Ганс-Юрген Брозин - Атака на неизведанное
Важным исследованием, проводимым на полученных пробах воды, является определение солености — одной из основных величин при оценке океанографических условий. По температуре и солености морской воды может быть рассчитана ее плотность, а пространственное распределение плотности и ее изменения во времени служат ключом к объяснению движений водных масс и процессов перемешивания в море. Соленость — важная исходная величина также и для оценки многих других процессов. Новейшие методы измерения используют зависимость электропроводности воды от концентрации в ней соли.
Для определения микроэлементов, присутствующих в морской воде в незначительных количествах, в химии моря укоренились колориметрические методы. При этом исследуемое вещество окрашивается с помощью соответствующих химических реактивов и затем в специальных фотометрах сравнивается с эталонными растворами. Для ускорения обработки проб, поступающих в большом количестве, на борту корабля с успехом используются и автоматические средства проведения анализов, разработанные ранее для медицинских целей.
Для измерения температуры воды — также весьма важной характеристики — служат опрокидывающиеся термометры. В современном виде они начали употребляться в океанографии в конце XIX столетия. Это тщательно выверенные ртутные термометры, предохраняемые от давления воды защитным футляром из стекла. Точность измерения составляет 0,01 — 0,02°С. Как же оценить истинную температуру на глубине, если при подъеме термометр попадает в слои воды с иной температурой? Дело в том, что при опрокидывании батометра ртутный столбик в прикрепленном к нему термометре обрывается в месте сужения капилляров, что и позволяет зафиксировать температуру на исследуемой глубине.
В последнее время разработан ряд измерительных приборов, которые, в отличие от опрокидывающихся термометров, пригодных лишь для дискретных измерений, дают возможность проводить непрерывную запись температуры, а в некоторых случаях применяются даже на ходу судна.
Раньше разные приборы применялись только для отдельных измерений на определенных горизонтах. Сегодня делаются попытки создания приборов, имеющих несколько датчиков, помещаемых в батизонды. Они одновременно измеряют несколько величин и по кабелю передают данные на борт корабля, где они принимаются в виде кривых или цифр. Еще лучше, если все величины выдаются в форме, пригодной для электронной обработки, например в виде перфолент или магнитофонной записи.
Принципиально новые способы измерений — свободно погружаемые зонды, которые сбрасываются с судна или даже вертолета. Например, были продемонстрированы приборы, одновременно измеряющие глубину, температуру воды и скорость распространения в ней звука. Приборы свободно опускаются на глубину до 5000 м со скоростью около 2 м/с. После освобождения от балласта зонды, внутри которых содержатся накопленные измеренные данные, всплывают и их поднимают на борт исследовательского судна.
Важной проблемой физической океанологии была и остается проблема изучения морских течений. Для их определения с давних пор использовались данные о дрейфе судов. По разнице между фактическим местом судна, найденным посредством астрономических или радионавигационных обсерваций, и его местом, вычисленным по истинному курсу и скорости[5], можно судить о его перемещении под действием течения на поверхности моря. Соответствующие данные из судовых журналов статистически обрабатываются в Центре сбора данных и затем представляются в виде карт. Разумеется, эти карты дают лишь упрощенную картину фактической скорости и направления течений. Наблюдения распределены очень неравномерно и главным образом сосредоточены на маршрутах основных судоходных путей.
Результаты, аналогичные получаемым по данным о дрейфах судов, можно извлечь также и с помощью бутылочной почты, которая является очень старым вспомогательным средством получения информации. Этот столь примитивный способ применяется и сегодня, только вместо бутылок используют запечатанные в пластмассовые пакеты почтовые открытки. Много открыток было выброшено, например, в 1954 г. к западу от Британских островов, а в 1963–1964 гг. — в Немецкой бухте. Таким методом попытались получить сведения о вероятных путях распространения нефтяных загрязнений в море.
Принцип, подобный бутылочной почте, был применен английским океанологом Сваллоу для исследования глубинных течений: поплавки, находящиеся во взвешенном состоянии на определенной глубине, посылают звуковые сигналы, которые улавливаются на борту судна. Если дрейф судна известен, можно определить течение на глубине. С помощью таких поплавков в глубинных слоях были обнаружены поразительно высокие скорости течений.
Однако измерять скорость и направление течений в тех или иных точках моря можно также соответствующими приборами.
Трудность состоит в получении в море некоторого неподвижного пункта, с которого могли бы проводиться наблюдения. Даже поставленное на якорь судно не находится в покое, а перемещается вокруг якоря, причем перемещения зависят от ветра и течения. Они сильно искажают получаемую информацию. Кроме того, постановка на якорь на больших глубинах — задача сложная и трудоемкая. Поэтому около 15 лет назад пришли к выводу, что на якорь следует ставить не само исследовательское судно, а выставлять с него буи, на якорном тросе которых подвешиваются измерительные приборы. Зачастую применяют также притопленные буи, на которые не влияет действие волнения. Местоположение такой станции отмечается маленьким сигнальным буйком с радиопередатчиком.
При измерении течений важно, чтобы одновременно фиксировались две величины — направление и скорость. Для определения скорости течения почти во всех измерительных приборах применяются пропеллеры или какие-либо иные роторы, число оборотов которых показывает скорость[6]. Так как прибор устанавливается по течению, его направление можно фиксировать с помощью компаса. Новейшие приборы конструируются как регистраторы течений, автоматически работающие несколько месяцев. Большое значение имеет форма записи, которая должна удовлетворять требованиям автоматической обработки данных.
Автоматический измерительный буй для регистрации метеорологических и океанологических параметров. Наблюдатели дают наглядное представление о величине буя.
Были испытаны и другие способы измерений, например, такие, как охлаждение течением накаленной проволоки или акустические или магнитные измерители течений. Наконец, следует еще сказать, что при определенных условиях представление о характере течений можно получить и косвенным путем. Так, по вертикальному ходу плотности рассчитывается распределение давления в море, которое, со своей стороны, позволяет проводить количественный расчет морских течений. Наши сегодняшние представления о движении вод в глубоких слоях для многих морских областей основаны именно на косвенных расчетах, выполненных динамическим методом. Обширен также набор приборов для доставки на борт исследовательского судна различных форм морской фауны и флоры. По сравнению с биологами на суше, морские биологи находятся в более неблагоприятном положении. Они не могут наблюдать объекты своих исследований в природных условиях и вынуждены довольствоваться случайными выборочными пробами, поднятыми с океанских глубин различными сетками.
Для ловли растительного и животного планктона[7] применяются конические сетки из тонкого газа. Планктонные организмы в невозмущенной водной среде находятся во взвешенном состоянии и имеют ограниченное собственное перемещение. В зависимости от размеров исследуемого планктона выбирается тип сетки. Имеются планктонособиратели, которые буксируются с идущего судна. При этом полоса газа внутри прибора, с помощью которой из моря отфильтровываются различные формы планктона, наматывается на шпульку. Такие приборы применялись и на торговых судах. Иные виды сеток служат для ловли глубоководных рыб. Пробы донной фауны и флоры поднимаются на борт дночерпателями или драгами. Драги подобны граблям, за которыми укреплена сетка из проволоки. Кожа или плотная ткань и цепи защищают сетку от повреждений, когда она, иногда часами, волочится по морскому дну, влекомая идущим судном.
Морские геологи также не имеют прямого доступа к объектам своих исследований. Представление о форме морского дна дают промеры глубин лотом. На смену промеров лотом, требующих большой затраты времени и позволяющих вести только дискретные определения глубин, пришли промеры эхолотные. Основу эхолота создал в 1912 г. немецкий физик Бем. В 1922 г. американское судно проложило первый эхолотный профиль через северную Атлантику, а в 1925–1927 гг., в процессе океанографических исследований, «Метеор» впервые выполнил обширные промерные работы с помощью эхолота.
