Биохимическая лаборатория предназначена для изучения биохимического состава живых организмов, то есть количественного определения различных органических соединений в составе живых клеток. В этих целях используются самые тонкие методы, в частности тонкослойной и колоночной хроматографии, фильтрации через решетки с мельчайшими отверстиями экстрактов и проб планктона, взвесей в морской воде.
В фильтрационной лаборатории размещены проточные аквариумы для содержания морских животных в естественной среде. В ней также проводят фильтрацию морской воды под давлением для определения взвесей, микрофлоры и микрофауны.
Есть на верхней палубе специальная бентосная лаборатория для изучения организмов, живущих на морском дне. Там производится предварительная и первичная разборка извлеченных из исследовательских тралов животных, растений и грунта. Живые организмы там же фиксируются, производится их определение, то есть определяют их принадлежность к тому или иному виду, роду, классу, типу.
Из грунта, собранного дночерпателем, выбираются бентосные организмы, производится взвешивание собранного живого материала и определение бентосной биомассы, устанавливаются трофические цепи в собранной фауне. Ученые-гидробиологи составляют графики и карты для иллюстрации закономерностей распределения морской фауны в исследуемом районе.
В ихтиологической лаборатории ученые проводят предварительную и первичную разборку выловленных рыб, определяют их видовую принадлежность, вычисляют биомассу улова, проводят построение карт и графиков, иллюстрирующих общие закономерности распределения и состава ихтиофауны. Оборудование лаборатории позволяет проводить в ней инкубацию икры и выращивание молоди рыб.
На основной лабораторной палубе расположена геологическая лаборатория. Там ученые разбирают и описывают пробы донных осадков и горных пород, определяют их физические свойства и минеральный состав, проводят также микропалеонтологические исследования, связанные с определением состава древних организмов в осадочных и горных породах. Для приготовления микрошлифов и их воспроизведения прямо в судовых условиях в лаборатории установлены лабораторный шлифовальный станок-полуавтомат и репродукционная фотоустановка.
Рядом с этой лабораторией расположено помещение для консервации геологических проб, в котором пробы осадочных пород сушат и хранят при низкой температуре.
Отлично оборудована судовая геофизическая лаборатория. Ее главное назначение – сбор, обработка, хранение собранных натурных данных, полученных в ходе геофизических исследований от буксируемой сейсмографической и электроразведочной аппаратуры. Данные поступают в судовую автоматизированную систему сбора и обрабатываются в лаборатории на цифровых станциях. Там же находятся накопители собранных данных на магнитных лентах и различного типа визуальные регистраторы акустических и электрических сигналов.
Для производства магнитометрических измерений на судне установлены автоматизированный протонный магнитометр и квантовый магнитометр.
Во многие лаборатории выведены показания судового лага и гирокомпаса, а также данные по рельефу дна, поступающие от исследовательских эхолотов.
Имеется на верхней палубе кинофотолаборатория, где проявляют пленки и печатают черно-белые и цветные фото. На этой, если можно так сказать, исследовательской палубе размещена автоклавная, где нагревают и испаряют пробы воды, проводят центрифугирование и сушку взвесей и остатка проб, извлеченных из морской воды.
Спустимся теперь на главную палубу. На ней размещена радиоизмерительная лаборатория, предназначенная для регулировки и настройки радиоизмерительной и электронной аппаратуры. Здесь же вспомогательные научные помещения: для сушки и хранения образцов донных животных, хранилище кислот и формалина, камера хранения фиксированных проб в стеклянных банках.
Еще ниже на платформе расположен вычислительный центр, где установлена главная судовая ЭВМ типа ЭС-1010, изготовленная в ВНР. Именно с ее помощью производится автоматизированный сбор, накопление, обработка и хранение основной части собранной в рейсе новой научной информации.
На платформе расположено помещение гироплатформ. – В нем на двух стабилизированных платформах установлены приборы, сохраняющие заданное по отношению к горизонту и меридиану положение невзирая на качку и перемену судном курса. Эти стабилизированные приборы используются для гравиметрических исследований (исследований, связанных с изучением поля земного тяготения). Речь идет о различной конструкции струнных гравиметров, о маятниковом вариометре и других измерительных приборах.
И наконец, на платформе расположена сублимационная, предназначенная для высушивания проб в вакууме при низкой температуре. В соответствии с назначением в ней имеется установка для сублимационной сушки и морозильный стол.
Новый «Витязь» оборудован единой системой связи, при помощи которой регистрируют в памяти ЭВМ результаты измерений. Система состоит из кольцевой линии связи, охватывающей основные лаборатории, и радиальных линий, соединяющих ВЦ с лабораториями, где характер исследований предусматривает регистрацию и обработку особо большого объема натурных данных. К этим лабораториям относится геофизическая, аналитическая, гидрологическая, комплекс гравиметрических приборов в помещении на платформе и штурманская рубка.
Лабораторный комплекс «Витязя» дополняется 11 исследовательскими лебедками различного назначения, включая мощную траловую лебедку для глубоководного траления, кабельные и тросовые лебедки. Судно способно проводить исследовательские работы в самых глубоких желобах Мирового океана.
Невольно возникает вопрос: как же тросы длиной более 11 000 м не обрываются под собственной тяжестью, когда их полностью вытраливают за борт? Оказывается, их составляют из отдельных кусков разного диаметра. Так, трос лебедки для глубоководного траления составлен из четырех отдельных кусков одинаковой длины, но разного диаметра. Безусловно, соединение кусков между собой выполнено надежно, так что прочность сплетения не меньше прочности более тонкого троса.
Как видим, по составу лабораторий, по объему автоматизированной обработки научных данных с помощью ЭВМ и оснащению судна научно-исследовательской аппаратурой «Витязь» 1982 г. действительно является достойным преемником «Витязя» 1949 г.
НИС «Витязь» является головным в серии из трех судов. Польские корабелы передали советским ученым еще два однотипных НИС «Академик Александр Несмеянов» и «Академик Александр Виноградов». Оба НИС принадлежат Дальневосточному отделению АН СССР и базируются во Владивостоке.
Первое судно названо в память президента АН СССР в 1951–1961 гг., видного химика-органика, Героя Социалистического Труда академика Александра Николаевича Несмеянова (1899–1980).
Слоеный пирог в океане
В 1965 г. американский ученый Генри Стоммел и советский ученый Константин Федоров совместно проводили испытания нового американского прибора для измерения температуры и солености вод океана. Работы проводились в Тихом океане между островами Минданао (Филиппины) и Тимор. Прибор опускали на тросе в глубину вод.
Однажды исследователи обнаружили на регистраторе прибора необычную запись измерений. На глубине 135 м, там, где окончился перемешанный слой океана, температура должна была согласно существовавших представлений начать равномерно уменьшаться с глубиной. А прибор зарегистрировал ее повышение на 0,5 °C. Слой воды с такой повышенной температурой имел толщину около 10 м. Затем температура начала уменьшаться.
Вот что написал об этом примечательном наблюдении ученых доктор технических наук Н. В. Вершинский, руководитель лаборатории морских измерительных приборов Института океанологии АН СССР: «Чтобы понять удивление исследователей, надо сказать, что в любом курсе океанографии тех лет о распределении температуры в океане по вертикали можно было прочесть примерно следующее. Первоначально от поверхности вглубь идет верхний перемешанный слой. В этом слое температура воды практически остается неизменной. Толщина перемешанного слоя обычно составляет 60 – 100 м. Ветер, волны, турбулентность, течение все время перемешивают воду в поверхностном слое, благодаря чему ее температура и становится примерно одинаковой. Но возможности перемешивающих сил ограниченны, на какой-то глубине их действие прекращается. При дальнейшем погружении температура воды резко уменьшается. Скачком!
Этот второй слой так и называется – слой скачка. Обычно он невелик и составляет всего 10–20 м. На протяжении этих немногих метров температура воды снижается на несколько градусов. Градиент температуры в слое скачка обычно составляет несколько десятых долей градуса на метр. Этот слой – удивительное явление, которому нет аналога в атмосфере. Он играет большую роль в физике и биологии моря, а также в человеческой деятельности, связанной с морем. Благодаря большому градиенту плотности в слое скачка собираются различные частицы взвеси, планктонные организмы и мальки рыб. Подводная лодка в нем может лежать, как на грунте. Поэтому иногда его называют слоем «жидкого грунта».
Слой скачка представляет собой своеобразный экран: через него плохо проходят сигналы эхолотов и гидролокаторов. Кстати сказать, он не остается всегда на одном месте. Слой перемещается вверх или вниз и иногда с довольно большой скоростью. Ниже слоя скачка располагается слой главного термоклина. В этом третьем слое температура воды продолжает уменьшаться, но не так быстра, как в слое скачка, градиент температуры здесь составляет несколько сотых долей градуса на метр…
В течение двух дней исследователи несколько раз повторяли свои измерения. Результаты были схожи. Записи неопровержимо свидетельствовали о наличии в океане тонких прослоек воды протяженностью от 2 до 20 км, температура и соленость которых резко отличались от соседних. Толщина слоев от 2 до 40 м. Океан в этом районе напоминал слоеный пирог».
В 1969 г. английский ученый Вудс нашел элементы микроструктуры в Средиземном море около острова Мальта. Он сперва использовал для замеров двухметровую рейку, на которую укрепил десяток полупроводниковых датчиков температуры. Затем Вудс сконструировал автономный падающий зонд, который помог четко зафиксировать слоистую структуру полей температуры и солености воды.
А в 1971 г. слоистую структуру впервые обнаружили в Тиморском море и советские ученые на НИС «Дмитрий Менделеев». Затем во время плавания судна по Индийскому океану ученые находили элементы такой микроструктуры во многих районах.
Таким образом, как часто бывает в науке, применение новых приборов для измерения ранее многократно замеренных физических параметров привело к новым сенсационным открытиям.
Ранее температуру глубинных слоев океана замеряли ртутными термометрами в отдельных точках на разных глубинах. Из этих же точек при помощи батометров поднимали с глубины пробы воды для последующего определения в судовой лаборатории ее солености. Затем по результатам измерений в отдельных точках океанологи строили плавные кривые графиков изменения параметров воды с глубиной ниже слоя скачка.
Теперь новые приборы – малоинерционные зонды с полупроводниковыми датчиками – позволили измерить непрерывную зависимость температуры и солености воды от глубины погружения зонда. Их использование дало возможность уловить совсем небольшие изменения параметров водных масс при перемещении зонда по вертикали в пределах десятков сантиметров и фиксировать их изменения во времени за доли секунд.
Оказалось, что везде в океане вся водная масса от поверхности до больших глубин разделена на тонкие однородные слои. Разница в температуре между соседними горизонтальными слоями составляла несколько десятых градуса. Сами слои имеют толщину от десятков сантиметров до десятков метров. Самое поразительное было то, что при переходе из слоя в слой температура воды, ее соленость и плотность менялись резко, скачкообразно, а сами слои устойчиво существуют иногда несколько минут, а иногда несколько часов и даже суток. А в горизонтальном направлении такие слои с однородными параметрами простираются на расстояние до десятка километров.
Первые сообщения об открытии тонкой структуры океана не всеми учеными-океанологами были приняты спокойно и благожелательно. Многие ученые восприняли результаты измерений как случайность и недоразумение.
Действительно, было чему удивляться. Ведь вода во все века была символом подвижности, изменчивости, текучести. Тем более вода в океане, где структура ее чрезвычайно изменчива, волны, поверхностные и подводные течения все время перемешивают водные массы.
Почему же сохраняется такая устойчивая слоистость? Однозначного ответа на этот вопрос пока нет. Ясно одно: все эти замеры не игра случая, не химера – открыто нечто важное, играющее существенную роль в динамике океана. По мнению доктора географических наук А. А. Аксенова, не вполне ясны причины этого явления. Пока объясняют его так: по той или иной причине в толще воды возникают многочисленные довольно четкие границы, разделяющие слои с различной плотностью. На границе двух слоев различной плотности очень легко возникают внутренние волны, которые перемешивают воду. При разрушении внутренних волн возникают новые однородные слои и границы слоев образуются на иных глубинах. Этот процесс повторяется многократно, меняются глубина залегания и толщина слоев с резкими границами, но общий характер водной толщи остается неизменным.
Выявление тонкослойной структуры продолжалось. Советские ученые А. С. Монин, К. Н. Федоров, В. П. Швецов обнаружили, что и глубинные течения в открытом океане также имеют слоистую структуру. Течение остается постоянным в пределах слоя толщиной от 10 см до 10 м, затем его скорость скачкообразно меняется при переходе к соседнему слою и т. д. И тут ученые обнаружили «слоистый пирог».
Значительный вклад в изучение тонкой структуры океана сделали наши океанологи, используя научное оборудование новых среднетоннажных специализированных НИС водоизмещением 2600 т, построенных в Финляндии.
Это НИС «Академик Борис Петров», принадлежащее Институту геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского АН СССР, «Академик Николай Страхов», работающее по планам Геологического института АН СССР, и принадлежащие Дальневосточному отделению АН СССР «Академик М. А. Лаврентьев», «Академик Опарин».
Эти суда получили имена видных советских ученых. Герой Социалистического Труда академик Борис Николаевич Петров (1913–1980) был крупнейшим ученым в области проблем управления, талантливым организатором космической науки и международного сотрудничества в этой области.
Так же закономерно появление имени академика Николая Михайловича Страхова (1900 – .1978) на борту корабля науки. Выдающийся советский геолог внес крупный вклад в изучение осадочных пород на дне океанов и морей.
Советский математик и механик академик Михаил Алексеевич Лаврентьев (1900–1979) получил широкую известность как крупный организатор науки в Сибири и на востоке СССР. Именно он стоял у истоков создания прославленного Академгородка в Новосибирске. В последние десятилетия исследования в институтах Сибирского отделения АН СССР приобрели такие масштабы, что теперь невозможно представить себе общую картину почти в любой области науки без учета работы сибирских ученых.
Из четырех НИС этой серии три (кроме НИС «Академик Опарин») строились для гидрофизических исследований водных масс океанов и морей, исследования океанского дна и слоев атмосферы, прилегающих к поверхности океана. Исходя из этих задач и спроектирован установленный на судах научно-исследовательский комплекс.
Важной составной частью этого комплекса являются погружаемые зонды. В носовой части главной палубы судов этой серии размещены гидрологическая и гидрохимическая лаборатории, а также так называемая «мокрая лаборатория». Научная аппаратура, размещенная в них, включает регистрирующие блоки погружаемых зондов с датчиками электропроводности, температуры и плотности. Причем конструкция гидрозонда предусматривает наличие на нем комплекта батометров для взятия проб воды с различных горизонтов.
На этих судах установлены не только глубоководные узколучевые исследовательские эхолоты, но и многолучевые.
Как рассказал известный исследователь Мирового океана доктор географических наук Глеб Борисович Удинцев, появление этих приборов – многолучевых эхолотов – следует оценить как революцию в деле изучения океанского дна.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24