Світовий океан

Люди давно вивчають Світовий океан (Сукупність всіх морів і океанів Землі), але до цих пір знають його недостатньо.

Маленька лабораторія океанології, створена для обробки матеріалів легендарної станції «Північний полюс-1» турботами і працею академіка Петра Петровича Ширшова, свого часу перетворилася в Інститут океанології АН СРСР (ІОАН), який носить його ім`я. Більше 40 років науково-дослідні судна інституту борознять води Світового океану. Вони зробили близько 200 рейсів, пройшовши за цей час понад 4 млн. Морських миль. вихори відкритого океану - перша ланка в ланцюжку сучасних відкриттів - були виявлені радянською експедицією в 1970 р З тих пір щороку приносить нові дані про їх розмірах, напрямку обертання, температурі і енергії.

Нам ще належить багато чого дізнатися про океан, вирішити багато загадок. Цим і зайнятий великий загін учених-океанологів. Над чим вони працюють?

Відео: Світовий океан. Дикий світ. Документальний фільм

У число трьох найважливіших питань сучасної океанології входить вивчення мікроструктури океанських вод, турбулентності і внутрішніх хвиль.

Вчені вивчають незвичайне життя в глибинах, ще недавно вважалися пустельними, холодними і темними. При величезному тиску і високій температурі там в екологічних оазисах процвітають багаті колонії небачених раніше тварин. Якщо Сонце згасне, вони це помітять не відразу.

Глибоководний апарат "Мир" спільної радянсько-фінської споруди. Розрахований на роботу на глибинах до 6 тис. М.

Рух літосферних плит, походження гидротерм і їх роль в утворенні цінних сульфідних і коркових руд привертають особливу увагу морських геологів і біологів. Підводні руди - надія металургів. Ще не зовсім ясно, як краще їх шукати і добувати. Найбільш вивчені поля залізо-марганцевих конкрецій, але вони зазвичай знаходяться на великих глибинах. Внутрішні хвилі, ще недавно вважалися рідкісним явищем, в даний час займають уми вчених.

Одне з нових напрямків - вивчення впливу аномалій температури води в океанах на погоду континентів: в Атлантичному - Європи, Тихому - Америки, Індійському - Індії і Африки. Було запропоновано академіком Г. І. Марчуком простежити за впливом на клімат змін параметрів океану за допомогою періодичних вимірювань в окремих його районах, відносно невеликих за розмірами, але характерних по совершающимся в них фізичних процесів. Особливо там, де найбільш інтенсивно йде теплообмін між океаном і атмосферою. Вони названі енергоактивними зонами (ЕАЗо). Була створена «Програма дослідження взаємодії атмосфери і океану з метою вивчення короткоперіодних змін клімату».

Вивчення короткоперіодних коливань клімату (тривалістю від місяця до кількох років) має велике значення для сільського господарства, тому що його успішне ведення дуже залежить від погоди. Важливо знати наперед погоду і багатьом іншим галузям народного господарства, наприклад морському і повітряному транспорту.

В Атлантичному і Тихому океанах виділено п`ять ЕАЗо: Норвезька, Ньюфаундлендская, зона Гольфстріму, Атлантична тропічна і зона Куросіо. Чотири рази на рік тут проводяться дослідження на полігонах розмірами 1500x2000 км. Однак деякі океанологи вважають, що необхідно брати великі площі. Висловлюються думки і за збільшення числа контрольованих ЕАЗо.

Програму виконує близько 10% експедиційного флоту нашої країни: 25-30 рейсів в рік роблять науково-дослідні судна. Найбільш інтенсивна взаємодія між океаном і атмосферою відбувається в холодну половину року. У цей період у всіх взятих під спостереження енергоактивних зонах одночасно виконується максимальна програма спостережень. Кінцева мета цієї програми - створення математичної моделі взаємодії океану з атмосферою. Це дуже важлива і важка задача.

Великий невідомий

Великим невідомим назвав Світовий океан глава радянської океанології академік Л. М. Бреховскіх, засновник нового напряму - акустики океану. (За видатні роботи в області акустики в 1977 р Акустичним суспільством Великобританії і англійським Інститутом акустики Л. М. Бреховских нагороджений Золотою медаллю імені Релея. А в 1986 році йому присуджена премія імені А. П. Карпінського. Ця премія присуджується за видатні наукові досягнення в галузі природничих наук на благо людства.) Щороку в океані виявляються нові явища. Ось одне з останніх: знайшли в океані нові когерентні структури. Так назвали особливий вид поверхневих течій в формі гриба або у вигляді вихрових диполів. К. Н. Федоров і А. І. Гінзбург спочатку виявили їх при вивченні космічних фотографій поверхні океану, зроблених із супутника «Метеор», а потім відтворили ці явища на лабораторній установці в Інституті океанології.

На малюнках представлені космічна фотографія грибовидного течії і його схема. подібні знімки вдаються тільки в тому випадку, якщо на поверхні води океану є той чи інший трасер (трасером можуть бути плаваючі на поверхні океану крижинки або скупчення фітопланктону, а в лабораторних експериментах - крапля фарби або чорнила). Не всі ще ясно в освіті цього дивного явища. І найголовніше - який характер імпульсу, що викликає його поява?

Космічна фотографія грибовидного течії в океані.

Схема грибовидного течії.

Грибоподібна протягом, змодельованої на лабораторній установці.

Що таке океанологія? Це комплекс п`яти наук: фізики і хімії океану, його геології і біології, техніки для дослідження. Проблеми, що виникають при вивченні Світового океану, пов`язані з різними науковими дисциплінами. Цими проблемами успішно займається Інститут океанології.

Океанологія - радянський термін. Приблизно той же комплекс наук на Заході частіше називають океанографією. У нас же під океанографією зазвичай розуміється вужче комплекс наукових дисциплін, без біології і геології.

Окремі науки, що входять в Океанологічний комплекс, об`єднує техніка. Перш за все - науково-дослідне судно (НІС). Воно - основний інструмент океанологів, без хорошого судна в океані нічого не зробиш. На борту НІС є прилади для вимірювання основних параметрів морської води. Якщо експедиція має комплексний характер, то в ній працюють представники всіх розділів океанології. Але часто бувають і спеціалізовані рейси, тоді запрошуються фахівці з темі рейсу. Але, яким би рейс не був, на борту судна виявляться хоч по одному представнику інших наук.

До числа вимірюваних в океані фізичних параметрів океанологи відносять такі.

Температура. Інформація про температуру води на різних глибинах океану необхідна всім фахівцям. Гідрофізики по температурі визначають різні водні маси і знаходять в океані фронти або прикордонні шари між ними. Дані про температуру води дуже важливі для біологів. В океані рибалки шукають рибу в зоні високих градієнтів температури, там концентруються планктонні організми, які служать їжею рибам. Синоптики також враховують температуру води в океані. Якщо в енергоактивні зони або близько до берегів Європи підійдуть великі синоптичні вихори зі зниженою температурою води, то тепла чекати не доводиться.

Особливе значення для біологів, акустиков і військових моряків має розподіл температури води по вертикалі: розташування шару стрибка температури, відомого під назвою сезонного термокліна або шару «рідкого грунту». У ньому накопичуються планктонні тварини і можуть лежати, як на справжньому грунті, підводні човни. Глибина залягання шару стрибка температури змінюється в залежності від сезону року. Взимку він глибше, а влітку - ближче до поверхні.

Цікавляться температурою води, особливо в придонних шарах, і морські геологи. Їм важливо знати розподіл температури по вертикалі в шарі опадів на дні. За величиною і знаку градієнта температури вони можуть судити про тепловому потоці, що йде в океан з надр Землі.

Вимірювання температури океану з борта науково-дослідних суден займає багато часу і коштує дорого. Тому вчені шукають нові способи, що дозволяють отримувати інформацію про температуру дешевше і швидше. Перспективними вважаються вимірювання температури поверхні океану зі супутників, коли використовується інфрачервоне випромінювання (ІК) або випромінювання в області надвисоких частот (НВЧ). У цьому випадку вдається швидко отримати інформацію про розподіл температури по більшій частині Світового океану. Але точність вимірювань не завжди достатня.

Нещодавно вченими запропоновано новий метод вимірювання, заснований на ефекті когерентного антістоксовского розсіювання світла (КАРС). Сутність його полягає в тому, що поверхня океану висвітлюється поляризованим світлом лазера. Про температуру води судять по відношенню двох взаємно-перпендикулярних компонент відбитих променів. Вчені припускають, що розробка методу КАРС дозволить вимірювати поверхневу температуру океану з похибкою не більше + 0,1 ° С.

А поки для отримання точних даних проводяться одночасні дослідження океану за допомогою НІС, автоматичних буїв, літаків і штучних супутників Землі.

питома електропровідність. Ця величина важлива для вивчення різних властивостей океану. Вона являє собою провідність стовпа води довжиною 1 м, площею поперечного перерізу 1 м². Величиною, зворотної їй, є питомий опір.

У морській воді електричний опір залежить від температури, солоності і гідростатичного тиску.

Пульсації температури і солоності загасають в океані з різними швидкостями. Це дуже важлива особливість: порівняння загасання двох кривих дозволяє встановити час початку пульсацій від минулого об`єкта. Можна дізнатися, коли він пройшов.

Дослідження порушень мікроструктури в океані можна аналізувати і за допомогою інших фізичних властивостей: датчиків пульсацій швидкості звуку або датчиків, які реєструють зміни коефіцієнта пропускання світла. Параметри ці цікавлять океанологів-акустиків і океанологів-оптиків. Вони важливі не тільки для вивчення мікроструктури. Наприклад, інформація про швидкість звуку дозволяє уточнювати роботу суднових ехолотів і гідролокатором. Акустична зв`язок в океані і наддалеке поширення звуку також мають потребу в інформації про швидкість звуку. А вивчення світлового режиму вод океанів призвело до виникнення оптичної океанографії, вирішальною широке коло завдань.

Солоність. Є кілька визначень солоності. Загальноприйнята - загальна кількість розчинених солей в 1 кг морської води.

Парадоксальний факт - немає приладу, який міг би прямо визначити вміст солі у воді з достатньою точністю. Вона виявляється по електропровідності води або за показником заломлення світла за допомогою інтерферометра.

Вчені деяких країн взагалі відмовилися від вимірювання солоності в ході експедицій і стали користуватися спрощеною формулою, вважаючи, що в багатьох випадках ні стратифікація, ні циркуляція, ні адвекція, ні конвекція не залежить від солоності, а всі ці процеси визначаються тільки температурою вод.

Однак знання солоності води дуже важливо для морських біологів. Багато морські тварини гинуть, якщо солоність води стає вище допустимого рівня. Це відбувається, наприклад, в Азовському морі з деякими видами риб (Бичками і судаком).

У 1987 р член-кореспондент АН СРСР К. М. Федоров в доповіді на Вченій раді Інституту океанології ім. П. П. Ширшова АН СРСР зазначив, що солоність в Світовому океані грає набагато більшу роль, ніж це прийнято думати. Він навів багато цікавих фактів.

Наприклад, за даними радянського вченого А. І. Пе-рескокова, більш ніж в 40% обсягу Світового океану солоність забезпечує створення стратифікації, сприятливою для розвитку конвекції за типом подвійної дифузії. Це дуже важливо з точки зору впливу океану на клімат. Під впливом солоності відбувається трансформація водних мас Світового океану, забезпечується вентиляція термокліна, виникає глибока конвекція і відбуваються багато інших дивовижні явища, в тому числі утворення сольових пальців і загадкових гігантських лінз.

Радянський вчений Б. А. Каган підрахував, що льодовий режим Північного Льодовитого океану тісно пов`язаний з солоністю. Якби вдалося підвищити солоність арктичних вод, то, можливо, вдалося б повністю звільнити Північний морський шлях від льоду!

А американський вчений У. Брокер зазначив, що тільки завдяки підвищеному значенням солоності в Північній Атлантиці останні 9 тис. Років європейці живуть у відносно теплому кліматі. Доктор Віллебранда з ФРН попереджає: треба стежити за тим, щоб солоність вод Північної Атлантики не знижувати. Інакше напрямок циркуляції вод в Атлантиці може змінитися на протилежну, що призведе до настання нової льодовикової епохи. Ось яке важливе значення має солоність.

Густина. Гідрофізиків потрібно знати щільність води в океані на різних глибинах. Щільність зазвичай обчислюють по виміряної температурі і питомої електропровідності з внесенням поправки на гідростатичний тиск. Це - непрямий метод-прямої метод дозволив би підвищити точність вимірювання одного з найголовніших фізичних параметрів океану. Але немає зручного приладу, який міг би працювати в широкому інтервалі глибин - від поверхневих шарів хоча б до середньої глибини океану (3710 м).

Для вимірювання основних параметрів води океанологи застосовують зонди - вимірювальні прилади, що опускаються з палуби НІС в океан. Вони зондують його товщу, вимірюючи основні гідрофізичні параметри в міру занурення в глибину. Інформація по кабелю передається до суднової ЕОМ або фіксується в регистрирующем устрої автономного зонда, не пов`язаного кабелем з судном, що дозволяє уникнути впливу качки судна на результати вимірювань.

Існують різні зонди для вимірювання температури, питомої електропровідності і гідростатичного тиску. Одні розраховані на роботу протягом багатьох років, інші - тільки на один вимір, а потім тонуть. Їх називають Обривність термозондів (ОТЗ). За допомогою таких зондів можна виміряти розподіл температури в океані по вертикалі на ходу НІС, не зупиняючись. Це дуже важливо, особливо для військових кораблів, адже зупинка в умовах бойових дій може привести до загибелі.

Розроблено обривні зонди для оперативного вимірювання і деяких інших параметрів, як, наприклад, швидкості звуку і електропровідності.

Морським хімікам, крім того, необхідно знати і багато іншого. Наприклад, вміст у воді биогенов, поживних солей для розвитку водоростей, концентрацію водневих іонів (рН), вміст вуглекислоти та інших газів, в першу чергу кисню. В останні роки посилився інтерес до визначення змісту в морській воді метану і гелію як індикаторів гидротерм.

Об`єднання різних наукових дисциплін в океанологічній комплексі дозволяє ставити і успішно вирішувати завдання на стику різних наук. Півстоліття тому ніхто і не думав про вивчення Світового океану в таких масштабах, як тепер. Заслуга в постановці цього питання належить радянським ученим.

Відео: Вчинено головне відкриття світового океану! Що приховує світовий океан? Що виявили під водою?

Піонер океанології. Організатором і першим директором Інституту океанології був академік Петро Петрович Ширшов, дивовижна людина. Будучи студентом біологічного факультету Дніпропетровського інституту народної освіти, він плавав через стромовини Дніпра за зразками особливих водоростей, що росли тоді на скелях знаменитих дніпровських порогів. Тепер грізних порогів немає, вони зникли під водою після побудови греблі Дніпрогесу. Але залишилися дві наукові, роботи, присвячені цим водоростям.

Після закінчення інституту П. П. Ширшов переїжджає до Ленінграда і стає науковим співробітником Ботанічного інституту АН СРСР, а потім переходить на роботу в Арктичний інститут. У 1930 р Петро Петрович взяв участь в експедиції на Кольський півострів, займався складанням біологічної карти на Новій Землі. У 1934 р П. П. Ширшов знову відправляється в Арктику - в експедицію на борту пароплава «Челюскін». У важких умовах арктичної ночі П. П. Ширшов не припиняв наукової роботи в крижаному таборі. Ледве замовкли овації героям Челюскінской епопеї, як П. П. Ширшов знову відправляється для досліджень в Арктику на криголамі «Красін».

У 1937 -1938 рр. ім`я П. П. Ширшова прославилося на весь світ. У складі знаменитої четвірки «папанинцев» він висадився на крижину на Північному полюсі. Перше, що він там почав робити, - це рубати разом зі своїми товаришами ополонку в грубезному, багатометровому льоду, на якому був розбитий табір. Коли була зроблена ополонку, П. П. Ширшов опустив в неї трал для лову морських мешканців. Щось на зразок великої «авоськи» з сіткового полотна з дрібними отворами. Опустив, незважаючи на те, що йому добре була відома панувала тоді гіпотеза, згідно з якою в Північному Льодовитому океані на полюсі немає і не може бути ніяких тварин. Океан там глибокий - понад 4 км тонкого сталевого троса було намотано на барабані його ручної лебідки. Це була дуже важка робота, в якій брали участь всі «папанінці». Дослідження закінчилися повним успіхом - океан на полюсі виявився населеним. В ополонку опускався не тільки трал, а й інші прилади. У тому числі - перекидний термометр (ртутний), зроблений так, що він дозволяє виміряти температуру води на тій глибині океану, де потрібно. Звичайним термометром цього зробити не можна. Вимірювання на станції «Північний полюс» показали, що відносно теплі води з Північної Атлантики доходять до району полюса, але знаходяться глибоко під льодом. Це було відкриття. П. П. Ширшов пояснив його так: атлантичні води, що входять до Полярний басейн, просуваючись на північ і схід, охолоджуються. Тому стають важчими і опускаються в глибини Льодовитого океану. Було зроблено багато важливих спостережень.

За видатні відкриття в біології і гідрофізики океану П. П. Ширшов був обраний в 1939 р в дійсні члени Академії наук СРСР.

Ми пам`ятаємо П. П. Ширшова не тільки як видатного вченого, полярника і директора Інституту океанології. П`ятнадцять років він був міністром морського флоту Радянського Союзу, в тому числі і в важкі роки Великої Вітчизняної війни. Одночасно він був заступником Голови Ради Міністрів СРСР по транспорту. Він завжди відрізнявся скромністю і простотою, був рівним в поводженні з підлеглими. Його наукові праці внесли великий вклад в світову науку.

Як стати океанологом. Морських фахівців різних профілів, інженерів і науковців готують різні середні і вищі навчальні заклади нашої країни. Географічний і фізичний факультети Московського державного університету ім. М. В. Ломоносова випускають океанологів широкого профілю та гідрофізиків.

У Московському фізико-технічному інституті, на кафедрі термогідромеханікі океану, також готують висококваліфікованих фахівців. Інститут океанології ім. П. П. Ширшова - база для студентів цієї кафедри. Вчені інституту читають лекції зі спеціальних предметів. Студенти отримують хорошу підготовку з математики, фізики, гідродинаміки, техніці фізичного експерименту в океані. В одному з відділень Інституту океанології студенти проходять першу практику після закінчення III курсу, а після V курсу вони відправляються в далеке плавання на одному з науково-дослідних суден інституту. На практиці вони знайомляться з методами і технікою фізичних досліджень океану і збирають матеріали для своїх дипломних робіт. Плавання в далекому рейсі протягом 3,5-4 місяців дає студентам дуже багато: вдається не тільки зібрати експериментальний матеріал, а й обробити його на судновий ЕОМ, узагальнити отримані дані.