Загадки океана
Шрифт:
Плотность. Гидрофизикам требуется знать плотность воды в океане на разных глубинах. Плотность обычно вычисляют по измеренной температуре и удельной электропроводности с внесением поправки на гидростатическое давление. Это — косвенный метод; прямой метод позволил бы повысить точность измерения одного из самых главных физических параметров океана. Но нет удобного прибора, который мог бы работать в широком интервале глубин — от поверхностных слоев хотя бы до средней глубины океана (3710 м).
Для измерения основных параметров воды океанологи применяют зонды — измерительные приборы, опускающиеся с палубы НИС в океан. Они зондируют его толщу, измеряя основные гидрофизические параметры по мере погружения в глубину. Информация по кабелю передается в судовую ЭВМ или фиксируется в регистрирующем устройстве автономного зонда, не связанного кабелем с судном, что позволяет избежать влияния качки судна на результаты измерений.
Существуют различные зонды для измерения температуры, удельной электропроводности и гидростатического давления. Одни рассчитаны на работу в течение многих лет, другие — только на одно измерение, а потом тонут. Их называют обрывными термозондами (ОТЗ). С помощью таких зондов можно измерить распределение температуры в океане по вертикали на ходу НИС, не останавливаясь. Это очень важно, особенно для военных кораблей, ведь остановка в условиях боевых действий может привести к гибели.
Разработаны обрывные зонды для оперативного измерения и некоторых других параметров, как, например, скорости звука и электропроводности.
Морским химикам, кроме того, необходимо знать и многое другое. Например, содержание в воде биогенов, питательных солей для развития водорослей, концентрацию водородных ионов (pH), содержание углекислоты и других газов, в первую очередь кислорода. В последние годы усилился интерес к определению содержания в морской воде метана и гелия как индикаторов гидротерм.
Объединение различных научных дисциплин в океанологическом комплексе позволяет ставить и успешно решать задачи на стыке различных наук. Полвека назад никто и не помышлял об изучении Мирового океана в таких масштабах, как теперь. Заслуга в постановке этого вопроса принадлежит советским ученым.
Пионер океанологии. Организатором и первым директором Института океанологии был академик Петр Петрович Ширшов, удивительный человек. Будучи студентом биологического факультета Днепропетровского института народного образования, он плавал через стремнины Днепра за образцами особых водорослей, росших тогда на скалах знаменитых днепровских порогов. Теперь грозных порогов нет, они скрылись под водой после постройки плотины Днепрогэса. Но остались две научные, работы, посвященные этим водорослям.
После окончания института П. П. Ширшов переезжает в Ленинград и становится научным сотрудником Ботанического института АН СССР, а затем переходит на работу в Арктический институт. В 1930 г. Петр Петрович принял участие в экспедиции на Кольский полуостров, занимался составлением биологической карты на Новой Земле. В 1934 г. П. П. Ширшов снова отправляется в Арктику — в экспедицию на борту парохода «Челюскин». В тяжелейших условиях арктической ночи П. П. Ширшов не прекращал научной работы в ледяном лагере. Едва умолкли овации героям челюскинской эпопеи, как П. П. Ширшов снова отправляется для исследований в Арктику на ледоколе «Красин».
В 1937–1938 гг. имя П. П. Ширшова прославилось на весь мир. В составе знаменитой четверки «папанинцев» он высадился на льдину на Северном полюсе. Первое, что он там начал делать, — это рубить вместе со своими товарищами прорубь в толстенном, многометровом льду, на котором был разбит лагерь. Когда была сделана прорубь, П. П. Ширшов опустил в нее трал для лова морских обитателей. Что-то вроде большой «авоськи» из сетного полотна с мелкими отверстиями. Опустил, несмотря на то, что ему хорошо была известна господствовавшая тогда гипотеза, согласно которой в Северном Ледовитом океане на полюсе нет и не может быть никаких животных. Океан там глубок — более 4 км тонкого стального троса было намотано на барабане его ручной лебедки. Это была очень тяжелая работа, в которой принимали участие все «папанинцы». Исследования закончились полным успехом — океан на полюсе оказался населенным. В прорубь опускался не только трал, но и другие приборы. В том числе — опрокидывающийся термометр (ртутный), сделанный так, что он позволяет измерить температуру воды на той глубине океана, где нужно. Обычным термометром этого сделать нельзя. Измерения на станции «Северный полюс» показали, что относительно теплые воды из Северной Атлантики доходят до района полюса, но находятся глубоко подо льдом. Это было открытие. П. П. Ширшов объяснил его так: атлантические воды, входящие в Полярный бассейн, продвигаясь на север и восток, охлаждаются. Поэтому становятся более тяжелыми и опускаются в глубины Ледовитого океана. Было сделано много важных наблюдений.
За выдающиеся открытия в биологии и гидрофизике океана П. П. Ширшов был избран в 1939 г. в действительные члены Академии наук СССР.
Мы помним П. П. Ширшова не только как выдающегося ученого, полярника и директора Института океанологии. Пятнадцать лет он был министром морского флота Советского Союза, в том числе и в тяжелые годы Великой Отечественной войны. Одновременно он являлся заместителем Председателя Совета Министров СССР по транспорту. Он всегда отличался скромностью и простотой, был ровным в обращении с подчиненными. Его научные труды внесли большой вклад в мировую науку.
Как стать океанологом. Морских специалистов различных профилей, инженеров и научных работников готовят различные средние и высшие учебные заведения нашей страны. Географический и физический факультеты Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова выпускают океанологов широкого профиля и гидрофизиков.
В Московском физико — техническом институте, на кафедре термогидромеханики океана, также готовят высококвалифицированных специалистов. Институт океанологии им. П. П. Ширшова — база для студентов этой кафедры. Ученые института читают лекции по специальным предметам. Студенты получают хорошую подготовку по математике, физике, гидродинамике, технике физического эксперимента в океане. В одном из отделений Института океанологии студенты проходят первую практику после окончания III курса, а после V курса они отправляются в дальнее плавание на одном из научно — исследовательских судов института. На практике они знакомятся с методами и техникой физических исследований океана и собирают материалы для своих дипломных работ. Плавание в дальнем рейсе в течение 3,5–4 месяцев дает студентам очень много: удается не только собрать экспериментальный материал, но и обработать его на судовой ЭВМ, обобщить полученные данные.
Специалистов, необходимых стране для изучения и освоения океана, готовят вузы Ленинграда, Тбилиси, Одессы, Ростова. Непрерывно пополняется молодыми специалистами большой коллектив ученых, занятых изучением и освоением океана. От души желаю моим читателям присоединиться к ним.
Вихри открытого океана
Как трудно сделать открытие. К числу наиболее важных событий в океанологии за последние 20 лет относится открытие громадных вихрей. Никто не предполагал, что в открытом океане могут быть грандиозные вихри. Раньше знали только вихри, образующиеся в быстрых течениях вблизи морских берегов. Было известно также, что сильные вихри могут возникать в прибрежной полосе во время приливно — отливных течений. Первый вихрь в открытом море был зафиксирован экспедицией Института океанологии им. П. П. Ширшова АН СССР.
В 1967 г. в Аравийском море советскими исследователями проводилась экспедиция под названием «Полигон-67». Мысль о пользе полигонных исследований была высказана известным советским ученым В. Б. Штокманом еще в 1935 г.: чтобы получить правильное представление о физических процессах в каком-либо районе Мирового океана, необходимо достаточно долго наблюдать за происходящим в одном и том же районе. Не сразу это было принято океанологами. Полвека назад Мировой океан казался куда более стабильным. Установление его изменчивости — результат исследований океанологов за последние два десятилетия. Полигон требует длительного нахождения научно — исследовательского судна в ограниченном районе, а получение информации с больших районов Мирового океана — быстрого проведения длинных «разрезов» в меридиональном, широтном или любом другом направлении. Преодолеть это противоречие можно. Надо проводить различные рейсы. Во время полигонного рейса научно — исследовательские суда долго работают в ограниченном районе океана. А если необходима информация с больших районов океана, суда делают большие переходы по заданному маршруту. В экспедиции «Полигон-67» были составлены карты течений во время первой и второй гидрологических съемок одного и того же участка Аравийского моря на глубине 150 м. Теперь мы знаем, что замкнутые линии тока на картах показывают — перед нами подводные вихри. Но в 1967 г. никто не решился сделать такой категорический вывод. Карты «а» и «б» были получены с большим разрывом во времени: «а» — по данным измерений с 21 января по 7 февраля 1967 г., «б» — с 20 марта по 6 апреля 1967 г., что не позволило установить тесную связь развития вихрей на обеих картах.