Responsive Ad Area

Share This Post

Моря и океаны

Приборы и методы исследования океанов

Главная операция в океанографии — выполнение гидрологической станции. Каждое океанографическое судно снабжено лебедкой, опускающей приборы на максимально возможную глубину, и во время станции физики измеряют температуру воды и берут пробы на стандартных, установленных международным соглашением глубинах (горизонтах). Когда судно стоит и, насколько возможно, удерживается неподвижно при помощи под работки винтами, За борт опускают серию приборов так, чтобы последний из них находился на максимальной глубине, проще говоря — у самого дна. Когда операция закончена, опускают следующую серию и исследуют вышележащий слой, смежный с первым, и так далее, пока не дойдут до самой поверхности.

Во время гидрологической станции применяются два классических океанографических прибора — опрокидывающийся батометр и опрокидывающийся термометр. Это самые старые приборы: океанографы всех стран пользуются ими уже около девяноста лет.

Схематически опрокидывающийся батометр состоит из металлической трубки, заканчивающейся двумя наружными клапанами. Опускают его открытым. Специальный грузик, посылаемый с поверхности, ударяясь о клапан, захлопывает его и переворачивает батометр на рычажном устройстве. Батометр должен перевернуться потому, что с его наружной стороны прикреплены два опрокидывающихся термометра, устроенных таким образом, чтобы измерять температуру на уровне опрокидывания. Ртутный столбик термометров имеет сужение, где ртуть разрывается; по объему отделившейся ртути и определяют температуру.

Обыкновенный термометр, помещенный в ту же стеклянную оболочку, или трубку, позволяет корректировать ошибку, возникающую оттого, что показания регистрируются на борту судна, то есть при иной температуре, чем в точке измерения. Толстостенная стеклянная трубка, в которую заключены оба термометра, предохраняет их от действия давления на глубине.

Существует и другой тип опрокидывающегося термометра, у которого защитная трубка с одного конца открыта. Такой термометр, подвергаясь воздействию давления окружающей воды, в результате компрессии стекла регистрирует температуру, которая отличается от температуры, (показываемой защищенным термометром. Тогда, зная коэффициент сжатия стекла и объем отделившейся ртути, мы, при сравнении обеих температур, получаем величину давления, иначе говоря — глубину, на которой произведено измерение. В таких случаях опрокидывающиеся батометры снабжены двумя гильзами, для опрокидывающихся термометров: одна для защищенного, другая — для незащищенного. Когда серия поднята на борт, температуру записывают, а воду из батометров переливают в маленькие бутылочки и сохраняют для последующих анализов.

Из всех таких анализов один является основным, а остальные — дополнительными. Поскольку морская вода содержит в среднем 35 граммов солей на литр, необходимо знать ее соленость, потому что, только зная эту величину и температуру, можно точно вычислить плотность ВОДЫ, А понятие плотности является краеугольным камнем океанографии и лежит в основе всех гипотез о водных массах и всех динамических расчетов движения этих водных масс.

До недавнего времени соленость определяли методом химического анализа, разработанным еще в начале века датчанином Кнудсеном. Этот метод обеспечивал точность до +0,01°% (промилле) — вполне достаточную для большинства динамических расчетов. За последние десять лет англичане и американцы создали и внедрили в промышленность лабораторные приборы, работающие на принципе электромагнитной индукции и определяющие соленость с той же точностью, что и метод Кнудсена. Преимущество этих электросолемеров заключается в том, что, во-первых, ими можно пользоваться на борту корабля, а во-вторых, они позволяют производить непрерывные измерения. Несомненно, будущее принадлежит этому методу.

Два года назад был предложен еще более практичный прибор — зонд, опускаемый с поверхности на дно. Он измеряет температуру, содержание хлора и давление. Все непрерывные измерения этих трех параметров регистируются самописцем на борту, а затем полученные результаты поступают в электронную вычислительную машину, рассчитывающую распределение температуры и солености в зависимости от глубины. Казалось бы — кончена возня с записью показаний термометров, взятием проб воды и анализами. Наконец-то физики моря получили идеальный прибор!.. Однако у зонда есть большой недостаток — невероятная дороговизна. Поэтому многие океанографы относятся к этой новинке скептически. Но, помимо высокой цены, он имеет еще один недостаток — для него требуется электрический кабель, неудобный в обращении и быстро выходящий из строя.

Конструкторская мысль должна идти по пути создания автономного зонда, свободно опускающегося на дно, который, по мере погружения, будет посылать на борт информацию в виде ультразвукового кода. Достигнув дна, зонд должен сбросить балласт и подняться на поверхность. В наш век электронной техники возможность создания такого зонда вполне реальна.

Из всех анализов морской воды только определение содержания хлора можно производить in situ (постоянно) при помощи электронного прибора. Что же касается определения других компонентов морской воды, океанографы все еще находятся в плену приборов для взятия проб.

Для биологических исследований и для подтверждения некоторых физических теорий о распределении водных масс в океане необходимо знать содержание в морской воде растворенного кислорода. Это делается старым методом Винклера. Поскольку содержание растворенного кислорода в пробе быстро изменяется, приходится производить первый этап анализа прямо на борту, сразу же после взятия пробы. Второй этап выполняется либо в судовой лаборатории, если таковая имеется, либо на берегу. В настоящее время для определения содержания в морской воде растворенного кислорода используются электронные приборы, но, с одной стороны, их точность еще совершенно недостаточна, а с другой датчики этих приборов еще ни разу не погружали на средние или большие глубины.

Биологов, помимо растворенного кислорода, интересует содержание в морской воде питательных солей: фосфатов, нитратов, кремнезема, от которых зависит жизнь в лоне океана. Для определения этих элементов производят лабораторные химические анализы или же используют фотометрический метод.

Для некоторых специальных исследованией океанографы применяют опрокидывающиеся батометры иного типа, чем были описаны выше. Они сделаны из металла или пластмассы (последние используются главным образом для определения содержания растворенного кислорода), и емкость их различна.

Для изучения радиоактивности — как естественной, так и образующейся при выпадении радиоактивных осадков — применяются очень большие батометры; система их закрытия зависит от изобретательности конструктора.

Температура океанской воды очень изменчива, особенно в верхних слоях. Поэтому интересно определять ее в точках, как можно ближе расположенных друг к другу.

Однако, поскольку нельзя слишком часто останавливать судно для гидрологических станций, океанографы пользуются батитермографом, который опускают с судна на ходу. Батитермограф. Устройство этого прибора позволяет ему погружаться в воду вертикально, несмотря на движение судна, и сразу определять распределение температуры по глубине. Точность батитермографа не слишком валика — не более 1/10 градуса. Он применяется на военно-морском флоте при корректировке скорости распространения звука для обнаружения подводных лодок гидролокатором.

В распоряжении океанографов имеются и электронные приборы — так называемые термистеры. Это устройство, электрическое сопротивление которого изменяется в широких пределах в зависимости от температуры. Преимущество термистеров состоит в том, что они являются истинными точечными датчиками, определяющими разницу температур порядка 1/1000 градуса. К сожалению, на показания термистеров влияют температура и влажность окружающей среды. Перед использованием их следует тщательно отрегулировать, а <по ходу исследования—периодически проверять. Тем не менее этот прибор сулит большие надежды в будущем.Для определения глубины моря океанографы уже многие годы пользуются ультразвуковыми измерителями глубин — эхолотами; за последнее время они были значительно модифицированы. И в этой сфере океанография многим обязана электронике, на основе которой созданы весьма точные промерные приборы как в отношении излучателя, так р в отношении регистрирующего устройства, Что касается подводной оптики, то до второй мировой войны существовало лишь несколько приборов, определявших прозрачность морской воды и проникновение в нее солнечных лучей in situ. Обычно применяли классический диск Секки. Это белый диск диаметром 30 сантиметров, который погружают в воду и затем отмечают глубину, на которой он исчезает из виду. После войны, опять же благодаря электронике и фотоумножителям, были созданы приборы и специальные устройства для производства измерений непосредственно в морской воде. Значительно усовершенствовались и такие приборы, как флюорометр и спектрофотометр. Достаточно сказать, что в настоящее время можно обнаружить в морской воде следы красителя «родамина-В» в концентрации порядка 10~12, что кажется истинным чудом!В сфере подводной акустики мы еще совсем недавно вычисляли скорость распространения звука в морской воде по солености и температуре.А ведь акустические свойства воды имеют огромное значение при работе с эхолотами и гидролокаторами. Если скорость распространения звука измерена неточно — можно ошибиться в определении расстояния. Военным специалистам необходимо знать скорость звука для обнаружения вражеских подводных лодок. Поэтому не удивительно, что лаборатории ВМФ США явились инициаторами создания приборов, позволяющих измерять скорость распространения звука непосредственно в воде и на любой глубине. Существует прибор, определяющий эту скорость на очень небольшой «базе» — всего в несколько дециметров. Конечно, электронный!Итак, мы познакомились с приборами, которыми пользуются океанографы для взятия проб морской воды и непосредственного определения или регистрации — в морской среде или в лаборатории — тех ее свойств, которые я назвал бы статическими. Теперь нам предстоит ознакомиться с современной аппаратурой для изучения движения вод моря. IMG_3236

Share This Post

Leave a Reply

Перейти к верхней панели