Загадки океана
Шрифт:
В результате удара грузика оправа с термометром переворачивается на 180°. Термометр опрокидывается «вверх ногами». Ртутный столбик в нем обрывается. Ртуть переливается в другой резервуар на противоположном конце термометра. Количество перелившейся ртути соответствует температуре воды в точке измерения. Так фиксируется температура воды на той глубине, где находился термометр.
Опрокидывание — своеобразный способ сохранения информации, придуманный в то время, когда не было современных способов регистрации.
Несколько опрокидывающихся термометров, привязанных к одному тросу, составляют гидрологическую
Процесс повторяется столько раз, сколько термометров в серии. Это — классическая техника изучения океана, нередко применяющаяся еще и в наше время. Ее преимущество — надежность. Одновременно с измерением температуры определяется соленость вод океана. Для этой цели на тросе укрепляются батометры (цилиндрические сосуды с двумя крышками по концам). При спуске крышки открыты. Они герметично закрываются с помощью посыльных грузиков, и в батометрах оказываются пробы воды с исследуемых горизонтов. После подъема пробы воды анализируются в судовой лаборатории.
Самый верхний термометр серии обычно укрепляется на тросе так, чтобы он оказался на глубине около 1 м после сматывания с барабана лебедки необходимой длины троса. Второй термометр — на глубине 8—10 м. Распределение термометров по глубине зависит от условий задачи.
Применение опрокидывающихся термометров для определения температуры воды в верхнем десятиметровом слое не лучший способ измерения. Особенно это относится к первому термометру. Нередко он выскакивает из воды — судно-то ведь качается! Размахи бортовой качки бывают достаточно велики — метр и более. Так что показываемая термометром цифра является некоторым средним значением температуры для слоя воды толщиной около метра, а иногда и больше.
Достаточно большие размеры чувствительного элемента термометра, т. е. его баллончика со ртутью, также вносят свою долю в осреднение измеряемой температуры.
Имеется еще один серьезный источник погрешностей при измерениях опрокидывающимися термометрами в верхних метрах океана. Согласно существующим правилам, спуск гидрофизических зондов всегда производится с наветренного борта судна. Поэтому верхний термометр всегда оказывается в слое перемешанной воды. Это замечание относится и ко 2–му термометру. Поверхностный слой воды океана перемешивается корпусом судна, как большой лопатой. Перемешивание происходит из-за ветрового дрейфа судна. Оно обычно дрейфует бортом, или, как говорят моряки, лагом. А осадка современных больших научно — исследовательских судов достигает 7 м. «Лопата» такого размера способна перемешать воду на глубину более 7 м. И тем самым сгладить физические неоднородности почти в десятиметровом слое. Корпус судна образует в нем дрейфовый след.
Перемешивание — причина, затрудняющая получение точной информации о физических параметрах верхнего десятиметрового
Данные гидрологических серий практически всегда показывали отсутствие каких-либо неоднородностей в поле температуры вблизи поверхности океана. В результате сложилось мнение, что верхний слой океана хорошо перемешан. Появился термин «верхний перемешанный слой океана». Он получил широкое распространение, но оказался далеко не всегда соответствующим истине.
Современный способ исследования физических параметров океана — применение зондов. Они начали широко использоваться в 70–е гг. Зонд — это комплексная измерительная система, одновременно измеряющая, как минимум, три основных параметра — температуру, электропроводность и давление воды. Такие зонды сокращенно часто называются «зонды СТД» (соленость, температура, давление).
Более совершенные зонды способны одновременно измерять еще и содержание кислорода, концентрацию водородных ионов или ионов многих других элементов, встречающихся в морской воде. Они были созданы для исследования глубоких слоев океана. Поэтому практически не могли дать новой информации о структуре верхних слоев океана. Почему?
Потому, что зонд на кабель — тросе можно опускать в океан только с наветренного борта. В верхнем слое толщиной около 10 м в момент входа в воду в датчиках зонда возникают переходные процессы, которые на некоторое время лишают их возможности правильного восприятия информации; в момент входа в воду сам корпус зонда вызывает перемешивание воды в верхнем слое воды; в момент входа корпуса зонда в воду, спускаемого лебедкой, возникает переходный процесс в установлении скорости его погружения; при входе в воду зонд может слегка раскачиваться, что искажает его показания.
В результате суммарного действия ряда причин самые лучшие зонды обычно начинают давать правильную информацию с глубины 6–8 м. По сравнению со средней глубиной океана цифры эти малы. Считалось, что обстоятельство это не имеет особого значения. Все же с помощью гидрофизического СТД-зонда была обнаружена тонкая структура в верхнем слое океана при дневном прогреве.
На основании этих измерений сложилось представление о том, что глубина слоя дневного перемешивания составляет десятки метров, т. е. сравнима с глубиной сезонного однородного слоя океана. Но в рамках таких представлений не удалось объяснить суточные колебания температуры поверхности океана при слабых ветрах, достигавшие 1–2 °C.
Для таких ^больших колебаний температуры в слое толщиной в несколько десятков метров требуется приток тепла, в несколько раз превышающий максимально возможный поток за счет поглощения солнечной радиации. Но откуда ему взяться, этому таинственному потоку тепла?
И еще одно очень странное явление: в штилевую погоду на поверхности океана были замечены скачки температуры воды в 1–2 °C. Такие большие скачки показывали датчики температуры при буксировке их за судном на небольшой глубине. Они происходили через каждые 10—150 м, казалось бы, без какой-либо заметной закономерности.