Страница 9 из 24
Большинство имеющихся в настоящее время навигационных систем еще не удовлетворяют этим требованиям. Обычные методы астрономической навигации, с помощью которых при благоприятных условиях точность обсервации достигает примерно одной морской мили, в отдаленных морских районах даже сегодня — единственный способ определения места корабля в море. Ценным вспомогательным средством являются различные новейшие способы радионавигации. Вблизи берегов эти средства позволяют достичь точности примерно ± 20 м. Использование искусственных спутников Земли в навигационных целях может оказаться очень полезным для океанографии. Различные новейшие исследовательские суда уже оборудованы установками для спутниковой навигации.
Непосредственные наблюдения человека за процессами, происходящими в море, вряд ли возможны, хотя здесь также наметились некоторые перемены, к которым мы еще вернемся в дальнейшем.
В настоящее время измерения в толще моря проводятся преимущественно косвенными методами с помощью дистанционных измерительных приборов, погружаемых с судов.
В распоряжении океанографии имеется весьма разнообразный комплекс приборов. Несмотря на различные задачи, океанографические приборы должны удовлетворять определенным требованиям. При относительном однообразии в распределении многих океанологических характеристик небольшие различия в них играют значительную роль. Поэтому измерительные приборы, обеспечивая точность измерений, должны быть прочными и надежными. Прежде всего они должны выдерживать суровые эксплуатационные условия в море. Ввиду того что измерения проводятся и на больших глубинах, важное значение имеет высокий предел прочности при сжатии измерительных приборов. Наконец, они должны быть коррозиоустойчивыми, чтобы не подвергаться действию морской воды.
Плодотворное влияние на развитие океанографической измерительной техники оказывают успехи в исследовании космоса.
Целью новейших способов измерения является отказ от дискретных исследований распределения отдельных характеристик и поиски возможностей непрерывной регистрации их изменений по глубине или во времени. При этом измерения стремятся проводить непосредственно в море, в то время как до сих пор большая часть исследований выполнялась на пробах воды, которые доставлялись на борт исследовательского судна с помощью батометров или других приборов для отбора проб.
С появлением новейшей аппаратуры возросло и количество измеряемых параметров, для обработки которых необходима современная вычислительная техника.
Для полного и точного описания океана потребуется очень большое число измерений, которые должны быть, во-первых, достаточно точными, а во-вторых, взаимно сопоставимыми. Сопоставимость данных, стандартизация измерительных приборов и методов измерений играют чрезвычайно важную роль при стандартных наблюдениях, например для глобальной сети океанографических станций.
«Космонавт Юрий Гагарин» (длина 231 м, водоизмещение 45 тыс. т) вступил в строй в 1972 г.
В настоящее время проводится значительный обмен данными в международных масштабах, который в дальнейшем будет расширяться. Чтобы эффективно и быстро обрабатывать эти материалы, добиваются единых форм передачи данных и ввода их в машины.
Принцип действия батометра Нансена
После обзора некоторых общих проблем, связанных с исследованиями океана, обратимся к наиболее важным методам измерений. Из-за небольшого объема брошюры мы остановимся лишь на некоторых из них, чтобы показать многообразие стоящих на очереди проблем. В океанологии уже давно применяются батометры, с помощью которых те или иные объемы воды могут доставляться на поверхность даже с больших глубин без смешивания с окружающей средой. Имеется много конструкций таких батометров. В качестве стандартной модели был принят батометр, сконструированный норвежским ученым Фритьофом Нансеном. Прибор позволяет отбирать пробу воды объемом около 1 л. Батометр представляет собой металлическую трубку с двумя клапанами на ее верхнем и нижнем концах. Трубка прикрепляется зажимами к тонкому тросу и открытой опускается на заданную глубину. Затем по тросу спускается посыльный груз, который освобождает верхнее крепление батометра и он переворачивается. При этом оба клапана закрываются, и вода в батометре, уже изолированная от внешней среды, сохраняется для последующих исследований. В процессе опрокидывания высвобождается второй посыльный груз, который перевертывает следующий батометр. Таким образом, на один трос может быть подвешена целая серия батометров. Для отбора больших объемов воды применяются батометры из пластмассы с откидными крышками, которые тоже закрываются при помощи посыльных грузов. Батометры, изготовленные из неметаллических материалов, применяют и для проб воды, предназначенных для биохимических исследований, при которых не должно быть загрязнения воды следами металла.
Отобранные с помощью батометров пробы затем исследуются в судовой лаборатории и только в в исключительных случаях хранятся для более поздних анализов до конца экспедиции. В области химии моря, даже в трудных судовых условиях, также должно предусматриваться серийное применение аналитических методов с достаточно точными результатами. Пробы должны обрабатываться по возможности сразу после их отбора, так как концентрации содержащихся в морской воде веществ могут сильно изменяться во время хранения из-за происходящих в них биохимических процессов. Это особенно важно в тех случаях, когда исследуются вещества, содержащиеся в морской воде в очень небольших количествах (например, содержание фосфатов составляет меньше чем миллиграмм на 1 м3).
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.