1001 вопрос об океане и 1001 ответ
Шрифт:
В 1698–1700 гг. британский астроном Эдмунд Галлей провел наблюдения за магнитными вариациями в Атлантике. Он составил карту, которая, как он надеялся, должна была помочь мореплавателям определять долготу места по данным судовых наблюдений.
В небольшом количестве эти данные были собраны во время Исследовательской экспедиции военно-морского флота США, проводившейся в 1838–1842 гг. под командованием лейтенанта Ч. Уилкса. В 1881 г. был предпринят глобальный сбор данных. Все деревянные корабли ВМС США должны были сообщить данные наблюдений за магнитным склонением
За судном буксируется магнитометр на таком расстоянии, чтобы стальной корпус не влиял на показания прибора. В океанографических съемках обычно применяются ядерные прецессионные магнитометры. Принцип их действия состоит в измерении частоты прецессии (вращения) протонов, возникающей в магнитном поле. Частота вращения пропорциональна интенсивности полного вектора магнитного поля.
С 1953 г. Океанографическое управление ВМС США проводит геомагнитные аэросъемки в океане. Самолеты обычно летают параллельными широтными курсами с интервалами около 200 миль. Ежегодно выполняется более 200 тыс. миль магнитных съемок. Аэросъемка позволила провести сбор данных в ранее недоступных полярных районах. Эти данные используются для создания надежных навигационных карт и мировых магнитных карт.
Физические свойства морской воды
Вода — самое удивительное из всех веществ. Она встречается в естественных условиях на поверхности Земли во всех трех своих физических состояниях: твердом, жидком и газообразном (в виде льда, воды и водяного пара). Есть вещества, которые могут существовать при типичных для земной поверхности температурах в твердом и жидком или в жидком и газообразном состояниях, но, по-видимому, не существует другого химического вещества, которое встречалось бы в природных условиях во всех трех физических состояниях.
1. Вода не имеет запаха, цвета и вкуса. 2. Вода — единственное известное нам вещество, которое встречается в естественных условиях на поверхности Земли в твердом, жидком и газообразном состояниях. 3. Вода — универсальный растворитель. Она растворяет больше солей и прочих веществ, чем любое другое вещество. 4. Воду очень трудно окислить, сжечь или разложить на составные части. Вода — химически стойкое вещество. 5. Вода окисляет почти все металлы и разрушает даже самые твердые горные породы. 6. Вода имеет уникальную способность при замерзании расширяться, вследствие чего лед плавает на воде, остающейся в жидкой фазе. 7. Вода имеет большое сродство к самой себе, самое большое из всех жидкостей. Именно поэтому вода существует в форме сферических капель — ведь сфера имеет наименьшую поверхность при заданном объеме. Поверхностное натяжение является необходимым условием капиллярных процессов, столь важных для жизнедеятельности растений и животных. 8. Вода замерзает не при температуре наибольшей плотности (4 °C), а при 0 °C [15] . 9. Вода обладает способностью поглощать большое количество теплоты и сравнительно мало нагреваться при этом. Кроме того, у воды очень высокая скрытая теплота плавления (80 кал/г) и испарения (540 кал/г), то есть она поглощает значительное количество дополнительной теплоты при неизменности температуры в процессе замерзания и при кипении. 10. Дистиллированная вода очень плохо проводит электрический ток, но даже весьма малые добавки солей
15
Имеется в виду пресная вода. Морская вода замерзает при более низкой температуре: — 1,9 при солености 35‰. — Прим. перев.
Обычно измеряются или рассчитываются такие физические характеристики морской воды, как температура, плотность, давление, цвет, прозрачность, скорость звука. Для специальных исследований могут измеряться и другие характеристики, например электропроводность [16] . Часто к физическим свойствам относят и соленость (хотя, вообще говоря, это химическое свойство), так как она измеряется совместно с температурой.
16
В настоящее время электропроводность считается одним из важнейших физических свойств воды, так как наиболее распространенные датчики солености работают на принципе измерения электропроводности. — Прим. перев.
Знать температуру, соленость и давление (зависящее от глубины) необходимо для расчета плотности (масса единицы объема) и течений. Для каждого района океана характерен свой диапазон изменения температуры и солености. Эти характеристики, дополненные данными о содержании растворенного в воде кислорода, помогают специалистам в области физической океанографии прослеживать движения водных масс на различных глубинах.
На дискретных глубинах температура измеряется опрокидывающимися термометрами. Для непрерывной регистрации изменений температуры с глубиной пользуются механическими батитермографами и электронными зондами.
Ртутный термометр в течение последних ста лет был основным океанографическим прибором. Его характерная особенность — сужение капилляра вблизи резервуара ртути. При опрокидывании термометра на заданной глубине столбик ртути отрывается от резервуара, и при подъеме на борт судна термометр показывает температуру, которую принял в момент опрокидывания. Для введения поправки на разность температур на глубине и на палубе применяется вспомогательный термометр.
Глубоководные опрокидывающиеся термометры изготавливаются вручную из специального закаленного стекла и тщательно калибруются. Они измеряют температуру воды с точностью 0,01 — 0,02 °C. Хотя эти термометры настолько хрупки, что океанологи приносят их на исследовательские суда в руках, они способны выдерживать давление воды на глубинах до 10 000 м, где оно достигает 1 т на 1 см 2. В последние годы в обиход все больше входят электронные датчики температуры, однако на многих океанографических судах до сих пор можно встретить опрокидывающиеся термометры.
Два или три термометра помещают в раму, крепящуюся к батометру Нансена — латунному цилиндру, с помощью которого берутся пробы воды для химических анализов. Батометры через определенные интервалы прикрепляются к тросу и. опускаются за борт. Скользящий по тросу «посыльный груз» переворачивает ближайший к поверхности батометр. В момент переворачивания высвобождается прикрепленный к батометру очередной посыльный груз, и так далее, пока не перевернутся батометры всей серии.