Всеволод Зенкович - Морское дно
Недостатком эхолота является то, что направленная волна ультразвука не идёт точно по одной линии, а образует в пространстве как бы конус. Поэтому чем глубже море, тем от большей площадки на дне отражается ультразвук (рис. 11). Неровности дна, находящиеся в пределах этой площадки, эхолот «не замечает». Поэтому рельеф дна изучается с помощью эхолота тем детальнее, чем меньше глубина моря.
Рис. 11. Отражение ультразвуковой волны от дна на разных глубинах. Чем больше глубина, тем расплывчатее форма рельефа.
Другой недостаток эхолота состоит в том, что пользоваться им можно только при отсутствии сильной качки. Если судно сильно качает, то ультразвуковая волна эхолота будет направлена то прямо на дно, то влево или вправо, и точно измерить глубину моря не удастся.
И всё-таки эхолот в настоящее время незаменим благодаря своим достоинствам — удобству пользования и возможности быстрого измерения больших глубин, где обычный лот почти непригоден.
У эхолота есть и ещё одно очень важное для учёных и моряков свойство. Он может не только показывать глубину моря, но и определять характер дна. Скалистое дно хорошо отражает ультразвуковую волну, поэтому эхо получается резким и достаточно сильным. Если же дно покрыто мягким илом, то значительная часть энергии ультразвука поглощается, и эхо оказывается слабым, размазанным. При песчаном дне эхо имеет также иной характер. А в тех случаях, когда каменистое дно покрыто тонким слоем ила, эхо получается двойным (рис. 12).
Рис. 12. Характер эхограммы (ленты с записью эхолота) на дне сложного строения. Под толщей ила залегают коренные породы. На выступах дно обнажено, а во впадинах слой ила резко утолщается. (В морских саженях показана глубина морского дна.)
Если в самой толще воды имеются какие-либо предметы, способные отражать ультразвук, то эхолот их сразу обнаружит. Этим свойством сейчас широко пользуются при разведке косяков рыбы. Ещё два-три десятилетия назад нельзя было и мечтать о таком надёжном способе промысловой разведки.
Грунтовая трубка
Мы уже говорили о том, какую важную роль играет изучение грунта, покрывающего морское дно. Учёные стремятся проникнуть в толщу дна как можно глубже.
В 1905 году шведский океанограф Экман усовершенствовал трубчатый лот — удлинил трубу и снабдил её специальным приспособлением, облегчающим извлечение пробы грунта. Для устойчивости к трубке прикреплялся стержень с крыльями, похожими на оперение авиационных бомб. В таком виде прибор дожил до наших дней и употребляется на небольших судах, когда нельзя использовать более совершенные приборы.
Схема устройства трубки Экмана дана на рис. 13; А — это неподвижные грузы, число которых можно менять в зависимости от глубины дна и плотности ила; Б — груз, скользящий по трубе. При достижении прибором дна освобождается цепь, удерживающая этот груз, и он падает, толкая «храпцы» В, которые закрывают снизу отверстие трубы, препятствуя выпадению столбика ила; Г — клапан для свободного прохода воды во время падения трубки.
Рис. 13. Схема устройства грунтовой трубки Экмана.
В 1925–1927 годах немецкая экспедиция на корабле «Метеор» получила такой трубкой большое количество проб грунта в Атлантическом океане. Подобная трубка улучшенной конструкции и большей длины применялась советскими учёными (1924–1930 гг.) в Баренцевом, Белом и Карском морях. Были получены столбики грунта рекордной для того времени высоты — почти в 1,5 метра. Ещё более высоких результатов добились сотрудники гидрографического судна «1-е Мая» во время работ на Чёрном море в 1928–1929 годах. Гидрографы ещё удлинили трубку и утяжелили её. Когда такая трубка со свинцовым грузом в 400 килограммов падала на дно, то на палубе корабля стоял грохот от бешено вращающейся лебёдки, весь корпус судна содрогался. С силой врезалась трубка в грунт на глубине в две тысячи метров, а то и больше; в этот момент трос резко ослабевал.
С помощью такой трубки гидрографу В. Снежинскому удалось получить столбики грунта почти 5 метров высотой.
Подобную же трубку применяли наши учёные на Баренцевом море в 1932–1935 годах, но там она дала худшие результаты, так как под тонким слоем современных мягких илов оказались очень плотные ледниковые глины. Попав в такие глины, трубка нередко гнулась, и длина столбиков лишь немного превысила 2 метра.
В 1934 году американский учёный Пигго изобрёл новый трубчатый лот, который был назван «пушкой». Эта «пушка» действительно стреляла. Она состояла из двух отдельных частей: из стального корпуса, куда закладывался заряд пороха и капсюль, и из трубки, являвшейся своеобразным снарядом (рис. 14). Когда такой лот касается дна, происходит выстрел, и трубка с колоссальной силой врезается в грунт. Затем корпус «пушки» и трубка вытаскиваются, как обычно, с помощью лебёдки.
Рис. 14. Грунтовая трубка — «пушка» Института океанологии Академии наук.
На рис. 14 А — это собственно «пушка», в которую верхним концом вставлена труба; мотки стального троса соединяют пушку с трубой после выстрела; Б — стабилизатор.
Пигго исследовал дно Атлантического океана и получил столбики грунта высотой до 3 метров. Это был рекорд для больших глубин. Он дал много для науки.
Затем в 1944 году в Швеции были созданы Петерсоном и Кулленбергом поршневая и вакуумная трубки. Первая сравнительно проста. В ней трос крепится не за трубку, а за поршень, который вдвинут в неё до самого конца. Пока такая «закупоренная» трубка падает, вода сквозь неё не проходит. Достигнув дна, трубка врезается в грунт, а поршень остаётся на поверхности. Этим устраняется одна из главных причин, препятствующих углублению трубки в грунт, — сопротивление воды.
Такая трубка дала хорошие результаты, но ещё лучше оказалась трубка вакуумная (гидростатическая).
Советские конструкторы Н. Сысоев и Е. Кудинов применили для неё ствол от тяжёлого орудия (рис. 15). Одним своим концом ствол через специальный кран соединялся со стальной трубой, составленной из нескольких 10-метровых отрезков, другой конец пушки был закрыт наглухо. Перед спуском этого устройства в воду кран закрывается так, чтобы между трубой и стволом не было никакого сообщения.
Рис. 15. Общий вид вакуумной (гидростатической) трубки перед спуском на дно. Через блок на стреле пропущен трос, на котором висят стальной баллон и соединённая с ним трубка, частично уже погружённая в воду (исследовательское судно «Витязь» Института океанологии Академии наук СССР).
Схема вакуумной трубки показана на рис. 16. На нём А — стальной баллон около 2 метров длины; Б — труба нержавеющей стали из нескольких отрезков, общей длиной до 40 метров; В — корпус крана и Г — рычаг, поворачивающий кран в результате давления трубы, которая уперлась в дно.
Рис. 16. Схема вакуумной трубки.
Как действует такая трубка? Вспомним, почему летает ракета. В ней сгорает взрывчатое вещество. Образующиеся газы давят с равной силой на все внутренние стенки ракеты, кроме той, в которой имеется отверстие. Здесь газы не встречают сопротивления, поэтому их давление на эту сторону значительно меньше, чем на другие. Разница в давлениях носит название реактивной силы. Она и заставляет ракету лететь[11].
А теперь вернёмся к вакуумной трубке. Внутри цилиндра давление равно атмосферному, поскольку он со всех сторон закрыт, во внешней же среде на больших глубинах, куда опускается прибор, оно чрезвычайно велико. На глубине 5000 метров давление воды составляет около 500 атмосфер, то есть около 500 килограммов на каждый квадратный сантиметр. С колоссальной силой вода давит на цилиндр сверху, снизу и с боков, причём со всех сторон давление одинаково. Если мы теперь, открыв кран, создадим сообщение между полостью цилиндра и внешней средой, то вода хлынет через кран внутрь и давление с этой стороны резко упадёт. В результате возникнет реактивная сила, направленная в сторону крана. Как раз это и происходит, когда вакуумная трубка достигает грунта.
Когда труба входит в ил, цилиндр начинает давить на неё своим весом и автоматически поворачивает кран, соединяющий трубу с баллоном. Расчётами установлено, что возникающий при этом удар достигает 60 тонн! Практика показывает, что 40-метровая трубка, если она не попала на камень и отвесно опустилась на дно, входит в толщу ила больше чем на 30 метров. Рекордный столб грунта достиг 34 метров высоты!
