Давно известно, что океанические воды покрывают большую часть поверхности нашей планеты. Они составляют непрерывную водную оболочку, на долю которой приходится более 70% всей географической плоскости. Но мало кто задумывался о том, что свойства океанических вод уникальны. Они оказывают огромное влияние на климатические условия и хозяйственную деятельность людей.

Свойство 1. Температура

Океанские воды способны накапливать тепло. (около 10 см в глубину) удерживают огромное количество тепла. Охлаждаясь, океан обогревает нижние слои атмосферы, благодаря чему средняя температура земного воздуха составляет +15 °С. Если бы на нашей планете не было океанов, то средняя температура с трудом дотягивала бы до -21 °С. Получается, что благодаря способности Мирового океана накапливать тепло нам досталась комфортная и уютная планета.

Температурные свойства океанических вод изменяются скачкообразно. Прогретый поверхностный слой постепенно перемешивается с более глубокими водами, в результате чего на глубине нескольких метров происходит резкий температурный перепад, а затем плавное понижение до самого дна. Глубинные воды Мирового океана имеют примерно одинаковую температуру, измерения ниже трех тысяч метров обычно показывают от +2 до 0 °С.

Что же касается поверхностных вод, то их температура зависит от географической широты. Шарообразная форма планеты определяет угол падения солнечных лучей на поверхность. Ближе к экватору солнце отдает больше тепла, чем у полюсов. Так, например, свойства океанических вод Тихого океана напрямую зависят от средних температурных показателей. Поверхностный слой имеет самую высокую среднюю температуру, которая составляет более +19 °С. Это не может не влиять и на окружающий климат, и на подводную флору и фауну. Далее следует поверхностные воды которого в среднем прогреты до 17,3 °С. Затем Атлантика, где этот показатель равен 16,6 °С. И самые низкие средние температуры - в Северном Ледовитом океане - примерно +1 °С.

Свойство 2. Соленость

Какие еще свойства океанических вод изучают современные ученые? их интересует состав морской воды. Вода в океане - коктейль из десятков химических элементов, и важная роль в нем отведена солям. Соленость океанических вод измеряется в промилле. Обозначают ее значком «‰». Промилле означает тысячную долю числа. Подсчитано, что литр океанической воды имеет среднюю соленость 35‰.

При исследовании Мирового океана ученые не раз задавались вопросом о том, каковы свойства океанических вод. Везде ли в океане они одинаковы? Оказывается, соленость, как и средняя температура, неоднородна. На показатель влияет целый ряд факторов:

• количество атмосферных осадков - дождь и снег значительно понижают общую соленость океана;
• сток крупных и мелких рек - соленость океанов, омывающих материки с большим количеством полноводных рек, ниже;
• льдообразование - этот процесс повышает соленость;
• таяние льдов - этот процесс понижает соленость воды;
• испарение воды с поверхности океана - соли не испаряются вместе с водами, и соленость повышается.

Получается, что различная соленость океанов объясняется температурой поверхностных вод и климатическими условиями. Самая высокая средняя соленость у воды Атлантического океана. Однако самая соленая точка - Красное море, принадлежит Индийскому. Наименьшим показателем характеризуется Северный Ледовитый океан. Эти свойства океанических вод Северного Ледовитого океана наиболее сильно ощущаются вблизи впадения полноводных рек Сибири. Здесь соленость не превышает 10‰.

Интересный факт. Общее количество соли в Мировом океане

Ученые не сошлись во мнениях, какое количество химических элементов растворено в водах океанов. Предположительно от 44 до 75 элементов. Но они подсчитали, что всего в Мировом океане растворено просто астрономическое количество солей, примерно 49 квадриллионов тонн. Если выпарить и высушить всю эту соль, то она покроет поверхность суши слоем более чем в 150 м.

Свойство 3. Плотность

Понятие «плотность» изучается уже давно. Это отношение массы вещества, в нашем случае Мирового океана, к занимаемому объему. Знание о величине плотности необходимо, например, для поддержания плавучести судов.

И температура, и плотность - неоднородные свойства океанских вод. Среднее значение последней - 1,024 г/см³. Этот показатель измерялся при средних значениях температуры и содержания солей. Однако на разных участках Мирового океана плотность изменяется в зависимости от глубины измерения, температуры участка и его солености.

Рассмотрим для примера свойства океанических вод Индийского океана, а конкретно изменение их плотности. Наибольшим этот показатель будет в Суэцком и Персидском заливе. Здесь он доходит до 1,03 г/см³. В теплых и соленых водах северо-западной части Индийского океана показатель падает до 1,024 г/см³. А в распресненных северо-восточной части океана и в Бенгальском заливе, где выпадает много осадков, показатель наименьший - примерно 1,018 г/см³.

Плотность пресной воды ниже, именно поэтому держаться на воде в реках и других пресных водоемах несколько сложнее.

Свойства 4 и 5. Прозрачность и цвет

Если набрать в банку морскую воду, то она покажется прозрачной. Однако при увеличении толщины водного слоя она приобретает голубоватый или зеленоватый оттенок. Изменение цвета связано с поглощением и рассеиванием света. Кроме того, на окрас океанских вод влияют взвеси различного состава.

Голубоватый цвет чистой воды - результат слабого поглощения красной части видимого спектра. При высокой концентрации в океанической воде фитопланктона, она приобретает сине-зеленый или зеленый цвет. Это происходит из-за того, что фитопланктон поглощает красную часть спектра и отражает зеленую.

Прозрачность океанической воды косвенно зависит от количества взвешенных частиц в ней. В полевых условиях прозрачность определяют диском Секки. Плоский диск, диаметр которого не превышает 40 см, опускают в воду. Глубина, на которой он становится не виден, принимается за показатель прозрачности в этом районе.

Свойства 6 и 7. Распространение звука и электропроводность

Звуковые волны способны распространяться под водой на тысячи километров. Средняя скорость распространения - 1500 м/с. Этот показатель для морской воды выше, чем для пресной. Звук всегда немного отклоняется от прямой.

Имеет более значительную электропроводность, чем пресная. Разница - 4000 раз. Это зависит от числа ионов на единицу водного объема.

Гидросфера - это оболочка Земли, которую образуют океаны, моря, поверхностные водоемы, снега, льды, реки, временные потоки воды, водяной пар, облака. Оболочка, составлена из водоемов и рек, океанов имеет прерывистый характер. Подземную гидросферу образуют подземные течения, грунтовые воды, артезианские бассейны.

Гидросфера имеет объем, равный 1 533 000 000 кубическим километрам. Водой покрыто три четвертых поверхности Земли. Семьдесят один процент поверхности Земли покрывают моря и океаны.

Огромная водная площадь во многом определяет водный и тепловой режимы на планете, поскольку вода обладает высокой теплоемкостью, в ней заложен большой энергетический потенциал. Воде принадлежит большая роль по формированию почвы, облика ландшафта. Воды мирового океана отличаются химическим составом, в дистиллированном виде вода практически не встречается.

Океаны и моря

Мировой океан - это водное пространство, которое омывает материки, оно составляет более 96 процентов всего объема земной гидросферы. Два слоя водной массы мирового океана имеют разную температуру, что в итоге обусловливает температурный режим Земли. Мировой океан аккумулирует энергию солнца, при охлаждении часть теплоты передает атмосфере. То есть терморегуляция Земли во многом обусловлена характером гидросферы. Мировой океан включает в себя четыре океана: Индийский, Тихий, Северный Ледовитый, Атлантический. Некоторые ученые выделяют Южный океан, который окружает Антарктиду.

Мировой океан отличается неоднородностью водных масс, которые, располагаясь в определенном месте, приобретают отличительные характеристики. По вертикали в океане выделяют придонные, промежуточные, поверхностные и подповерхностные слои. Придонная масса имеет самый большой объем, она же является самой холодной.

Море - часть океана, которая вдается в материк или прилегает к нему. Море отличается по своим особенностям от остальной части океана. В Бассейнах морей складывается свой гидрологический режим.

Моря делятся на внутренние (например, Черное, Балтийское), межостровные (в Индо-Малайском архипелаге) и окраинные (моря Арктики). Среди морей выделяют внутриматериковые (Белое море), межматериковые (Средиземное).

Реки, озера и болота

Важная составляющая гидросферы Земли - реки, в них содержится 0,0002 процентов всех водных запасов, 0,005 процентов пресных вод. Реки - важный природный резервуар воды, которая расходуется на питьевые нужды, нужды промышленности, сельского хозяйства. Реки - источник орошения, водоснабжения, обводнения. Реки питаются за счет снежного покрова, грунтовых и дождевых вод.

Озера возникают при избытке влаги и при наличии котловин. Котловины могут иметь тектоническое, ледниково-тектоническое, вулканическое, каровое происхождение. Термокарстовые озера распространены в районах вечной мерзлоты, в поймах рек часто встречаются пойменные озера. Режим озер определяется тем, выносит ли из озера воду река или нет. Озера могут быть бессточными, проточными, представлять с рекой общую озерно-речную систему.

На равнинах в условиях переувлажненности распространены болота. Низинные подпитываются грунтами, верховые - осадками, переходные - грунтами и осадками.

Подземные воды

Подземные воды располагаются на разной глубине в виде водоносных горизонтов в горных породах земной коры. Грунтовые воды залегают ближе к поверхности земли, подземные воды располагаются в более глубоких слоях. Наибольший интерес представляют минеральные и термальные воды.

Облака и водяной пар

Конденсат водяного пара образует облака. Если облако имеет смешанный состав, то есть включает кристаллы льда и воды, то они становятся источником осадков.

Ледники

Все компоненты гидросферы имеют свою особенную роль в глобальных процессах энергетического обмена, глобального влагооборота, влияют на многие жизнеобразующие процессы на Земле.

Слоеный пирог в океане

В 1965 г. американский ученый Генри Стоммел и советский ученый Константин Федоров совместно проводили испытания нового американского прибора для измерения температуры и солености вод океана. Работы проводились в Тихом океане между островами Минданао (Филиппины) и Тимор. Прибор опускали на тросе в глубину вод.

Однажды исследователи обнаружили на регистраторе прибора необычную запись измерений. На глубине 135 м, там, где окончился перемешанный слой океана, температура должна была согласно существовавших представлений начать равномерно уменьшаться с глубиной. А прибор зарегистрировал ее повышение на 0,5 °C. Слой воды с такой повышенной температурой имел толщину около 10 м. Затем температура начала уменьшаться.

Вот что написал об этом примечательном наблюдении ученых доктор технических наук Н. В. Вершинский, руководитель лаборатории морских измерительных приборов Института океанологии АН СССР: «Чтобы понять удивление исследователей, надо сказать, что в любом курсе океанографии тех лет о распределении температуры в океане по вертикали можно было прочесть примерно следующее. Первоначально от поверхности вглубь идет верхний перемешанный слой. В этом слое температура воды практически остается неизменной. Толщина перемешанного слоя обычно составляет 60 – 100 м. Ветер, волны, турбулентность, течение все время перемешивают воду в поверхностном слое, благодаря чему ее температура и становится примерно одинаковой. Но возможности перемешивающих сил ограниченны, на какой-то глубине их действие прекращается. При дальнейшем погружении температура воды резко уменьшается. Скачком!

Этот второй слой так и называется – слой скачка. Обычно он невелик и составляет всего 10–20 м. На протяжении этих немногих метров температура воды снижается на несколько градусов. Градиент температуры в слое скачка обычно составляет несколько десятых долей градуса на метр. Этот слой – удивительное явление, которому нет аналога в атмосфере. Он играет большую роль в физике и биологии моря, а также в человеческой деятельности, связанной с морем. Благодаря большому градиенту плотности в слое скачка собираются различные частицы взвеси, планктонные организмы и мальки рыб. Подводная лодка в нем может лежать, как на грунте. Поэтому иногда его называют слоем «жидкого грунта».

Слой скачка представляет собой своеобразный экран: через него плохо проходят сигналы эхолотов и гидролокаторов. Кстати сказать, он не остается всегда на одном месте. Слой перемещается вверх или вниз и иногда с довольно большой скоростью. Ниже слоя скачка располагается слой главного термоклина. В этом третьем слое температура воды продолжает уменьшаться, но не так быстра, как в слое скачка, градиент температуры здесь составляет несколько сотых долей градуса на метр…

В течение двух дней исследователи несколько раз повторяли свои измерения. Результаты были схожи. Записи неопровержимо свидетельствовали о наличии в океане тонких прослоек воды протяженностью от 2 до 20 км, температура и соленость которых резко отличались от соседних. Толщина слоев от 2 до 40 м. Океан в этом районе напоминал слоеный пирог».

В 1969 г. английский ученый Вудс нашел элементы микроструктуры в Средиземном море около острова Мальта. Он сперва использовал для замеров двухметровую рейку, на которую укрепил десяток полупроводниковых датчиков температуры. Затем Вудс сконструировал автономный падающий зонд, который помог четко зафиксировать слоистую структуру полей температуры и солености воды.

А в 1971 г. слоистую структуру впервые обнаружили в Тиморском море и советские ученые на НИС «Дмитрий Менделеев». Затем во время плавания судна по Индийскому океану ученые находили элементы такой микроструктуры во многих районах.

Таким образом, как часто бывает в науке, применение новых приборов для измерения ранее многократно замеренных физических параметров привело к новым сенсационным открытиям.

Ранее температуру глубинных слоев океана замеряли ртутными термометрами в отдельных точках на разных глубинах. Из этих же точек при помощи батометров поднимали с глубины пробы воды для последующего определения в судовой лаборатории ее солености. Затем по результатам измерений в отдельных точках океанологи строили плавные кривые графиков изменения параметров воды с глубиной ниже слоя скачка.

Теперь новые приборы – малоинерционные зонды с полупроводниковыми датчиками – позволили измерить непрерывную зависимость температуры и солености воды от глубины погружения зонда. Их использование дало возможность уловить совсем небольшие изменения параметров водных масс при перемещении зонда по вертикали в пределах десятков сантиметров и фиксировать их изменения во времени за доли секунд.

Оказалось, что везде в океане вся водная масса от поверхности до больших глубин разделена на тонкие однородные слои. Разница в температуре между соседними горизонтальными слоями составляла несколько десятых градуса. Сами слои имеют толщину от десятков сантиметров до десятков метров. Самое поразительное было то, что при переходе из слоя в слой температура воды, ее соленость и плотность менялись резко, скачкообразно, а сами слои устойчиво существуют иногда несколько минут, а иногда несколько часов и даже суток. А в горизонтальном направлении такие слои с однородными параметрами простираются на расстояние до десятка километров.

Первые сообщения об открытии тонкой структуры океана не всеми учеными-океанологами были приняты спокойно и благожелательно. Многие ученые восприняли результаты измерений как случайность и недоразумение.

Действительно, было чему удивляться. Ведь вода во все века была символом подвижности, изменчивости, текучести. Тем более вода в океане, где структура ее чрезвычайно изменчива, волны, поверхностные и подводные течения все время перемешивают водные массы.

Почему же сохраняется такая устойчивая слоистость? Однозначного ответа на этот вопрос пока нет. Ясно одно: все эти замеры не игра случая, не химера – открыто нечто важное, играющее существенную роль в динамике океана. По мнению доктора географических наук А. А. Аксенова, не вполне ясны причины этого явления. Пока объясняют его так: по той или иной причине в толще воды возникают многочисленные довольно четкие границы, разделяющие слои с различной плотностью. На границе двух слоев различной плотности очень легко возникают внутренние волны, которые перемешивают воду. При разрушении внутренних волн возникают новые однородные слои и границы слоев образуются на иных глубинах. Этот процесс повторяется многократно, меняются глубина залегания и толщина слоев с резкими границами, но общий характер водной толщи остается неизменным.

Выявление тонкослойной структуры продолжалось. Советские ученые А. С. Монин, К. Н. Федоров, В. П. Швецов обнаружили, что и глубинные течения в открытом океане также имеют слоистую структуру. Течение остается постоянным в пределах слоя толщиной от 10 см до 10 м, затем его скорость скачкообразно меняется при переходе к соседнему слою и т. д. И тут ученые обнаружили «слоистый пирог».

Значительный вклад в изучение тонкой структуры океана сделали наши океанологи, используя научное оборудование новых среднетоннажных специализированных НИС водоизмещением 2600 т, построенных в Финляндии.

Это НИС «Академик Борис Петров», принадлежащее Институту геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского АН СССР, «Академик Николай Страхов», работающее по планам Геологического института АН СССР, и принадлежащие Дальневосточному отделению АН СССР «Академик М. А. Лаврентьев», «Академик Опарин».

Эти суда получили имена видных советских ученых. Герой Социалистического Труда академик Борис Николаевич Петров (1913–1980) был крупнейшим ученым в области проблем управления, талантливым организатором космической науки и международного сотрудничества в этой области.

Так же закономерно появление имени академика Николая Михайловича Страхова (1900 – .1978) на борту корабля науки. Выдающийся советский геолог внес крупный вклад в изучение осадочных пород на дне океанов и морей.

Советский математик и механик академик Михаил Алексеевич Лаврентьев (1900–1979) получил широкую известность как крупный организатор науки в Сибири и на востоке СССР. Именно он стоял у истоков создания прославленного Академгородка в Новосибирске. В последние десятилетия исследования в институтах Сибирского отделения АН СССР приобрели такие масштабы, что теперь невозможно представить себе общую картину почти в любой области науки без учета работы сибирских ученых.

Из четырех НИС этой серии три (кроме НИС «Академик Опарин») строились для гидрофизических исследований водных масс океанов и морей, исследования океанского дна и слоев атмосферы, прилегающих к поверхности океана. Исходя из этих задач и спроектирован установленный на судах научно-исследовательский комплекс.

Важной составной частью этого комплекса являются погружаемые зонды. В носовой части главной палубы судов этой серии размещены гидрологическая и гидрохимическая лаборатории, а также так называемая «мокрая лаборатория». Научная аппаратура, размещенная в них, включает регистрирующие блоки погружаемых зондов с датчиками электропроводности, температуры и плотности. Причем конструкция гидрозонда предусматривает наличие на нем комплекта батометров для взятия проб воды с различных горизонтов.

На этих судах установлены не только глубоководные узколучевые исследовательские эхолоты, но и многолучевые.

Как рассказал известный исследователь Мирового океана доктор географических наук Глеб Борисович Удинцев, появление этих приборов – многолучевых эхолотов – следует оценить как революцию в деле изучения океанского дна. Ведь на протяжении многих лет наши суда оснащались эхолотами, измерявшими глубины при помощи одного луча, направленного с судна вниз по вертикали. Это позволяло получать двухмерное изображение рельефа океанского дна, его профиль по маршруту движения судна. Используя большой массив данных, собранный при помощи однолучевых эхолотов, до сих пор составлялись карты рельефа дна морей и океанов.

Однако построение карт по профилям дна, между которыми нужно было пролагать линии равных глубин – изобаты, зависело от умения картографа-геоморфолога или гидрографа создавать пространственное трехмерное изображение, базируясь на синтезе всей доступной геолого-геофизической информации. Понятно, что при этом карты рельефа океанского дна, служившие затем основой для всех других геологических и геофизических карт, содержали много субъективного, что особо проявлялось при их использовании для разработки гипотез происхождения дна морей и океанов.

Положение существенно изменилось с появлением многолучевых эхолотов. Они позволяют принимать отраженные дном звуковые сигналы, посланные эхолотом, в виде веера лучей; охватывающих полосу поверхности дна шириной, равной двум глубинам океана в точке измерения (до нескольких километров). Это не только намного повышает производительность исследований, но, что особенно важно для морской геологии, можно с помощью электронно-вычислительной техники тут же представлять трехмерное изображение рельефа на дисплее, а также графически. Таким образом, многолучевые эхолоты позволяют получать детальные батиметрические карты при сплошном площадном покрытии дна приборной съемкой, сводя долю субъективных представлений до минимума.

Первые же рейсы советских НИС, оснащенных многолучевыми эхолотами, сразу же показали преимущества новых приборов. Стало ясно их значение не только для выполнения фундаментальных работ по картографированию дна океанов, но и как средства активного управления исследовательскими работами в качестве приборов своего рода акустической навигации. Это дало возможность активно и с минимальными затратами времени выбирать места для геологических и геофизических станций, контролировать движение буксируемых над дном или по дну приборов, производить поиск морфологических объектов дна, например минимальных глубин над вершинами подводных гор, и т. п.

Особенно эффективным по реализации возможностей многолучевого эхолота был рейс НИС «Академик Николай Страхов», проведенный в период с 1 апреля по 5 августа 1988 г. в экваториальной Атлантике.

Исследования велись по полному комплексу геолого-геофизических работ, но главным было многолучевое эхолотирование. Для исследований был выбран экваториальный участок Срединно-Атлантического хребта в районе о. Сан-Паулу. Этот малоизученный район выделялся своей необычностью по сравнению с другими участками хребта: обнаруженные здесь магматические и осадочные породы неожиданно оказались необычайно древними. Предстояло выяснить, отличается ли этот участок хребта от других и по остальным своим характеристикам, а прежде всего – по рельефу. Но для решения этого вопроса необходимо было иметь чрезвычайно детальную картину подводного рельефа.

Такая задача и была поставлена перед экспедицией. В течение четырех месяцев велись исследования с интервалами между галсами не более 5 миль. Они охватили обширную область океана шириной с востока на запад до 700 миль и с севера на юг до 200 миль. В результате выполненных исследований стало очевидным, что экваториальный сегмент Срединно-Атлантического хребта, заключенный между разломами 4° на севере и о. Сан-Паулу на юге, действительно имеет аномальное строение. Обычные для остальных частей хребта (к северу и к югу от изучавшейся области) структура рельефа, отсутствие мощного осадочного покрова и характеристики магнитного поля пород оказались здесь характерными только для узкой осевой части сегмента шириной не более 60–80 миль, получившей название Петропавловского хребта.

А то, что считалось ранее склонами хребта, оказалось обширными плато с совершенно иным характером рельефа и магнитного поля, с мощным осадочным покровом. Так что, видимо, происхождение рельефа и геологическое строение плато являются совершенно иным, чем у Петропавловского хребта.

Значение полученных результатов может оказаться очень важным для разработки общих представлений о геологии дна Атлантического океана. Однако предстоит многое осмыслить и проверить. А для этого необходимы новые экспедиции, новые исследования.

Следует особо отметить оборудование для исследования водных масс, установленное на НИС «Арнольд Веймер» водоизмещением 2140 т. Это специализированное НИС построено финскими корабелами для АН ЭССР в 1984 г. и названо в честь видного государственного деятеля и ученого ЭССР президента АН ЭССР в 1959–1973 гг. Арнольда Веймера.

В числе судовых лабораторий – три физики моря (гидрохимическая, гидробиологическая, морской оптики), вычислительный центр и ряд других. Для проведения гидрофизических исследований на судне имеется комплект регистрирующих измерителей течения. Сигналы от них принимаются установленным на судне гидрофонным приемником и передаются в систему регистрации и обработки данных, а также записываются на магнитную ленту.

Для этой же цели служат свободно плавающие извещатели течения фирмы «Бентос» для регистрации значений параметров течения, сигналы от которых также принимаются судовым приемным устройством.

На судне установлена автоматизированная система отбора проб с различных горизонтов и замера гидрофизических и гидрохимических параметров с помощью исследовательских зондов с акустическими измерителями течения, датчиками содержания растворенного кислорода, концентрации водородных ионов (pH) и электропроводности.

Гидрохимическая лаборатория оснащена высокоточной аппаратурой, позволяющей проводить анализы проб морской воды и донных отложений на содержание микроэлементов. Для этой цели предназначены сложные и точные приборы: спектрофотометры различных систем (в том числе атомно-абсорбционный), флуоресцентный жидкостный хроматограф, полярографический анализатор, два автоматических химических анализатора и др.

У гидрохимической лаборатории расположена сквозная шахта в корпусе размером 600X600 мм. Из нее можно забирать морскую воду из-под судна и производить спуск приборов в воду при неблагоприятных метеоусловиях, не позволяющих использовать в этих Целях палубные устройства.

В оптической лаборатории имеются два флуорометра, двухлучевой спектрофотометр, оптический многоканальный анализатор и программируемый многоканальный анализатор. Такое оборудование позволяет ученым проводить широкий спектр исследований, связанных с изучением оптических свойств морской воды.

В гидробиологической лаборатории, помимо стандартных микроскопов, есть планктонный микроскоп «Олимпус», специальное оборудование для проведения исследований с помощью радиоактивных изотопов: сцинтиляционный счетчик и анализатор частиц.

Особый интерес представляет судовая автоматизированная система регистрации и обработки собранных научных данных. В ВЦ размещена мини-ЭВМ венгерского производства. Эта ЭВМ двухпроцессорной системы, то есть решение задач и обработка экспериментальных данных производится в ЭВМ параллельно по двум программам.

Для автоматизированной регистрации собранных экспериментальных данных, поступающих от многочисленных приборов и устройств, на судне смонтированы две кабельные системы. Первая – радиальная кабельная сеть для передачи данных из лабораторий и мест проведения измерений на главный коммутационный пульт.

На пульте можно подсоединить линии измерения к любому контакту и вывести поступающие сигналы на любую судовую ЭВМ. Распределительные коробки этой линии установлены во всех лабораториях и на рабочих площадках у лебедок. Вторая кабельная сеть – резервная для подключения новых приборов и устройств, которые будут установлены на судне в будущем.

Прекрасная система, а ведь эта сравнительно мощная и разветвленная система сбора и обработки данных с помощью ЭВМ так удачно размещена на небольшом среднетоннажном НИС.

НИС «Арнольд Веймер» по составу научного оборудования и возможностям проведения многоплановых исследований является образцовым для среднетоннажного НИС. При его постройке и оснащении состав научного оборудования был тщательно продуман учеными АН ЭССР, что значительно повысило эффективность проведения исследовательских работ после ввода судна в эксплуатацию.

Из книги Жизнеобеспечение экипажей летательных аппаратов после вынужденного приземления или приводнения (без иллюстраций) автора Волович Виталий Георгиевич

Из книги Жизнеобеспечение экипажей летательных аппаратов после вынужденного приземления или приводнения [с иллюстрациями] автора Волович Виталий Георгиевич

Из книги Новейшая книга фактов. Том 1. Астрономия и астрофизика. География и другие науки о Земле. Биология и медицина автора Кондрашов Анатолий Павлович

Из книги Зачарованные острова Галапагосы автора фон Эйбл-Эйбесфельдт Ирениус

Из книги автора

Где больше бактерий – в океане или в городской канализации? По данным английского микробиолога Томаса Кертиса, миллилитр океанской воды содержит в среднем 160 видов бактерий, грамм почвы – от 6400 до 38 000 видов, а миллилитр сточных вод из городской канализации, как ни

Из книги автора

Эдем в Тихом океане На островах Галапагос решено создать биологическую станцию! Это радостное известие я получил весной 1957 года, когда готовился к экспедиции в Индо-Малайскую область. Международный союз охраны природы и ЮНЕСКО предложили мне отправиться на

Единственным, имеющим практическое значение источником, управляющим световым и тепловым режимом водоёмов, является солнце.

Если солнечные лучи, упавшие на поверхность воды, частью отражаются, частью расходуются на испарение воды и освещение того слоя, куда они проникают, а частью поглощаются, то очевидно, что нагревание поверхностного слоя воды происходит только за счёт поглощённой части солнечной энергии.

Не менее очевидно, что законы распределения тепла на поверхности Мирового океана те же самые, что и законы распределения тепла на поверхности континентов. Частные различия объясняются высокой теплоёмкостью воды и большей однородностью воды по сравнению с сушей.

В северном полушарии Мировой океан теплее, чем в южном, потому что в южном полушарии меньше суши, которая сильно нагревает атмосферу, а также открыт широкий доступ к холодной антарктической области; в северном полушарии суши больше, и полярные моря более или менее изолированы. Термический экватор воды находится в северном полушарии. Температуры закономерно убывают от экватора к полюсам.

Средняя температура поверхности всего Мирового океана равна 17°,4, т. е. превышает на 3° среднюю температуру воздуха на земном шаре. Высокая теплоёмкость воды и турбулентное перемешивание объясняют наличие больших запасов тепла в Мировом океане. Для пресной воды она равна I, для морской (солёностью в 35‰) немного меньше, а именно 0,932. В среднем годовом выводе самым тёплым океаном является Тихий (19°,1), затем Индийский (17°) и Атлантический (16°,9).

Колебания температур на поверхности Мирового океана неизмеримо меньше, чем колебания температуры воздуха над материками. Наименьшая достоверная температура, которая наблюдалась на поверхности океана, составляет -2°, наибольшая +36°. Таким образом, абсолютная амплитуда не более 38°. Что касается амплитуд средних температур, то они ещё уже. Суточные амплитуды не выходят за пределы 1°, а годовые амплитуды, характеризующие разность между средними температурами самого холодного и самого тёплого месяцев, колеблются от 1 до 15°. В северном полушарии для моря самый тёплый месяц - август, самый холодный - февраль; в южном полушарии наоборот.

По тепловым условиям в поверхностных слоях Мирового океана различают тропические воды, воды полярных областей и воды умеренных областей.

Тропические воды располагаются по обе стороны от экватора. Тут в верхних слоях температура никогда не опускается ниже 15-17°, а на больших пространствах вода имеет температуру 20-25° и даже 28°. Годовые колебания температур в среднем не превышают 2°.

Воды полярных областей (в северном полушарии их называют арктическими, в южном антарктическими) отличаются низкими температурами, обычно ниже 4-5°. Годовые амплитуды здесь тоже малы, как и в тропиках - всего 2-3°.

Воды умеренных областей занимают промежуточное положение - и территориально, и по своим некоторым особенностям. Часть их, расположенная в северном полушарии, получила название бореальной области, в южном - нотальной области. В бореальных водах годовые амплитуды достигают 10°, а в нотальной области вдвое меньше.

Передача тепла с поверхности «а глубины океана практически осуществляется только конвекцией, т. е. вертикальным движением воды, которое вызывается тем, что верхние слои оказались более плотными, чем нижние.

Распределение температуры по вертикали имеет свои особенности для полярных и для жарких и умеренных областей Мирового океана. Особенности эти можно в обобщённом виде суммировать в форме графика. Верхняя линия представляет вертикальное распределение температур под 3° ю. ш. и 31° з. д. в Атлантическом океане, т. е. служит примером вертикального распределения в тропических морях. Бросаются в глаза медленное понижение температуры в самом поверхностном слое, резкое падение температуры с глубины 50 м до глубины 800 м и затем вновь очень медленное падение с глубины 800 м и ниже: температура здесь почти не меняется, и притом она очень низкая (менее 4°). Эта неизменность температуры на больших глубинах объясняется полным покоем воды.

Нижняя линия представляет вертикальное распределение температур под 84° с. ш. и 80° в. д., т. е. служит примером вертикального распределения в полярных морях. Здесь характерно наличие тёплого слоя на глубине от 200 до 800 м, перекрываемого и подстилаемого толщами холодной воды с отрицательными температурами. Тёплые прослойки, обнаруживаемые и в Арктике, и в Антарктике, образовались в результате погружения вод, принесённых в полярные страны тёплыми течениями, потому что эти воды, вследствие своей более высокой солёности по сравнению с опреснёнными поверхностными слоями полярных морей, оказались плотнее и, следовательно, тяжелее местных полярных вод.

Короче говоря, в умеренных и тропических широтах происходит неуклонное уменьшение температуры с глубиной, только темпы этого уменьшения на разных интервалах различные: наименьшие вблизи самой поверхности и глубже 800-1000 м, наибольшие в промежутке между этими слоями. Для полярных морей, т. е. для Ледовитого океана и южного полярного пространства трёх остальных океанов, закономерность иная: верхний слой обладает низкими температурами; с глубиной эти температуры, повышаясь, образуют тёплую прослойку с положительными температурами, а под этим слоем вновь происходит понижение температур, с переходом их к отрицательным значениям.

Такова картина вертикального изменения температур в Мировом океане. Что же касается отдельных морей, то в них распределение температуры по вертикали нередко сильно уклоняется от тех схем, которые мы установили только что для Мирового океана.

Самый верхний слой океана (ВПС + сезонный термоклин) требует гораздо более детального описания. Этому вопросу будет посвящен следующий параграф.[ ...]

В более важной динамически формулировке при помощи частоты Вяйссяля-Брента N слой скачка плотности стратифицирован заметно более устойчиво (Л З-10 2 с-1), чем тропосфера в целом, в которой дТ/дгж 6,5 °С/км и Л/ 10-2 с“1, хотя и менее устойчиво, чем сильные атмосферные инверсии (ТУ«1,7-10-1 с-1). При повсеместном распространении слоя скачка плотности в океане и редкости сильных инверсий в атмосфере этим и объясняется гораздо более широкое распространение внутренних волн в океане по сравнению с атмосферой.[ ...]

Наиболее активный верхний слой океана, где господствует живое вещество планктон, до 150-200 м. Загрязнения подвергаются здесь воздействию живых организмов. Последние связывают огромное количество растворенных и взвешеных веществ. Такой мощной биофильтрационной системы на суше не существует.[ ...]

Своеобразной зоной Мирового океана, характеризующейся высокой рыбопродуктивностью, является апвеллинг, т.е. подъем вод из глубины в верхние слои океана, как правило, на западных берегах контингентов.[ ...]

Нагреватель - теплая вода из верхних слоев океана. Наиболее высокая температура воды наблюдается в Персидском заливе в августе - более 33 °С (а самая высокая температура воды зафиксирована в Красном море - плюс 36 °С). Но на максимальную температуру рассчитывать преобразователь нельзя: она встречается на ограниченных участках Мирового океана, а обширные районы имеют температуру поверхностного слоя около 25 °С. Это достаточно высокая температура, при которой кипят многие жидкости. Д’Арсонваль предложил применить в качестве рабочей жидкости аммиак - жидкость с температурой; кипення минус 33,4 “С, которая будет хорошо кипеть ■ при 25 °С. При нормальной температуре (20 °С) аммиак - бесцветный газ с едким запахом. При повышении давления газообразный аммиак снова превращается в жидкость. При 20 °С для этого давление надо повысить до 8,46 атм, но при 5 °С - значительно меньше.[ ...]

Энергоактивные области Мирового океана - это минимальные структурные составляющие, участвующие в формировании крупномасштабного обмена теплом между океаном и атмосферой. За-, нимая «¿20 % площади Мирового океана, они отвечают за «40 % общего теплообмена в системе океан-атмосфера-суша. Это области максимального рассогласования между тепловыми и влажностными полями верхнего слоя океана и планетарного пограничного слоя атмосферы: именно здесь интенсивность работы по согласованию этих полей максимальна. И хотя мы утверждаем, что ЭАО - характерные структуры в крупномасштабных полях, это не значит, что пространственное их расположение жестко фиксировано, а интенсивность постоянна. Этим же областям присущи максимальные диапазоны изменчивости потоков тепла, что говорит о том, что они служат наиболее информативными акваториями для слежения за состоянием климатической системы. То есть все они одновременно могут не находиться в активном состоянии, но именно в этих областях в некоторой полициклической последовательности формируется и возбуждается наиболее активный локальный теплообмен.[ ...]

В результате действия этих факторов верхний слой океана обычно хорошо перемешан. Он так п называется - перемешанный. Толщина его зависит от времени года, силы ветра и географического района. Например, летом в штиль толщина перемешанного слоя на Черном море всего 20- 30 м. А в Тихом океане близ экватора был обнаружен (экспедйцией на научно-исследовательском судне «Дмитрий Менделеев») перемешанный слой толщиной около 700 м. От поверхности до глубины в 700 м располагался слой теплой и прозрачной воды с температурой около 27 °С. Этот район Тихого океана по своим гидрофизическим свойствам похож на Саргассово море в Атлантическом океане. Зимой на Черном море перемешанный слой в 3-4 раза толще летнего, его глубина доходит до 100-120 м. Столь большая разница объясняется интенсивным перемешиванием в зимнее время: чем сильнее ветер, тем больше волнение на поверхности и сильнее идет перемешивание. Такой слой скачка называют еще сезонным, поскольку глубина залегания слоя зависит от сезона года.[ ...]

АПВЕЛЛИНГ [англ. upwelling] - подъем вод из глубины в верхние слои океана (моря). Обычен на западных берегах континентов, где ветры отгоняют поверхностные воды от берега, а их место занимают богатые биогенными веществами холодные массы воды.[ ...]

Обмен углекислым газом происходит также между атмосферой и океаном. В верхних слоях океана растворено большое количество углекислого газа, находящегося в равновесии с атмосферным. Всего в гидросфере содержится около 13-1013 т растворенного углекислого газа, а в атмосфере - в 60 раз меньше. Жизнь на Земле и газовый баланс атмосферы поддерживаются относительно небольшими количествами углерода, участвующего в малом круговороте и содержащегося в растительных тканях (5-1011 т), в тканях животных (5-109 т). Круговорот углерода в биосферных процессах представлен рис. 2.[ ...]

В целом же следует отметить, что амплитуда годовых колебаний температуры в верхних слоях океана не более 10-15°С, в континентальных водах -30-35°С.[ ...]

Кислое А. В., Семенченко Б. А., Тужилкин В. С. О факторах изменчивости структуры верхнего слоя океана в тропиках//Метеорология и гидрология, № 4, 1983, с. 84-89.[ ...]

Биосфера сконцентрирована в основном в виде относительно тонкой пленки на поверхности суши и преимущественно (но не исключительно) в верхних слоях океана. Она не может функционировать без тесного взаимодействия с атмосферой, гидросферой и литосферой, а педосфера без живых организмов просто не существовала бы.[ ...]

Возможны и другие интегральные показатели. Так, для моделирования распределения сайры в Тихом океане такой интегральной характеристикой оказалась температура в верхнем слое океана поскольку распределение течений, водных масс, солености и других гидрологических и гидрохимических показателей северо-западной части Тихого океана тесно коррелирует с распределением температуры воды верхнего слоя (Кашкин, 1986).[ ...]

Нагрев сверху (контактным образом и из-за сильного поглощения водой проникающего в нее света) и опреснение (выпадающими осадками, стоком рек, таянием льда) могут влиять лишь на очень тонкий верхний слой океана, всего в десятки метров, так как из-за гидростатической устойчивости нагретого или опресненного слоя он не может самостоятельно перемешиваться с нижележащей водой, а вынужденное перемешивание, создаваемое обрушивающимися поверхностными волнами, проникает неглубоко (перемешивание же в турбулентных пятнах, образующихся в местах гидродинамической неустойчивости внутренних волн, в среднем очень слабо и действует, по-видимому, крайне медленно).[ ...]

Если уравнение (4.9.2) или его эквивалентную форму со штрихами у переменных проинтегрировать по всему океану, то получим то же самое очевидное противоречие, как и в случае с уравнением механической энергии. На больших масштабах имеется приток через поверхность океана (так как соленость поверхности высока там, где имеется поток соли в океан, см., например, ), но потери соли за счет диффузии незначительны на больших масштабах. Как и в случае с энергией, имеет место перенос солености от одного масштаба к другому из-за нелинейного адвективного члена в (4.3.8), прпчем существенный вклад в правую часть (4.9.2) вносят очень малые масштабы. По оценке , среднеквадратичный градиент солености в верхнем слое океана в 1000 раз превосходит средний градиент.[ ...]

Соединения азота (нитраты, нитриты) в растворах поступают в организмы растений, участвуя в образовании органического вещества (аминокислоты, сложные белки). Часть соединений азота выносится в реки, моря, проникает в подземные воды. Из соединений, растворенных в морской воде, азот поглощается водными организмами, а после их отмирания перемещается в глубь океана. Поэтому концентрация азота в верхних слоях океана заметно возрастает.[ ...]

Анализ причин существующего фазового соотношения между годовыми температурными колебаниями в воздухе и воде приводится на основе модельных интерпретаций годового хода в . Как правило, такие модели исходят из уравнения переноса тепла, в котором различные авторы с разной степенью полноты учитывают факторы формирования цикличности в океане и в атмосфере. А. А. Пивоваров и Во Ван Лань построили нелинейную модель для стратифицированного океана и учли объемное поглощение лучистой энергии верхним слоем океана. В анализируется суточный ход температур поверхности воды и воздуха. Получено отставание по фазе температуры воздуха от температуры воды, что не согласуется с эмпирическими данными, согласно которым и в суточном ходе температура воздуха опережает температуру воды.[ ...]

Встречающиеся в природе гуминовая и стеариновая кислоты, которые являются обычными примесями многих сточных вод, также сильно замедляли образование кальцита. Это ингибирование, вероятно, вызывается адсорбцией аниона кислоты, так как в условиях эксперимента преобладают ионные формы этих соединений. Сьюесс и Майерс и Квайн обнаружили, что стеариновая кислота и другие природные органические вещества могут сильно адсорбироваться при контакте карбоната кальция с морской водой. По-видимому, такой адсорбцией объясняется ингибирование образования карбоната кальция в верхних слоях океана. В присутствии стеариновой кислоты (1-1О-4 М) происходит в незначительной степени, но поддающаяся измерению реакция кристаллизации (см. рис. 3.4), которая показывает, что эта кислота не так полно ингибирует реакцию кристаллизации, как метафосфат.[ ...]

Второй специальный эксперимент по изучению синоптической изменчивости океанских течений («Полигон-70») был проведен советскими океанологами во главе с Институтом океанологии АН СССР в феврале-сентябре 1970 г. в северной пассатной зоне Атлантики, где в течение шести месяцев были осуществлены непрерывные измерения течений на 10 глубинах от 25 до 1500 м на 17 заякоренных буйковых станциях, образовывавших крест размерами 200X200 км с центром в точке 16°ЗГ 14, 33°30 Ш, и был также выполнен ряд гидрологических съемок.[ ...]

Крупномасштабный контраст теплозапаса в океане намного превосходит как потенциальную энергию наклона уровня, так и энергию плотностной дифференциации вод. Сами тепловые различия вод, как правило, формируются на больших пространствах и сопровождаются плавными пространственно протяженными движениями конвективного типа. В неравномерно прогретых водах с меняющимися в пространстве плотностями существуют горизонтальные градиенты, которые могут быть и источниками локальных движений. В таких случаях в них переходит часть доступной потенциальной энергии. Если при ее вычислении исходить из разности запасов потенциальных энергий двух соседних равных объемов с разными плотностями в верхних частях, то для всего океана мы приходим к той оценке, которую ранее определили, как энергию дифференциации плотности, т. е. к 1018- Ю19 Дж. Возраст вод верхнего слоя океана (»1000 м) оценивается 10-20 годами . Из сопоставления энергии теплового контраста вод океана и контраста поступления солнечной энергии к теплым и холодным водам океана [(1-3) -1023 Дж/год] следует, что для накопления этого контраста необходимо примерно 10- 15 лет. Тогда можно ориентировочно принять, что основные черты плотностной дифференциации верхнего слоя сформируются за 10 лет. Десятая часть этой энергии ежегодно передается механическим движениям океана. Следовательно, ежегодное поступление энергии в результате бароклинной неустойчивости ориентировочно следует оценить примерно в 1018 Дж.[ ...]

В 1905 г. шведский ученый В. Экман создал теорию ветрового течения, получившую математическое и графическое выражение, известное как спираль Экмана. Согласно ей, поток воды должен быть направлен под прямым углом к направлению ветра, с глубиной он настолько отклоняется силой Кориолиса, что начинает течь в противоположном ветру направлении. Одно из следствий переноса воды, по теории Экмена, состоит в том, что пассатные ветры становятся причиной смещения потока, направленного к северу и югу от экватора. Для компенсации оттока здесь происходит подъем холодных глубинных вод. Вот почему температура поверхностной воды на экваторе оказывается ниже на 2-3°С, чем в соседних с ним тропических областях. Медленный подъем глубинных вод в верхние слои океана называют апвеллингом, а опускание - даунвеллингом.