

Схема полярного тороса

Является вопрос: может ли ледокол, имеющий силу идти сплошным льдом в 12 футов, разбить торос в 25 футов высотою? Инженер Рутковский приводит свидетельство, что на Мичигане ледокол в 3000 сил проходил торосы в 20 футов. Если допустить, что это преувеличение, что торос был 15 футов и крепость его пропорциональна квадрату его высоты, то и тогда нам для разбивания тороса в 25 футов потребуется менее, чем утроить силу, т. е. применить к разбиванию тороса 8300 сил, т. е. гораздо меньше, чем потребуется для разламывания сплошного льда в 12 футов.

Торосы озера Мичиган суть торосы одногодовые, тогда как в Ледовитом океане могут встретиться торосы, образовавшиеся несколько лет назад. Является вопрос: с годами нижний лед в торосе крепчает или нет? Ответ на этот вопрос мы можем найти в той же книге Вейпрехта (стр. 147). Он в зимнее время опустил глыбу льда на глубину 5 м, и оказалось, что в первый день произошло нарастание льда в 1 см. Это явление весьма понятно: глыба перед погружением имела температуру ниже нуля, и температура эта, передаваясь к поверхности глыбы, должна была произвести некоторое намерзание. В последующие дни намерзло уже очень немного, а затем глыба стала разрыхляться, вероятно, вследствие вымывания соли.

В первые дни по образовании тороса происходит спайка льдин между собою, и на эту спайку расходуется весь тот холод, который льдина принесла с собою. В последующее затем время спайка льдин между собою не увеличивается, а потому подводные глыбы льда в торосе с годами не крепчают, а слабеют, и если торос настоящего года на Мичигане может быть размыт действием винта, то, без сомнения, торосы минувших лет на Ледовитом океане также могут быть размыты действием струи воды от винта. Если торосы так слабы, что их можно размывать струею воды, то, следовательно, льдины не лежат плотно одна к другой. Торос нельзя сравнить с правильною кирпичною кладкою, его скорее можно уподобить груде кирпича, с тою, однако, разницею, что груду кирпича подвинуть весьма трудно, тогда как груду льдин, плавающих в воде, подвинуть весьма легко. Лед имеет такую малую плавучесть, что он в воде почти уравновешен; под давлением корпуса глыбы его будут расступаться в стороны и пропустят судно.

Если бы нам пришлось прокладывать себе дорогу в сплошном льде в 30 футов, то мог бы явиться вопрос: куда денется лед, который мы будем вымещать корпусом корабля? При набивном льде такого вопроса явиться не может, ибо между глыбами есть промежутки, которые допустят спрессование, и, кроме того, часть глыб пойдет, может быть, подо дном судна. Отсюда можно заключить, что торосы не представляют из себя чего-то непреодолимого.

Для ломки полярного льда в 12 футов мы высчитали, что потребуется 52 000 индикаторных сил. На первый взгляд, сила эта представляется до несоразмерности большой, но в прошлом (1896) году, как раз в это самое время, я ехал по Атлантическому океану из Нью-Йорка в Ливерпуль на пароходе «Campania», машина которого развивает 28 000 индикаторных сил; следовательно, два таких парохода могут прорезать лед в 12 футов, и, значит, сила эта не есть чрезвычайная. Если бы я сказал, что хочу сдвинуть Альпы, то вы могли бы усомниться, ибо таких машин еще нет, но ведь не Альпы же сдвинуть мы хотим машиною. Я говорю о величине, которою мы на практике пользуемся. Я говорю о пароходе, который благополучно плавает и перевозит своих пассажиров из года в год. Чтобы пройти Ледовитый океан зимою и бороться с толстыми льдинами, пароходу нужно иметь 52 000 индикаторных сил. Но можно пройти Ледовитый океан не зимою, а позже, когда лед немного стает и будет на 1 м тоньше.

Расширение льда

Затем есть еще обстоятельство, чрезвычайно уменьшающее крепость льда, – это его растрескивание. Лед имеет чрезвычайно оригинальную аномалию. Все тела от теплоты расширяются, а от холода сжимаются. Морской лед имеет это свойство лишь ниже −15°, а от −15° до 0 он сжимается при нагревании. Пока стоит мороз и происходит намерзание, лед трескается, но не очень, а когда температура поверхности подымается до −2, начинается сильное растрескивание льдин.

Предположим, что в конце зимы лед имеет толщину 2 м и что на поверхности он имеет температуру −38°, внизу температуру воды −2°, а в середине среднюю температуру −20°. При этом условии верхний лед находится в состоянии, соответствующем объему 1083, средний лед 1086, а нижний 1077. Допустим теперь, что началась оттепель и поверхность льда, толщиною в несколько дюймов, приняла температуру, близкую таянию −2°. Этой температуре соответствует объем 1077; следовательно, лед на поверхности должен был сжаться почти на 1 %, в то время как средняя толща осталась в прежнем объеме. Это обстоятельство вызывает трещины на поверхности, и Вейпрехт говорит (стр. 47), что весною нельзя найти и 1 кв. м поверхности льда без трещин.

Таяние и растрескивание морского льда

Лед пресноводный имеет ту же аномалию, как и лед морской воды, но температура небольшого объема находится ближе к 0. Чтобы проследить явление растрескивания, я нынешнею зимою сделал наблюдения над несколькими глыбами льда. Пока были морозные дни, поверхность льда оставалась цельная, но после двух дней оттепели поверхность льдины растрескалась и приняла вид мозаики, так что не осталось цельного места, на которое можно было бы поместить ладонь. Растрескивание льда значительно убавляет его крепость и уменьшает количество силы, потребной на его взламывание.

Кроме растрескивания льда, вследствие перемены температуры воздуха, есть еще другое обстоятельство, уменьшающее крепость соленого льда. Как известно, при замерзании соленой воды соль выделяется, но часть ее механически запутывается во льде. Пока температура льда низка, до тех пор запутавшаяся соль остается во льду, но когда температура льда повысится, то соль начнет вымываться из льда, и являются тонкие канальцы. Вейпрехт говорит (стр. 82), что в середине мая они могли прорубить во льду углубление и уже на 2 ½ м встречали влагу. 25 мая (нов. стиля) уже на глубине ½ м встречали влагу, а через 3 дня влага показалась даже на ¼ м от поверхности.

По мере того как лед тает и солнечные лучи начнут пробивать всю толщину, во льду появятся сквозные канальцы. Появление их обнаруживается тем, что вся вода с поверхности уйдет под лед. Путешественники по полярным льдам свидетельствуют, что вода в известное время лета уходит под лед, и, следовательно, с этого времени надо считать, что весь лед пробит каналами и, разумеется, значительно ослаблен в своей крепости.

Надо еще иметь в виду, что лед, образовавшийся из соленой воды, имеет большую вязкость, но значительно меньшую крепость, чем лед пресноводный. Я не встречал исследований по этой части, а потому сам при содействии доктора медицины Шидловского^[82], произвел некоторые опыты над изломом ледяных брусков. Не привожу здесь подлинных цифр наших наблюдений, ибо они производились при недостаточно точной обстановке. Опыты показали, что лед из раствора поваренной соли, удельного веса 1026, при температуре около −5°Ц, в три раза слабее на излом, чем лед пресноводный. Полагаю, что излишняя вязкость соленого льда с избытком компенсируется меньшею крепостью и что в общем можно признать, что лед морской воды слабее пресноводного.

Снежный покров значительно затрудняет разломку льда ледоколом. Это происходит, вероятно, вследствие того, что корпус ледокола не так хорошо скользит по снегу, как по льду, и что много силы бесполезно тратится на упрессовку снега. В июне месяце большая часть полярного льда уже оголилась от снежного покрова, и, следовательно, этого препятствия, с которым приходится считаться ледоколам в зимнее время, летом не существует.

Все вышесказанное приводит меня к заключению, что с 1 июня (нов. ст.) полярный лед хотя и имеет свою полную толщину, но значительно растрескался как сверху, так и снизу, и ломка его потребует гораздо меньшего усилия, чем ломка льда, не имеющего никаких трещин. Судя по опытам на кронштадтских ледоколах, 1 фут 4 дюйма весеннего льда равны по крепости лишь 1 футу льда осеннего, так что при расчете силы можно сбавлять 25 % с толщины. Для того чтобы не ошибиться, примем эту величину в 20 %. Позже 1 июня лед Ледовитого океана становится все слабее и слабее, пока с началом морозов он не станет вновь крепчать. Август месяц надо признать, по отношению к разламыванию льда, самым выгодным.

К числу обстоятельств, облегчающих доступ к Северному полюсу, надо причислить тот факт, что, по Вейпрехту и другим авторитетным отзывам, 1/3 пространства Ледовитого океана в летнее время совершенно открыта ото льда^[83]. Нансен не противоречит этому указанию, и «Фрам», от широты 83° до 80°, всего 180 миль, прошел во льдах, пробираясь по полыньям.

Может быть, даже существует и великая полынья, о которой пишет Врангель; температуры нижних слоев воды, наблюдавшиеся Нансеном на «Фраме», наводят на некоторые соображения об этой полынье. В широте около 82° и долготе 125° 13–17 августа он получил следующие цифры:

Рассматривая эту таблицу, мы видим, что до глубины 100 м температура воды остается одна и та же, около −1,5°. От 100 м она начинает подниматься, и на 200 м она достигает 0°, а на 260 м +0,34°. Температуру эту вода имеет до 500 м, после чего температура опять понижается. На 1800 м она достигает величины −0,60°, которую и сохраняет до дна.