Ганс-Юрген Брозин - Атака на неизведанное
Эхолот измеряет время, которое требуется посланному звуковому импульсу для того, чтобы пройти расстояние от судна до морского дна и обратно. Это время пропорционально глубине, так что, если известна скорость звука в воде, можно рассчитать расстояние «судно — морское дно». С помощью специальных эхограмм можно определять не только глубину: звуковые волны проникают также и в мягкие напластования дна, что позволяет судить о мощности осадочной толщи, т. е. отложении на морском дне. Некоторые виды эхограмм показывают распределение планктона или косяков рыб и являются важным вспомогательным средством при изучении биологических основ рыболовства.
Дночерпатели, работающие подобно грейферам землечерпалки, захватывают только самые верхние слои морского дна, в то время как геологические трубки проникают в него глубже. Они представляют собой опускаемые с борта судна длинные трубки, которые вонзаются в дно либо под действием собственного веса, либо с помощью разрывного заряда или вибрационного устройства. С помощью такого рода приборов, вес которых иногда превышает 2 т, на «Витязе» удалось поднять с морского дна колонку грунта длиной свыше 30 м.
Наконец, о строении морского дна позволяют судить геофизические методы. При сейсмических методах, например, в определенном районе возбуждаются сейсмические волны, которые после отражения различными поверхностями морского дна регистрируются в другом районе. О структуре строения морского дна дают представление также и измерения гравитационного и магнитного полей Земли или тепловых потоков, идущих из земных недр.
Подводная фотография и подводное телевидение дополняют океанографические методы исследований. Главной проблемой подводной фотографии является создание оптимальных искусственных источников освещения. Вследствие сильного поглощения и рассеяния солнечного излучения в воде естественного светового поля даже на небольших глубинах недостаточно для фотографирования. Еще в 1893 г. французский зоолог Бутан, который сделал первые снимки под водой с помощью плоской камеры на глубине 10 м в Средиземном море, применял осветительную вспышку, а позднее — угольные дуговые лампы.
Все возрастающее распространение в океанологии получает и подводное телевидение, в особенности для наблюдений за морским дном. Телевизионная техника была впервые применена под водой в 1951 г. при поисках подводной лодки, утонувшей в устье Темзы. В настоящее время существуют установки, которые позволяют вести передачи по кабелю длиной несколько километров.
Наряду с исследовательскими судами в последние годы появились автоматические измерительные буи, ведущие метеорологические и океанологические наблюдения и передающие данные в центры управления. С развитием и эксплуатацией этих буев связаны многочисленные технические, экономические, а также юридические проблемы, которые до сих пор еще далеко не все решены.
Как к самим измерительным датчикам, так и к устройствам для обработки и передачи данных предъявляются следующие основные требования: небольшие размеры, малое потребление энергии и высокая надежность.
Измерения, полученные на буе, должны передаваться наземным станциям. Это в общем возможно, исключая применение подводных кабелей в прибрежных районах, только с помощью радиосвязи. Система передачи должна быть пригодна для автоматической работы и действовать один-два года без технического обслуживания. Следует также учитывать возможность использования искусственных спутников в качестве радиорелейных станций при связи между буем и Землей.
Наряду с конструированием соответствующих измерительных и передаточных устройств проблемой является обеспечение их энергией. Не все источники энергии пригодны для использования в море. Кроме того, снабжение автономных буев энергией должно отличаться высокой надежностью и исключать техническое обслуживание. Источники энергии должны иметь небольшие размеры и ничтожный вес. Большое значение придается уже испытанным в космосе генераторам, превращающем химическую энергию, вырабатываемую содержащимися в воде веществами при взаимодействии их с оксигенами, в энергию электрическую. Важная роль принадлежит термоэлектрическим генераторам изотопов, которые в электрическую энергию преобразуют энергию тепловую, высвобождающуюся при радиоактивном распаде некоторых элементов, например стронция. Сейчас имеются экспериментальные установки, в качестве источников питания использующие кинетическую энергию морских волн.
В настоящее время существуют прототипы различных видов измерительных буев, которые устанавливают на якорь даже на больших глубинах. Перспективные модели буев смогут выполнять измерения, дрейфуя в заданных морских районах. Особое место среди заякоренных измерительных буев занимает разработанный в 1967 г. в США тяжелый «Монстрбуй» весом свыше 100 т, представляющий собой поплавок в виде диска диаметром более 13 м. «Монстрбуй» может измерять 14 метеорологических и океанологических характеристик и передавать их на расстояния до 4000 км. Расходы на подобный буй составляют около 500 тыс. долларов. Однако имеются измерительные буи весом только 90 кг, которые могут сбрасываться и с вертолетов. Эти буи измеряют пять характеристик на поверхности моря и передают данные на расстояние 100–150 км.
В проектируемой океанической сети станций в глобальных масштабах измерительные буи будут иметь большое значение в качестве стационарных станций. Разумеется, это потребует высоких затрат. Точки зрения на наиболее рациональное размещение буев значительно расходятся. В глобальной сети наиболее оптимальной считается сторона квадрата примерно в 400 км. Это значит, что на площади 160 000 км2 (что больше территории ГДР) разместилась бы одна буйковая станция. Для сравнения следует упомянуть, что в ГДР на 2500 км2 приходится одна метеорологическая станция.
Французский лабораторный буй, стоящий на якоре к югу от Марселя на глубине 2400 м
Между исследовательскими судами и автоматическими измерительными буями займут место заранее отведенные в предусмотренные районы плавучие средства с приборами и экипажами для их обслуживания. Некоторые из этих носителей приборов должны находиться в вертикальном положении, но могут, подобно лихтеру, буксироваться и горизонтально. Затем в выбранном месте назначения они наполняются водой и выпрямляются. Дрейфуя или стоя на якоре, они являются идеальными измерительными платформами для исследований в пограничном слое океан — атмосфера и в верхних слоях моря. Даже при сильном волнении на море они ведут себя спокойно. Так, в заливе Аляска такие носители американской конструкции при волнах высотой 11 м имели вертикальные перемещения менее 10 см. Особенно известнымистали американская инструментальная станция FLIP и созданный в 1964 г. по инициативе французского исследователя Кусто лабораторный буй. Буй имеет длину 66 м, из которых 56 м находятся под водой. При водоизмещении 250 т он позволяет жить и работать в нем четырем сотрудникам.
Общим для всех описанных выше способов измерений, шла ли речь о приборах на исследовательских судах, автоматических буях или других носителях аппаратуры, является то, что измерительные датчики находятся в непосредственном контакте с исследуемой средой, т. е. с морем. Однако в последнее время разработаны и неконтактные методы, которые дают возможность проводить наблюдения за различными океанографическими характеристиками с помощью дистанционных измерений, например с самолетов или с искусственных спутников Земли.
До применения дистанционных приборов для океанографических исследований с самолетов были получены косвенные научные заключения об океанологических процессах путем интерпретации данных аэрофотосъемок. Особенно ценные выводы об изменении условий волнения моря и о переносе различного материала в прибрежной зоне дали снимки, сделанные вблизи береговой полосы. Самолеты, используя аэрофотосъемку, вели наблюдения и за ледовой обстановкой.
С начала 50-х годов самолеты с дистанционными приборами применяются непосредственно в целях океанографии. Так, инфракрасными термометрами путем измерения длинноволнового излучения морской поверхности определялась ее температура. Правда, этот способ имеет ограниченное применение, так как определяется температура только самого поверхностного слоя воды толщиной 1 мм. Измерениям мешают водяные пары атмосферы. Поэтому использование этого метода сохранилось главным образом в районах с большими горизонтальными градиентами температуры, таких, например, как зона Гольфстрима. При изучении течений с помощью поплавков или при исследовании процессов горизонтальной турбулентности с успехом применяется аэрофотограмметрия.
