Ведь на протяжении многих лет наши суда оснащались эхолотами, измерявшими глубины при помощи одного луча, направленного с судна вниз по вертикали. Это позволяло получать двухмерное изображение рельефа океанского дна, его профиль по маршруту движения судна. Используя большой массив данных, собранный при помощи однолучевых эхолотов, до сих пор составлялись карты рельефа дна морей и океанов.
Однако построение карт по профилям дна, между которыми нужно было пролагать линии равных глубин – изобаты, зависело от умения картографа-геоморфолога или гидрографа создавать пространственное трехмерное изображение, базируясь на синтезе всей доступной геолого-геофизической информации. Понятно, что при этом карты рельефа океанского дна, служившие затем основой для всех других геологических и геофизических карт, содержали много субъективного, что особо проявлялось при их использовании для разработки гипотез происхождения дна морей и океанов.
Положение существенно изменилось с появлением многолучевых эхолотов. Они позволяют принимать отраженные дном звуковые сигналы, посланные эхолотом, в виде веера лучей; охватывающих полосу поверхности дна шириной, равной двум глубинам океана в точке измерения (до нескольких километров). Это не только намного повышает производительность исследований, но, что особенно важно для морской геологии, можно с помощью электронно-вычислительной техники тут же представлять трехмерное изображение рельефа на дисплее, а также графически. Таким образом, многолучевые эхолоты позволяют получать детальные батиметрические карты при сплошном площадном покрытии дна приборной съемкой, сводя долю субъективных представлений до минимума.
Первые же рейсы советских НИС, оснащенных многолучевыми эхолотами, сразу же показали преимущества новых приборов. Стало ясно их значение не только для выполнения фундаментальных работ по картографированию дна океанов, но и как средства активного управления исследовательскими работами в качестве приборов своего рода акустической навигации. Это дало возможность активно и с минимальными затратами времени выбирать места для геологических и геофизических станций, контролировать движение буксируемых над дном или по дну приборов, производить поиск морфологических объектов дна, например минимальных глубин над вершинами подводных гор, и т. п.
Особенно эффективным по реализации возможностей многолучевого эхолота был рейс НИС «Академик Николай Страхов», проведенный в период с 1 апреля по 5 августа 1988 г. в экваториальной Атлантике.
Исследования велись по полному комплексу геолого-геофизических работ, но главным было многолучевое эхолотирование. Для исследований был выбран экваториальный участок Срединно-Атлантического хребта в районе о. Сан-Паулу. Этот малоизученный район выделялся своей необычностью по сравнению с другими участками хребта: обнаруженные здесь магматические и осадочные породы неожиданно оказались необычайно древними. Предстояло выяснить, отличается ли этот участок хребта от других и по остальным своим характеристикам, а прежде всего – по рельефу. Но для решения этого вопроса необходимо было иметь чрезвычайно детальную картину подводного рельефа.
Такая задача и была поставлена перед экспедицией. В течение четырех месяцев велись исследования с интервалами между галсами не более 5 миль. Они охватили обширную область океана шириной с востока на запад до 700 миль и с севера на юг до 200 миль. В результате выполненных исследований стало очевидным, что экваториальный сегмент Срединно-Атлантического хребта, заключенный между разломами 4° на севере и о. Сан-Паулу на юге, действительно имеет аномальное строение. Обычные для остальных частей хребта (к северу и к югу от изучавшейся области) структура рельефа, отсутствие мощного осадочного покрова и характеристики магнитного поля пород оказались здесь характерными только для узкой осевой части сегмента шириной не более 60–80 миль, получившей название Петропавловского хребта.
А то, что считалось ранее склонами хребта, оказалось обширными плато с совершенно иным характером рельефа и магнитного поля, с мощным осадочным покровом. Так что, видимо, происхождение рельефа и геологическое строение плато являются совершенно иным, чем у Петропавловского хребта.
Значение полученных результатов может оказаться очень важным для разработки общих представлений о геологии дна Атлантического океана. Однако предстоит многое осмыслить и проверить. А для этого необходимы новые экспедиции, новые исследования.
Следует особо отметить оборудование для исследования водных масс, установленное на НИС «Арнольд Веймер» водоизмещением 2140 т. Это специализированное НИС построено финскими корабелами для АН ЭССР в 1984 г. и названо в честь видного государственного деятеля и ученого ЭССР президента АН ЭССР в 1959–1973 гг. Арнольда Веймера.
В числе судовых лабораторий – три физики моря (гидрохимическая, гидробиологическая, морской оптики), вычислительный центр и ряд других. Для проведения гидрофизических исследований на судне имеется комплект регистрирующих измерителей течения. Сигналы от них принимаются установленным на судне гидрофонным приемником и передаются в систему регистрации и обработки данных, а также записываются на магнитную ленту.
Для этой же цели служат свободно плавающие извещатели течения фирмы «Бентос» для регистрации значений параметров течения, сигналы от которых также принимаются судовым приемным устройством.
На судне установлена автоматизированная система отбора проб с различных горизонтов и замера гидрофизических и гидрохимических параметров с помощью исследовательских зондов с акустическими измерителями течения, датчиками содержания растворенного кислорода, концентрации водородных ионов (pH) и электропроводности.
Гидрохимическая лаборатория оснащена высокоточной аппаратурой, позволяющей проводить анализы проб морской воды и донных отложений на содержание микроэлементов. Для этой цели предназначены сложные и точные приборы: спектрофотометры различных систем (в том числе атомно-абсорбционный), флуоресцентный жидкостный хроматограф, полярографический анализатор, два автоматических химических анализатора и др.
У гидрохимической лаборатории расположена сквозная шахта в корпусе размером 600X600 мм. Из нее можно забирать морскую воду из-под судна и производить спуск приборов в воду при неблагоприятных метеоусловиях, не позволяющих использовать в этих Целях палубные устройства.
В оптической лаборатории имеются два флуорометра, двухлучевой спектрофотометр, оптический многоканальный анализатор и программируемый многоканальный анализатор. Такое оборудование позволяет ученым проводить широкий спектр исследований, связанных с изучением оптических свойств морской воды.
В гидробиологической лаборатории, помимо стандартных микроскопов, есть планктонный микроскоп «Олимпус», специальное оборудование для проведения исследований с помощью радиоактивных изотопов: сцинтиляционный счетчик и анализатор частиц.
Особый интерес представляет судовая автоматизированная система регистрации и обработки собранных научных данных. В ВЦ размещена мини-ЭВМ венгерского производства. Эта ЭВМ двухпроцессорной системы, то есть решение задач и обработка экспериментальных данных производится в ЭВМ параллельно по двум программам.
Для автоматизированной регистрации собранных экспериментальных данных, поступающих от многочисленных приборов и устройств, на судне смонтированы две кабельные системы. Первая – радиальная кабельная сеть для передачи данных из лабораторий и мест проведения измерений на главный коммутационный пульт.
На пульте можно подсоединить линии измерения к любому контакту и вывести поступающие сигналы на любую судовую ЭВМ. Распределительные коробки этой линии установлены во всех лабораториях и на рабочих площадках у лебедок. Вторая кабельная сеть – резервная для подключения новых приборов и устройств, которые будут установлены на судне в будущем.
Прекрасная система, а ведь эта сравнительно мощная и разветвленная система сбора и обработки данных с помощью ЭВМ так удачно размещена на небольшом среднетоннажном НИС.
НИС «Арнольд Веймер» по составу научного оборудования и возможностям проведения многоплановых исследований является образцовым для среднетоннажного НИС. При его постройке и оснащении состав научного оборудования был тщательно продуман учеными АН ЭССР, что значительно повысило эффективность проведения исследовательских работ после ввода судна в эксплуатацию.
Глава V
Космос и океан
И вот уже в космическом пространстве
Друг друга окликают корабли.
Я думаю о гордом постоянстве,
О мужестве сынов моей Земли!
Николай Рыленков
Спутник изучает океан
«Наука всегда продвигается вперед рывками. Ее передний край в каких-то точках разрывается узкими стрелами блестящих открытий, подчас далеко опережающих общий фронт научных поисков. «Точками роста» назвал их однажды выдающийся советский ученый А. Н. Несмеянов. По его мнению, эти «точки роста» проявляются там, где происходит взаимопроникновение наук.
Подобная картина наблюдается ныне на стыке наук об океане и космосе. Именно эти две среды стали теми природными лабораториями для постановки уникальных экспериментов и исследований, в ходе которых выявляются новые фундаментальные закономерности превращения материи, развития окружающей нас природы, воздействия Солнца, Луны, космических лучей на жизнь человека».
Эти слова президента АН СССР академика Г, И. Марчука объясняют, почему советские ученые в последние годы делают упор на расширение использования космических объектов для изучения океана. Теперь к традиционным средствам изучения: НИС, буйковым станциям, морским платформам и пр. добавились искусственные спутники Земли (ИСЗ).
Первые два десятка космических снимков земной поверхности и океана были сделаны еще летчиком-космонавтом СССР Германом Степановичем Титовым во время его суточного орбитального полета на корабле «Восток-2» 6–7 августа 1961 г. В последующем серьезные исследования океана из космоса велись с использованием автоматических ИСЗ серии «Космос», «Интеркосмос» и «Метеор», с борта пилотируемых орбитальных станций «Салют».
Можно сказать, что сейчас формируется новая наука – космическая океанология, которая базируется на бурно развивающихся в последнее время дистанционных методах измерения океанологических параметров.
Использование в качестве носителей исследовательской аппаратуры дистанционного изучения океана ИСЗ позволяет поднять исследования на новую качественную ступень, обеспечив быстрый обзор значительных площадей акваторий океанов и морей, большую продолжительность исследований, их качественно новую степень масштабности по сравнению с исследованиями с борта НИС.
Немаловажное значение имеет относительная дешевизна получения информации об океане с борта ИСЗ (если расходы подсчитать на единицу исследуемой площади). Вместе с тем результаты использования ИСЗ для этих целей в нашей стране и в США свидетельствуют о принципиальной и практической возможности обеспечения необходимой точности измерения океанологических параметров.
Какие же параметры измеряют дистанционно с космической орбиты? В первую очередь фиксируется все, что касается глобальной топографии поверхности океанов и морей, состояния водной поверхности, морских течений, параметров и направления распространения волн, температуры водной поверхности и радиационного баланса на ней.
Ряд ученых высказывают вполне обоснованные предположения, что в недалеком будущем удастся, регистрируя из космоса определенные характеристики поверхности океана, получать представление и о его глубинных структурах, так как между ними существуют непосредственные связи (пока еще не вполне ясные и установленные).
Один из основоположников спутниковой океанологии в СССР академик АН УССР Б. А. Нелепо так охарактеризовал методы этого нового научного направления: «Методы космической океанографии в своей основе – это методы крупномасштабных исследований, позволяющие осуществить оперативный обзор обширных акваторий, дающие общее представление о динамике происходящих процессов и поверхностном слое океана, а также получать количественные оценки гидрофизических параметров в высокоградиентных (высококонтрастных) зонах».
Спутниковая океанология сейчас делает как бы первые шаги, но в ближайшие 20–25 лет она, вероятно, станет существенным источником сведений об океане. В первую очередь это касается измерений из космоса характеристик процессов, отражающихся на поверхности океана: температуры водной поверхности, топографии теплых и холодных поверхностных течений, крупномасштабных изменений уровня океана, характеристик морского волнения, концентрации в поверхностных слоях мельчайших водорослей – фитопланктона, характеристик поверхностных пленок различного происхождения.
Фиксация из космоса характеристик поверхностных пленок поможет не только контролировать степень загрязненности океанских вод, но и прогнозировать размещение перспективных районов промысла. Установлено, что в местах сосредоточения косяков рыбы на поверхности океана появляются поверхностно-активные пленки, изменяющие состав спектрального излучения морской поверхности. Следовательно, научившись надежно фиксировать и идентифицировать эти изменения, можно отработать методику определения мест скопления рыбы.
Вот еще характерный пример использования спутниковой океанологической информации по поверхностным характеристикам океанских вод. Установлено, что характер распределения и изменения температуры верхнего слоя океана во многом определяет изменения погоды. При этом, учитывая большую теплоемкость воды по сравнению с теплоемкостью воздуха, охлаждение всего на 0,1 °C двухсотметрового слоя морской воды может вызвать нагревание атмосферы над ним до 8 °C, что является очень значительным повышением.
В последние годы президентом АН СССР академиком Г. И. Марчуком была высказана гипотеза о том, что формирование погоды над европейской частью СССР во многом зависит от состояния океана в так называемых «зонах влияния» Атлантического океана, расположенных у берегов Центральной Америки и юго-восточных берегов США. Важнейшей характеристикой этого состояния является отличие температуры верхнего слоя океана от средних обычных значений для данного периода года. Упрощая, можно сказать, что аномалии температурного режима в «зонах влияния» проявляются с запаздыванием в 5–6 месяцев в аномалиях погоды в районах, удаленных на тысячи километров от этих зон.
Например, считается, что памятное многим лето 1972 г. было необычайно знойным на европейской территории СССР из-за того, что температура воды в Северной Атлантике, включая Норвежское и Баренцево моря, поднялась выше нормы.
Идеи академика Г. И. Марчука о наличии в океане особых, более активных в своем взаимодействии с атмосферой районов уже получили развитие в советской национальной программе «Разрезы». Планируется, что экспедиционные исследования по программе, начатые в 1981 г., продлятся не менее 10 лет. В мировой практике такой объемной программы, видимо, еще не было. Теоретические разработки по исследованиям в энергоактивных зонах океана получают серьезное подтверждение по результатам первых лет выполнения программы «Разрезы». Ученые пришли к выводу, что следует постоянно измерять уровень океана со спутников. Располагая такими данными, возможно узнать и изменение теплосодержания океана – фактический запас тепла. В настоящее время ученые большинства стран изучают эту проблему, моделируют ее.
Значит, опять мы приходим к необходимости широкого использования ИСЗ для замера на огромных просторах океана полей температуры и аномалий уровня. Ряд ученых считают, что именно спутниковые наблюдения позволят собрать необходимые данные для разработки математических моделей, которые дадут возможность надежно просчитывать на мощных ЭВМ краткосрочные прогнозы погоды.
Для того чтобы показать, какая это непростая задача – проводить измерения физических параметров водных масс с ИСЗ, – расскажем о проблеме «скин-слоя».
Оказывается, что определенную дистанционно с борта ИCЗ с помощью инфракрасных радиометрических измерений температуру поверхности океана нельзя отождествлять с температурой однородного поверхностного слоя воды. Природа и здесь показала свою сложность и изощренность.
У поверхности океана почти всегда расположен так называемый холодный «скин-слой» толщиной несколько миллиметров.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Однако построение карт по профилям дна, между которыми нужно было пролагать линии равных глубин – изобаты, зависело от умения картографа-геоморфолога или гидрографа создавать пространственное трехмерное изображение, базируясь на синтезе всей доступной геолого-геофизической информации. Понятно, что при этом карты рельефа океанского дна, служившие затем основой для всех других геологических и геофизических карт, содержали много субъективного, что особо проявлялось при их использовании для разработки гипотез происхождения дна морей и океанов.
Положение существенно изменилось с появлением многолучевых эхолотов. Они позволяют принимать отраженные дном звуковые сигналы, посланные эхолотом, в виде веера лучей; охватывающих полосу поверхности дна шириной, равной двум глубинам океана в точке измерения (до нескольких километров). Это не только намного повышает производительность исследований, но, что особенно важно для морской геологии, можно с помощью электронно-вычислительной техники тут же представлять трехмерное изображение рельефа на дисплее, а также графически. Таким образом, многолучевые эхолоты позволяют получать детальные батиметрические карты при сплошном площадном покрытии дна приборной съемкой, сводя долю субъективных представлений до минимума.
Первые же рейсы советских НИС, оснащенных многолучевыми эхолотами, сразу же показали преимущества новых приборов. Стало ясно их значение не только для выполнения фундаментальных работ по картографированию дна океанов, но и как средства активного управления исследовательскими работами в качестве приборов своего рода акустической навигации. Это дало возможность активно и с минимальными затратами времени выбирать места для геологических и геофизических станций, контролировать движение буксируемых над дном или по дну приборов, производить поиск морфологических объектов дна, например минимальных глубин над вершинами подводных гор, и т. п.
Особенно эффективным по реализации возможностей многолучевого эхолота был рейс НИС «Академик Николай Страхов», проведенный в период с 1 апреля по 5 августа 1988 г. в экваториальной Атлантике.
Исследования велись по полному комплексу геолого-геофизических работ, но главным было многолучевое эхолотирование. Для исследований был выбран экваториальный участок Срединно-Атлантического хребта в районе о. Сан-Паулу. Этот малоизученный район выделялся своей необычностью по сравнению с другими участками хребта: обнаруженные здесь магматические и осадочные породы неожиданно оказались необычайно древними. Предстояло выяснить, отличается ли этот участок хребта от других и по остальным своим характеристикам, а прежде всего – по рельефу. Но для решения этого вопроса необходимо было иметь чрезвычайно детальную картину подводного рельефа.
Такая задача и была поставлена перед экспедицией. В течение четырех месяцев велись исследования с интервалами между галсами не более 5 миль. Они охватили обширную область океана шириной с востока на запад до 700 миль и с севера на юг до 200 миль. В результате выполненных исследований стало очевидным, что экваториальный сегмент Срединно-Атлантического хребта, заключенный между разломами 4° на севере и о. Сан-Паулу на юге, действительно имеет аномальное строение. Обычные для остальных частей хребта (к северу и к югу от изучавшейся области) структура рельефа, отсутствие мощного осадочного покрова и характеристики магнитного поля пород оказались здесь характерными только для узкой осевой части сегмента шириной не более 60–80 миль, получившей название Петропавловского хребта.
А то, что считалось ранее склонами хребта, оказалось обширными плато с совершенно иным характером рельефа и магнитного поля, с мощным осадочным покровом. Так что, видимо, происхождение рельефа и геологическое строение плато являются совершенно иным, чем у Петропавловского хребта.
Значение полученных результатов может оказаться очень важным для разработки общих представлений о геологии дна Атлантического океана. Однако предстоит многое осмыслить и проверить. А для этого необходимы новые экспедиции, новые исследования.
Следует особо отметить оборудование для исследования водных масс, установленное на НИС «Арнольд Веймер» водоизмещением 2140 т. Это специализированное НИС построено финскими корабелами для АН ЭССР в 1984 г. и названо в честь видного государственного деятеля и ученого ЭССР президента АН ЭССР в 1959–1973 гг. Арнольда Веймера.
В числе судовых лабораторий – три физики моря (гидрохимическая, гидробиологическая, морской оптики), вычислительный центр и ряд других. Для проведения гидрофизических исследований на судне имеется комплект регистрирующих измерителей течения. Сигналы от них принимаются установленным на судне гидрофонным приемником и передаются в систему регистрации и обработки данных, а также записываются на магнитную ленту.
Для этой же цели служат свободно плавающие извещатели течения фирмы «Бентос» для регистрации значений параметров течения, сигналы от которых также принимаются судовым приемным устройством.
На судне установлена автоматизированная система отбора проб с различных горизонтов и замера гидрофизических и гидрохимических параметров с помощью исследовательских зондов с акустическими измерителями течения, датчиками содержания растворенного кислорода, концентрации водородных ионов (pH) и электропроводности.
Гидрохимическая лаборатория оснащена высокоточной аппаратурой, позволяющей проводить анализы проб морской воды и донных отложений на содержание микроэлементов. Для этой цели предназначены сложные и точные приборы: спектрофотометры различных систем (в том числе атомно-абсорбционный), флуоресцентный жидкостный хроматограф, полярографический анализатор, два автоматических химических анализатора и др.
У гидрохимической лаборатории расположена сквозная шахта в корпусе размером 600X600 мм. Из нее можно забирать морскую воду из-под судна и производить спуск приборов в воду при неблагоприятных метеоусловиях, не позволяющих использовать в этих Целях палубные устройства.
В оптической лаборатории имеются два флуорометра, двухлучевой спектрофотометр, оптический многоканальный анализатор и программируемый многоканальный анализатор. Такое оборудование позволяет ученым проводить широкий спектр исследований, связанных с изучением оптических свойств морской воды.
В гидробиологической лаборатории, помимо стандартных микроскопов, есть планктонный микроскоп «Олимпус», специальное оборудование для проведения исследований с помощью радиоактивных изотопов: сцинтиляционный счетчик и анализатор частиц.
Особый интерес представляет судовая автоматизированная система регистрации и обработки собранных научных данных. В ВЦ размещена мини-ЭВМ венгерского производства. Эта ЭВМ двухпроцессорной системы, то есть решение задач и обработка экспериментальных данных производится в ЭВМ параллельно по двум программам.
Для автоматизированной регистрации собранных экспериментальных данных, поступающих от многочисленных приборов и устройств, на судне смонтированы две кабельные системы. Первая – радиальная кабельная сеть для передачи данных из лабораторий и мест проведения измерений на главный коммутационный пульт.
На пульте можно подсоединить линии измерения к любому контакту и вывести поступающие сигналы на любую судовую ЭВМ. Распределительные коробки этой линии установлены во всех лабораториях и на рабочих площадках у лебедок. Вторая кабельная сеть – резервная для подключения новых приборов и устройств, которые будут установлены на судне в будущем.
Прекрасная система, а ведь эта сравнительно мощная и разветвленная система сбора и обработки данных с помощью ЭВМ так удачно размещена на небольшом среднетоннажном НИС.
НИС «Арнольд Веймер» по составу научного оборудования и возможностям проведения многоплановых исследований является образцовым для среднетоннажного НИС. При его постройке и оснащении состав научного оборудования был тщательно продуман учеными АН ЭССР, что значительно повысило эффективность проведения исследовательских работ после ввода судна в эксплуатацию.
Глава V
Космос и океан
И вот уже в космическом пространстве
Друг друга окликают корабли.
Я думаю о гордом постоянстве,
О мужестве сынов моей Земли!
Николай Рыленков
Спутник изучает океан
«Наука всегда продвигается вперед рывками. Ее передний край в каких-то точках разрывается узкими стрелами блестящих открытий, подчас далеко опережающих общий фронт научных поисков. «Точками роста» назвал их однажды выдающийся советский ученый А. Н. Несмеянов. По его мнению, эти «точки роста» проявляются там, где происходит взаимопроникновение наук.
Подобная картина наблюдается ныне на стыке наук об океане и космосе. Именно эти две среды стали теми природными лабораториями для постановки уникальных экспериментов и исследований, в ходе которых выявляются новые фундаментальные закономерности превращения материи, развития окружающей нас природы, воздействия Солнца, Луны, космических лучей на жизнь человека».
Эти слова президента АН СССР академика Г, И. Марчука объясняют, почему советские ученые в последние годы делают упор на расширение использования космических объектов для изучения океана. Теперь к традиционным средствам изучения: НИС, буйковым станциям, морским платформам и пр. добавились искусственные спутники Земли (ИСЗ).
Первые два десятка космических снимков земной поверхности и океана были сделаны еще летчиком-космонавтом СССР Германом Степановичем Титовым во время его суточного орбитального полета на корабле «Восток-2» 6–7 августа 1961 г. В последующем серьезные исследования океана из космоса велись с использованием автоматических ИСЗ серии «Космос», «Интеркосмос» и «Метеор», с борта пилотируемых орбитальных станций «Салют».
Можно сказать, что сейчас формируется новая наука – космическая океанология, которая базируется на бурно развивающихся в последнее время дистанционных методах измерения океанологических параметров.
Использование в качестве носителей исследовательской аппаратуры дистанционного изучения океана ИСЗ позволяет поднять исследования на новую качественную ступень, обеспечив быстрый обзор значительных площадей акваторий океанов и морей, большую продолжительность исследований, их качественно новую степень масштабности по сравнению с исследованиями с борта НИС.
Немаловажное значение имеет относительная дешевизна получения информации об океане с борта ИСЗ (если расходы подсчитать на единицу исследуемой площади). Вместе с тем результаты использования ИСЗ для этих целей в нашей стране и в США свидетельствуют о принципиальной и практической возможности обеспечения необходимой точности измерения океанологических параметров.
Какие же параметры измеряют дистанционно с космической орбиты? В первую очередь фиксируется все, что касается глобальной топографии поверхности океанов и морей, состояния водной поверхности, морских течений, параметров и направления распространения волн, температуры водной поверхности и радиационного баланса на ней.
Ряд ученых высказывают вполне обоснованные предположения, что в недалеком будущем удастся, регистрируя из космоса определенные характеристики поверхности океана, получать представление и о его глубинных структурах, так как между ними существуют непосредственные связи (пока еще не вполне ясные и установленные).
Один из основоположников спутниковой океанологии в СССР академик АН УССР Б. А. Нелепо так охарактеризовал методы этого нового научного направления: «Методы космической океанографии в своей основе – это методы крупномасштабных исследований, позволяющие осуществить оперативный обзор обширных акваторий, дающие общее представление о динамике происходящих процессов и поверхностном слое океана, а также получать количественные оценки гидрофизических параметров в высокоградиентных (высококонтрастных) зонах».
Спутниковая океанология сейчас делает как бы первые шаги, но в ближайшие 20–25 лет она, вероятно, станет существенным источником сведений об океане. В первую очередь это касается измерений из космоса характеристик процессов, отражающихся на поверхности океана: температуры водной поверхности, топографии теплых и холодных поверхностных течений, крупномасштабных изменений уровня океана, характеристик морского волнения, концентрации в поверхностных слоях мельчайших водорослей – фитопланктона, характеристик поверхностных пленок различного происхождения.
Фиксация из космоса характеристик поверхностных пленок поможет не только контролировать степень загрязненности океанских вод, но и прогнозировать размещение перспективных районов промысла. Установлено, что в местах сосредоточения косяков рыбы на поверхности океана появляются поверхностно-активные пленки, изменяющие состав спектрального излучения морской поверхности. Следовательно, научившись надежно фиксировать и идентифицировать эти изменения, можно отработать методику определения мест скопления рыбы.
Вот еще характерный пример использования спутниковой океанологической информации по поверхностным характеристикам океанских вод. Установлено, что характер распределения и изменения температуры верхнего слоя океана во многом определяет изменения погоды. При этом, учитывая большую теплоемкость воды по сравнению с теплоемкостью воздуха, охлаждение всего на 0,1 °C двухсотметрового слоя морской воды может вызвать нагревание атмосферы над ним до 8 °C, что является очень значительным повышением.
В последние годы президентом АН СССР академиком Г. И. Марчуком была высказана гипотеза о том, что формирование погоды над европейской частью СССР во многом зависит от состояния океана в так называемых «зонах влияния» Атлантического океана, расположенных у берегов Центральной Америки и юго-восточных берегов США. Важнейшей характеристикой этого состояния является отличие температуры верхнего слоя океана от средних обычных значений для данного периода года. Упрощая, можно сказать, что аномалии температурного режима в «зонах влияния» проявляются с запаздыванием в 5–6 месяцев в аномалиях погоды в районах, удаленных на тысячи километров от этих зон.
Например, считается, что памятное многим лето 1972 г. было необычайно знойным на европейской территории СССР из-за того, что температура воды в Северной Атлантике, включая Норвежское и Баренцево моря, поднялась выше нормы.
Идеи академика Г. И. Марчука о наличии в океане особых, более активных в своем взаимодействии с атмосферой районов уже получили развитие в советской национальной программе «Разрезы». Планируется, что экспедиционные исследования по программе, начатые в 1981 г., продлятся не менее 10 лет. В мировой практике такой объемной программы, видимо, еще не было. Теоретические разработки по исследованиям в энергоактивных зонах океана получают серьезное подтверждение по результатам первых лет выполнения программы «Разрезы». Ученые пришли к выводу, что следует постоянно измерять уровень океана со спутников. Располагая такими данными, возможно узнать и изменение теплосодержания океана – фактический запас тепла. В настоящее время ученые большинства стран изучают эту проблему, моделируют ее.
Значит, опять мы приходим к необходимости широкого использования ИСЗ для замера на огромных просторах океана полей температуры и аномалий уровня. Ряд ученых считают, что именно спутниковые наблюдения позволят собрать необходимые данные для разработки математических моделей, которые дадут возможность надежно просчитывать на мощных ЭВМ краткосрочные прогнозы погоды.
Для того чтобы показать, какая это непростая задача – проводить измерения физических параметров водных масс с ИСЗ, – расскажем о проблеме «скин-слоя».
Оказывается, что определенную дистанционно с борта ИCЗ с помощью инфракрасных радиометрических измерений температуру поверхности океана нельзя отождествлять с температурой однородного поверхностного слоя воды. Природа и здесь показала свою сложность и изощренность.
У поверхности океана почти всегда расположен так называемый холодный «скин-слой» толщиной несколько миллиметров.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24