Министерство науки и образования Украины
Таврический национальный университет
Им. В.И.Вернадского
Географический факультет
Кафедра физической географии и океанологии
Ю.Ф.БЕЗРУКОВ
ОКЕАНОЛОГИЯ
Физические явления и процессы в океане
Симферополь 2006
Предисловие
Введение
1. Предмет и задачи океанологии
2. Основные океанологические организации
2.1. Международные организации
2.2. Важнейшие национальные научные учреждения
3. История исследования Мирового океана
4. Географическая характеристика Мирового океана
4.1. Морфометрические характеристики и деление Мирового океана
4.2. Мировой океан как единый природный объект
4.3. Географическая характеристика Мирового океана
4.4. Строение океанической коры и основные элементы рельефа дна
5. Строение и химический состав морской воды
5.1. Молекулярное строение воды и ее аномалии
5.2. Химический состав морской воды
5.3. Соленость морской воды
5.4. Растворенные газы
6. Основные физические характеристики морской воды
6.1. Плотность, удельный вес и удельный объем.
Уравнение состояния морской воды
6.2. Давление и сжимаемость морской воды
6.3. Термические свойства морской воды
6.4. Диффузия и осмос
7. Турбулентное перемешивание в океане
7.1. Типы турбулентного перемешивания
7.2. Вязкость (или сила внутреннего трения)
7.3. Морская турбулентность
7.4. Элементы статистической теории турбулентности
7.5. Турбулентный обмен в океане
7.6. Устойчивость слоев в море
7.7. Конвективное перемешивание
8. Оптические свойства морской воды
8.1. Световое излучение
8.2. Радиационный баланс Земли и освещенность поверхности моря
8.3. Поглощение и рассеяние света в море
8.4. Прозрачность и цвет воды
8.4. Биолюминесценция и цветение моря
9. Акустические свойства морской воды
9.1. Скорость распространения звука
9.2. Поглощение и рассеяние звука в море. Реверберация
9.3. Рефракция звуковых лучей. Подводный звуковой канал
9.4. Биогидроакустика
10. Взаимодействие океана и атмосферы
10.1. Взаимосвязь процессов в океане и атмосфере
10.2. Изменчивость процессов в океане
10.3. Теплообмен в системе океан-атмосфера
10.3.1. Составляющие теплового баланса океана
10.4. Влагообмен в системе океан-атмосфера
10.5. Явления Эль Ниньо и Ла Нинья
10.6. Глобальное потепление: реальность и прогноз
11. Распределение температуры и солености
В Мировом океане
11.1. Распределение температуры
11.2. Распределение солености
12. Термохалинный анализ вод океана
12.1. Т,S-кривые
12.2. Смешение двух и трех водных масс
12.3. Смешение четырех водных масс
12.4. Аналитическая геометрия Т,S- кривых
12.5. Статистический Т,S- анализ
13. Водные массы Мирового океана
14. Фронтальные зоны и фронты в Мировом океане
15. Физико-географическое районирование Мирового океана
16. Морские льды
16.1. Классификация льдов
16.2. Соленость льда
16.3. Физические свойства льда
16.4. Механические свойства льда
16.5. Дрейф льдов
16.6. Распространение льдов в Мировом океане
17. Биологическая структура океана
17.1. Биологические зоны и провинции в океане
17.2. Морские гидробионты
17.3. Морская экосистема
17.4. Морской промысел
18. Природные ресурсы Мирового океана
Английская система мер
Суша занимает менее 30% поверхности нашей планеты. Остальная часть покрыта морями и океанами. С ними связаны десятки тайн и удивительных природных явлений. И, несмотря на то, что учёные успешно объяснили причины этих феноменов, они остаются великолепными произведениями природы, поражающими воображение людей. Давайте узнаем о 10 необычных и волнующих явлениях, связанных с Мировым океаном.
Айсберги далеко не всегда выглядят идеально белыми!
Не секрет, что температура воды в океане отличается на разных географических широтах. На экваторе поверхностный слой может прогреваться до +28°С и выше, в близких же к полюсам районам — не более, чем до +2°С. Поэтому крупные айсберги могут плавать в Арктике и Антарктике десятилетиями. И иногда они превращаются… в полосатые айсберги!
Полосатые айсберги образуются, когда вода сначала оттаивает, а после этого снова замерзает. В промежутке в неё попадают мелкие частицы грязи, минералы и т.д. После замерзания цвет свежего слоя айсберга отличается от других. Благодаря этому процессу на поверхности ледяной глыбы можно наблюдать множество разноцветных полосок. То есть не все айсберги белые или прозрачные, какими они изображены на картинках. На некоторых из них мы можем наблюдать удивительную игру цветов и оттенков. Причём чем старше айсберг, тем больше полос на нём присутствует. Глядя на них, может показаться, что сама природа умелой рукой украсила эти глыбы льда.
9. Водоворот
Водоворот — огромная воронка с нижней тягой, засасывающая всё, что оказывается поблизости
Слово «водоворот» будто нарочно предупреждает людей о том, что этого явления стоит опасаться. Интересно, что впервые оно было употреблено известным писателем Эдгаром Алланом По. Он охарактеризовал его как «разрушительное течение». На самом деле океанский водоворот - это мощнейшая воронка с нижней тягой, медленно, но уверенно засасывающая всё, что оказывается поблизости. Они бывают трёх типов - постоянные (существующие в одном и том же месте всегда), сезонные (вызывающиеся определёнными климатическими условиями) и эпизодические (возникающие, например, при землетрясениях).
В морях и океанах водовороты чаще всего вызываются столкновением приливных или отливных волн с встречными течениями. При этом вода в них может перемещаться со скоростью в сотни километров в час.
Это интересно: Ширина водоворотов иногда достигает 3-5 километров. Жертвами таких явлений могут стать не только маленькие яхты и рыболовецкие лодки, но и крупные лайнеры. Возможно, вы помните шокирующий случай, когда в 2011 году у берегов Японии в образовавшийся после землетрясения водоворот затянуло судно с сотней пассажиров на борту.
Раньше люди верили в легенды, утверждающие, что водовороты непременно утянут их на самое дно океана. Но учёные развенчали подобные мифы.
8. Красный прилив
Самый большой Красный прилив можно наблюдать во Флоридском заливе
Волны насыщенных ярко-красных и оранжевых оттенков - удивительно красивое природное явление. Но наслаждаться красными приливами слишком часто вредно для здоровья, ведь они таят в себе немалую опасность.
Цветение морских водорослей (из-за которого вода и окрашивается в алый оттенок) может происходить настолько интенсивно, что растения начинают вырабатывать всевозможные токсины и химикаты. Часть их растворяется в воде, часть попадает в воздух. Токсины наносят вред представителям водной флоры и фауны, морским птицам и даже людям.
Самый большой Красный прилив на планете ежегодно наблюдается у побережья залива Флориды в июне-июле.
7. Брайникл (солёная сосулька)
Брайникл распускает по дну моря ледяную сеть, выбраться из которой не сможет ни одно живое существо
Удивительное произведение природы - солёная сосулька, представляет собой нечто невообразимое. Когда брайникл окончательно сформирован, он выглядит примерно как опущенный в воду кристалл. Солёные сосульки образуются, когда вода, образовавшаяся в процессе таяния льда, просачивается в море. Учитывая, что для образования солёных сосулек нужны очень низкие температуры воздуха и воды, их можно наблюдать только в холодных водах Арктики и у берегов Антарктиды.
Это интересно: Брайниклы таят в себе большую опасность для флоры и фауны океана. В момент соприкосновения с ними морские звёзды, рыбы и даже водоросли или примораживаются и замерзают, или получают значительные порезы.
Общепризнанная модель формирования брайниклов была описана океанографом Силье Мартином ещё в 1974 году. Более 30 лет свидетелями этого яркого океанического представления могли стать только учёные. Но в 2011 году процесс формирования морской сосульки был снят на видео оператором BBC.
Поток солёной воды, вытекающей из ледяной глыбы, настолько холодный, что окружающая его жидкость почти моментально замерзает. Через считанные секунды после того, как брайникл оказывается в океане, вокруг него образовывается хрупкая броня, состоящая из пористого льда. При достижении критической массы сосулька обрушивается на дно. Затем она начинает распускать свои холодные сети дальше. Любое попавшее в них животное обречено на гибель. На глазах у операторов «сосулька-убийца» за 3 часа проросла на несколько метров и достигла океанского дна. После этого за каких-то 15 минут брайникл уничтожил всех морских обитателей, находившихся в радиусе четырёх метров.
6. Самая длинная на Земле волна
Бразильцы называют процесс образования самой длинной волны Поророка
Погодные условия оказывают огромное влияние на воды океана. Неудивительно, что некоторые природные явления можно наблюдать лишь в определённый сезон при сочетании множества способствующих им факторов.
Так, самую длинную на планете волну можно увидеть в Бразилии не чаще 2 раз в году. В конце февраля, а затем в начале марта огромный объём воды из Атлантического океана поднимается вверх по устью реки Амазонка. При столкновении течения реки с приливными силами океана образуется самая длинная на Земле волна. В Бразилии это явление называют Поророка. Высота волн, образующихся в ходе этого явления, иногда достигает 3,5-4 метров. А услышать шум волны можно за полчаса до того, как она с грохотом обрушится на берег. Иногда Поророка разрушает прибрежные дома или вырывает деревья с корнями.
5. Морозные цветы
Тысячи удивительных морозных цветов в арктических водах
О существовании этих нежных, очаровательных цветов знают немногие. Морозные цветы образуются достаточно редко - только на молодом льду в холодной морской воде. Их формирование происходит при низкой температуре в безветренную погоду. Диаметр подобных образований обычно не превышает четырёх сантиметров, выглядят же они как хрустальные копии настоящих цветов. В них содержится много соли, этим и объясняется кристаллизованный вид морозных цветов.
Это интересно: Если на каком-то небольшом участке моря образуются миллионы подобных цветов, они начинают «выпускать» соль в воздух!
Море способно не только создавать условия для жизни и поддерживать её. Оно и само меняется, подобно живому организму. А морозные цветы - пример одного из самых красивых предметов искусства, созданных Мировым океаном.
4. Волны-убийцы
Блуждающие волны-убийцы могут достигать высоты в 25 метров и больше. Причины их образования достоверно неизвестны
Как правило, определить момент образования волны не составляет труда. Но существуют так называемые волны-убийцы, которые, по сути, появляются из ниоткуда и не проявляют никаких признаков своего приближения.
Это интересно: Обычно волны-убийцы встречаются в открытом океане далеко от суши. Они могут появляться даже в ясную погоду при отсутствии сильного ветра. Причины до сих пор не установлены. Их размеры просто колоссальны. Высота блуждающих волн-убийц может достигать 30 метров, а иногда и больше!
Долгое время учёные считали блуждающие волны вымыслом моряков, ведь они не укладывались ни в какие существовавшие математические модели возникновения и поведения волн. Дело в том, что с точки зрения классической океанологии волна высотой более 20,7 метров не может существовать в земных условиях. Не хватало и достоверных свидетельств их существования. Но 1 января 1995 года на норвежской нефтяной платформе «Дропнер», расположенной в Северном море, приборы зафиксировали волну высотой в 25,6 метра. Её назвали волной Дропнера. Вскоре начались исследования в рамках проекта MaxWave. Специалисты вели мониторинг водной поверхности Земли с помощью двух радарных спутников, запущенных Европейским космическим агентством. Всего за 3 недели в океанах было зафиксировано 10 одиночных блуждающих волн высотой более 25 метров.
После этого учёные были вынуждены по-новому взглянуть на случаи гибели огромных судов - контейнеровозов и супертанкеров. Волны-убийцы были включены в число вероятных причин этих катастроф. Позднее было доказано, что в 1980 году 300-метровый английский сухогруз «Дербишир» затонул у берегов Японии после столкновения с гигантской волной, пробившей грузовой люк и залившей трюмы. Тогда погибло 44 человека.
Волны-убийцы - ночной кошмар моряков, фигурирующий во многих рассказах и легендах. В них скрывается что-то загадочное и зловещее. Кажется невероятным, что предсказать появление такой стены воды практически невозможно. Мысль о волнах-убийцах определённо заставит вас пересмотреть своё отношение к океану. Вряд ли вы продолжите полагать, что в спокойную погоду можно заплыть на катере или яхте далеко от берега, не опасаясь за свою жизнь.
3. Место встречи Балтийского моря с Северным
Слева — Северное море, справа — Балтийское. Удивительно, но их воды не смешиваются
В датской провинции Скаген можно наблюдать удивительное явление, ранее вызывавшее немало споров среди учёных. В живописном месте встречаются 2 соседних моря - Балтийское и Северное. Удивительно, но они не смешиваются, словно будучи разделёнными невидимой стеной. Цвет воды в каждом море отличается, это позволяет визуально определить границу между ними.
По мнению океанологов, показатели плотности морских вод отличаются, как и их солёность (у Северного моря она в 1,5 раза выше). Из-за этого каждое море остаётся по свою сторону «водораздела», не смешиваясь с соседним и не уступая ему. Кроме состава воды, граница выражена настолько ярко благодаря противоположным течениям в двух проливах. Набегая друг на друга, они образуют сталкивающиеся волны.
Интересно, что встреча Северного моря с Балтийским упоминается в религиозной литературе - в «Коране». Непонятно только, как древние мусульмане добрались к территории современной Дании, чтобы повидать это фантастическое зрелище.
2. Биолюминесценция
Свечение океана в прибрежных водах — фантастическое зрелище
Биолюминесценция воды - явление, потрясающе выглядящее на фотографиях и ещё эффектнее в реальности. Свечение океана обусловлено простейшими водорослями - динофлагеллятами, составляющими большую часть планктона.
Крошечная молекула - субстрат люциферин, окисляется под воздействием фермента люциферазы и кислорода. Высвобождаемая энергия не превращается в тепловую, а возбуждает молекулы вещества, которое испускает фотоны. Типом люциферина определяется частота света, то есть цвет свечения.
Лучше всего наблюдать свечение океана во время размножения одноклеточных водорослей (обычно - не более 3 недель в году). Крошечных огоньков становится так много, что морская вода становится похожей на молоко, правда, окрашенное в ярко-голубой цвет. Впрочем, любоваться биолюминесценцией моря или океана следует осторожно: многие водоросли вырабатывают опасные для здоровья человека токсины. Поэтому в период их размножения и наибольшей интенсивности свечения наблюдать за ярким приливом всё же будет лучше, находясь на берегу. И обязательно в ночное время! Может показаться, что под водой скрыты огромные прожекторы, освещающие её из глубины.
1. Феномен Молочного моря
Свечение океана, вызванное явлением биолюминесценции, иногда можно заметить даже из космоса!
Феномен Молочного моря наблюдается в Индийском океане, и это - одно из проявлений процесса биолюминесценции.
Это интересно: В определённых зонах океана создаются идеальные условия для размножения бактерий. Тогда огромные объёмы солёной воды начинают светиться и окрашиваются светло-голубыми огоньками. Иногда бактериями освещаются такие большие участки воды, что их можно легко заметить даже из космоса. Такое зрелище никого не оставит равнодушным!
Это явление наблюдается уже не первое столетие. Свечение воды часто наблюдалось моряками в древности, оно заставляло их восторженно вглядываться в глубины океана. Однако если раньше люди не могли найти объяснения этому феномену, то в наше время о его природе известно всё. Но это не мешает свечению воды оставаться фантастическим зрелищем.
Подобные явления показывают всю красоту и разнообразие величественного Мирового океана. Наблюдая за ними, невольно ловишь себя на мысли, что человеческая цивилизация, насколько бы развитой она ни была, не сможет создать ничего подобного! Ведь люди - лишь временные гости на этой удивительной планете. И мы должны не разрушить, а сохранить всё великолепие природы для грядущих поколений.
Вспоминаем: Что такое Мировой океан? На какие части он подразделяется? Каковы основные формы океанического дна? Как изменяется температура океанских вод? Каковы виды движения вод в океане? Под воздействием каких причин образуются морские волны, цунами, океанские течения, приливы и отливы? В чем особенности морских растений и животных и как они распределяются в океане? Какие богатства Мирового океана используются человеком? Каково отрицательное воздействие человека на океан? Как бороться с загрязнением вод Мирового океана?
Ключевые слова: экспедиционные суда, дрейфующие станции, подводные аппараты, искусственные спутники и космические корабли.
1. Изучение океана в прошлом. Океан всегда поражал человека своими просторами, мощью, загадочными далями. Древние люди пытались по-своему объяснить непонятные явления в океане. В их воображении возникали не природные процессы, а морские духи, а затем и божества. У древних греков это были Посейдон, а у римлян – Нептун.
В настоящее время моряки всех стран не забывают о своем покровителе Нептуне и устраивают в честь его праздник.
Если на суше осталось не так уж много неизведанных территорий, то в глубинах океана и сейчас немало неизведанного и даже загадочного. Раньше всего люди познакомились с тем, что происходит на поверхности океана и в прибрежных, неглубоких его частях.
Первыми исследователями океана были ныряльщики за жемчугом и морскими губками. Ныряли они безо всяких приспособлений и могли находиться под водой всего несколько минут.
2. Современные исследования Мирового океана. Прошло немало времени, прежде чем у исследователей появились тяжелые жесткие костюмы - скафандры, соединенные шлангом и тросом с кораблем. В сороковые годы XX века Ж.И.Кусто изобрел акваланг. Это открыло дорогу для исследования морских глубин широкому кругу людей: археологам, геологам, океанологам, спортсменам-подводникам (рис. 110).
Несмотря на опасности, подстерегающие исследователей в океане, изучение его не прекращается.
Исследование океана осуществляется с помощью специальных экспедиционных судов, дрейфующих станций, искусственных спутников Земли, подводных аппаратов. Один из них – батискаф – называют подводным дирижаблем (рис. 111).
Рис. 111. Батискаф
На батискафе "Триест" в 1960 году швейцарский ученый Жак Пикар с помощником спустились в Марианский желоб на глубину около 10 500 м. Иногда на глубине 10-20 метров устанавливают подводные дома - лаборатории.
Важная роль в изучении океанов и морей принадлежит искусственным спутникам Земли и космическим кораблям. Со спутников, например, изучают морские течения, ведут наблюдения за теплым течением Гольфстрим, морскими волнами и льдами.
Океан изучается всесторонне. Выясняются свойства воды, ее движение на разных глубинах, особенности морских организмов и их распространение, измеряются глубины, берутся и исследуются образцы донных осадков.
При необходимости изучения больших участков океана ученые разных стран объединяют свои усилия. В таких исследованиях участвуют десятки специальных судов, самолеты, подводные аппараты, искусственные спутники Земли.
Результаты исследований имеют большое значение для судоходства, рыболовства, поисков полезных ископаемых и их добычи.
1. Как изучают Мировой океан? 2. Какую роль в исследовании океанов играют искусственные спутники Земли и космические корабли? 3. Почему необходимо изучать океан? 4* Знаете ли вы, когда проводится праздник Нептуна и каким ритуалом он сопровождается?
ДИДАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
«ГЕОГРАФИЯ. НАЧАЛЬНЫЙ КУРС. 5 КЛАСС»
Карточки для индивидуальной работы по теме «Что изучает география»
№ параграфа и тема
№ карточек
Мир, в котором мы живём
1 – 6
Науки о природе
7 – 14
География – наука о Земле
15 – 20
Методы географических исследований
21 – 23
Карточка № 1
Что называют явлениями природы?
Как называют явления, происходящие в неживой природе?
Карточка № 2
Что такое природа?
Что составляет мир неживой природы Земли?
Приведите примеры биологических явлений в природе.
Карточка № 3
Что составляет мир живой природы Земли?
Как называют явления, происходящие в живой природе?
Приведите примеры физических явлений в природе.
Карточка № 4
Задание: Перепиши текст, вставляя нужное по смыслу слово.
Земля – уникальная планета: из всех планет Солнечной … только на ней существует … Всё многообразие живых организмов, включая человека, составляет мир … природы. Мир … природы – это моря и океаны, равнины и горы, полезные ископаемые и воздух. Процессы, происходящие в природе и изменяющие её, - … природы – делят на … и … Некоторые явления действуют разрушительно на живую и неживую природу. Огромное влияние на изменение облика Земли оказывает … Нередко по его вине происходят … катастрофы, от которых страдают люди и другие живые организмы, а также почва, вода, воздух.
Карточка № 5
Как человек влияет на изменение облика Земли? Приведите примеры изменения природы человеком в нашей местности.
Карточка № 6: ДА или НЕТ?
Мы живём на планете Земля?
Учёным удалось обнаружить жизнь на нескольких планетах?
Всё многообразие живых организмов, включая человека, составляет мир живой природы?
Ручейки, озёра, океаны, горы и равнины, недра Земли с полезными ископаемыми, воздушное пространство - всё это составляет мир неживой природы?
Живая и неживая природа существует в тесной взаимосвязи?
В почве нет живых организмов?
На поверхности почвы идёт активная жизнь: почвенные животные перерабатывают отмершие растительные остатки и затаскивают их в почву.
В водоёме нет жизни.
Всюду есть жизнь и даже на камнях.
Объекты неживой природы не являются средой обитания живых организмов.
Процессы, происходящие в природе и изменяющие её, называют явлениями природы?
Физические явления происходят в неживой природе?
Биологические явления происходят в живой природе?
Изменение окраски меха, например, у лисы это физическое явление природы.
Изменение окраски листьев у деревьев это физическое явление природы.
Листопад у деревьев это биологическое явление природы.
Дождь, гроза, снег, ветер это биологические явления природы.
Смена времён года, смена дня и ночи – это биологическое явление.
Человек не влияет на изменение облика нашей планеты.
Пожары, взрывы газа, выбросы в воздух радиоактивных веществ, утечка нефти и ядовитых отходов производства – это техногенные катастрофы.
В результате техногенных катастроф не погибают люди и животные.
В результате техногенных катастроф не загрязняется почва, вода, воздух.
Карточка № 7
Как в старину называли природу?
Астрономия – это наука …
Экология – это наука …
Карточка № 8
Перечислите науки о природе.
Вещество – это …
Карточка № 9
Что изучают естественные науки?
Тело - …
Вещество – это…
Карточка № 10
Физика – это наука …
Химия – это наука …
География – это наука…
Карточка № 11
Почему науки о природе получили общее название естественные науки?
Биология – это наука …
География – это наука …
Карточка № 12
Что такое тела, вещества и явления природы?
Карточка № 13
Установи соответствие между понятием и определением
Понятие
Определение
Астрономия
А – наука о веществах и их превращениях
Физика
Б – «землеописание»
Химия
В – наука о небесных телах
География
Г – наука о живой природе
Биология
Д – наука о взаимоотношениях организмов между собой и с окружающей их средой, о взаимодействии человека и природы
Экология
Е – наука, изучающая разнообразные явления природы
1
2
3
4
5
6
Карточка № 14
Дайте определение понятий:
а) естественные науки – это …
б) астрономия – это …
в) физика - …
г) химия - …
д) география - …
е) биология - …
з) экология - …
Карточка № 15
География – это …
Назовите два основных раздела географии.
Назовите, какая из географических наук изучает население Земли.
Карточка № 16
Что такое география?
Что изучает физическая география?
Что изучает социально-экономическая география?
Карточка № 17
Назови, какая из географических наук изучает процессы, происходящие в Мировом океане.
Назови, какая из географических наук изучает процессы, происходящие в грунтах, на которых возводятся сооружения.
Назови, какая из географических наук изучает влияние особенностей территории на состояние здоровья населения.
Карточка № 18
Назови, какая из географических наук изучает климаты Земли.
Назови, какая из географических наук изучает состав и строение земной коры.
Назови, какая из географических наук изучает рельеф земной поверхности.
Карточка № 19
Перепиши текст, вставляя пропущенные слова:
Современная география образует группу взаимосвязанных наук, количество которых постоянно увеличивается. Выделяют два основных раздела: … географию … географию. К физико-географическим относят …, …, … и другие. Второй раздел также объединяет множество наук: …, …, … и др.
Карточка № 20
Установи соответствие
«Семья» географических наук
Определение
Геоморфология
Демография
Биогеография
Медицинская география
Историческая география
Инженерная география
Военная география
Картография
Геология
Климатология
Океанология
А) Наука о процессах, происходящих в грунтах, на которых возводятся сооружения
Б) Наука о распространении и распределении живых организмов по земному шару
В) Это география территорий на определённом этапе их развития
Г) Наука о населении, его количестве, условиях жизни
Д) Наука о природных процессах, происходящих в Мировом океане
Е) Наука о влиянии особенностей территорий на состояние здоровья проживающего там населения
Ж) Наука об истории возникновения, составе и строении земной коры образовании и размещении в ней полезных ископаемых
З) Наука о климатах земного шара
И) Наука о рельефе земной поверхности
К) Наука о создании и использовании различных карт
Л) Наука о применении географических объектов в военном деле
Карточка № 21
География - …
Метод – это…
Как и все науки, география обладает специальными методами исследований. Перечислите их.
Карточка № 22
Самый большой материк - …
Самый маленький материк - …
Самый большой океан - …
Самый маленький океан - …
Чего на Земле больше по площади – суши или воды?
Карточка № 23
Установи соответствие
Метод
Географическое описание
А) Один из важнейших в географии. Наблюдения и снимки с самолётов, спутников, космических станций позволяют составить очень точные карты, находить новые месторождения полезных ископаемых, следить за погодой и т.д.
Картографический метод
Б) Сейчас этим методом широко пользуются участники полевых исследований и экспедиций, изучающих рельеф, Мировой океан, атмосферу Земли, а также Арктику и Антарктиду
Сравнительно-географический метод
В) Используют для анализа статистических данных – количественных и качественных.
Аэрокосмический метод
Г) Представляет собой применение карт для научного и практического познания изображённых на них объектов и явлений.
Статистический метод
Д) Один из старейших в географии. Он позволяет с помощью сравнения выявлять общее и особенное в географических объектах, явлениях, процессов.
ИСТОРИЯ, СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ
В истории исследования океанов и становлении океанологии можно выделить несколько периодов. Первый период исследований от древнейших времен до эпохи Великих географических открытий связан с открытиями египтян, финикийцев жителей острова Крит и их приемников. Они имели неплохое представление о ветрах, течениях и берегах известных им акваторий. Первое, исторически доказанное плавание египтяне, осуществили по Красному морю от Суэцкого залива до Аденского залива, открыв при этом Баб-эль-Мандебский пролив.
Финикийские полукупцы-полупираты плавали далеко от своих родных портов. Подобно всем мореплавателям древности они никогда по собственному желанию не удалялись от берега за пределы его видимости, не плавали зимой и ночью. Основной целью их путешествий была добыча металла и охота за рабами для Египта и Вавилонии, но одновременно они способствовали распространению географических знаний об океане. Основным объектом их исследований во II тысячелетии до нашей эры было Средиземное море. Кроме этого они плавали через Аравийское море и Индийский океан на Восток, где, минуя Малаккский пролив, возможно, достигали Тихого океана. В 609-595 годах до нашей эры финикийцы на галерах пересекли Красное море, обогнули всю Африку и вернулись в Средиземное море через Гибралтарский пролив.
Открытие Индийского океана связано с мореходами древнейшей хараппской цивилизации существовавшей в бассейне Инда в III-II тысячелетии до нашей эры. Для навигационных целей они использовали птиц и имели четкое представление о муссонах. Первыми освоили прибрежное судоходство по Аравийскому морю и Оманскому заливу, открыли Ормузский пролив. В дальнейшем древние индийцы, совершали плавания по Бенгальскому заливу, в VII веке до нашей эры проникли в Южно-Китайское море и открыли Индокитайский полуостров. В конце I тысячелетия до нашей эры они располагали огромным флотом, достигли значительных успехов в науке кораблевождения и открыли Малайских архипелаг, Лаккадивские, Мальдивские, Андаманские, Никобарские и другие острова в Индийском океане. Пути морских путешествий древних китайцев пролегали в основном по акваториям Южно-Китайского, Восточно-Китайского и Желтого морей.
Из древних мореплавателей Европы следует отметить критян, которые в XV?-XV веках до нашей эры первые проникли через Мраморное море и Босфор в Черное море (Понт), стали первооткрывателями значительной части Южной Европы.
В античные времена значительно расширился географический кругозор. Существенно возросла площадь известных земель и акваторий. Удивительных успехов добилась географическая наука. Уроженец Массалии Пифей в середине?V века до нашей эры совершал плавания в Северную Атлантику, где впервые исследовал явления прилива и отлива, открыл Британские острова и Исландию. Аристотель высказал мысль о единстве Мирового океана, а Посидоний развил эту идею и четко изложил теорию единого океана. Античные ученые много знали о географии Мирового океана, имели достаточно подробное описание его природы и карты с промерами глубин.
В середине VI века далеко на север и запад Северной Атлантики плавали ирландские монахи. Торговля их не интересовала. Они были движимы благочестивыми побуждениями, жаждой приключений и стремлением к уединению. Они еще до скандинавов побывали в Исландии и видимо достигали в своих странствиях острова Гренландия и восточного побережья Северной Америки. В открытии, часто вторичном, после древних ирландцев, и освоении Северной Атлантики в VII–X веках значительную роль сыграли норманны. Основным занятием древних норманнов были скотоводство и морские промыслы. В поисках рыбы и морского зверя они совершали дальние плавания по северным морям. Кроме того, они отправлялись за моря для торговли в страны Европы, совмещая ее с пиратством и работорговлей. Норманны плавали по Балтийскому и Средиземному морям. Уроженец Норвегии Эйрик Торвальдсон (Эйрик Рауди), поселившийся в Исландии, в 981 году открыл Гренландию. Его сыну Лейфу Ейриксону (Лейфу Счастливому) приписывают открытие Баффинова залива, Лабрадора и Ньюфаундленда. В результате морских экспедиций норманны также открыли море Баффина, Гудзонов залив положили начало открытию Канадского Арктического архипелага.
В Индийском океане во второй половине XV века господствовали арабские мореплаватели. Они плавали по Красному и Аравийскому морям, Бенгальскому заливу и морям Юго-Восточной Азии вплоть до острова Тимор. Потомственный арабский навигатор Ибн Маджид в 1462 году создал “Хавийат ал-ихтисар...” (“Собрание итогов о главных принципах знания о море”), а в 1490 закончил поэму “Китаб ал-фаваид...” (“Книга польз об основах и правилах морской науки”). В этих навигационных работах содержалась информация о берегах Индийского океана, его краевых морях и крупнейших островах.
В XII - XIII веках русские промышленники-поморы в поисках морского зверя и “рыбьего зуба” осваивали моря Серного Ледовитого океана. Они открыли архипелаг Шпицберген (Груманд) и Карское море.
В XV веке одной из сильнейших морских держав была Португалия. В это время в Средиземном море каталонцы, генуэзцы и венецианцы монополизировали все торговлю Европы с Индией. На Северном и Балтийском морях господствовал Генуэзский союз. Поэтому португальцы осуществляли свою морскую экспансию главным образом в южном направлении, вдоль побережья Африки. Они исследовали западные и южные берега Африки, открыли острова Зеленого Мыса, Азорские, Канарские и ряд других. В 1488 году Бартоломеу Диаш открыл мыс Доброй Надежды.
Второй период изучения Мирового океана связан с эпохой Великих географических открытий, хронологические рамки, которой ограничены серединой ХV и ХVII веков. Значительные географические открытия стали возможны благодаря успехам науки и техники: созданию достаточно надежных для океанического плавания парусных судов, усовершенствованию компаса и морских карт, формированию представлений о шарообразности Земли и т. д.
Одним из важнейших событий этого периода было открытие Америки в результате экспедиций Христофора Колумба (1492-1504 гг.). Оно заставило пересмотреть существовавшие до тех пор взгляды на распределение суши и моря. В Атлантическом океане довольно точно было установлено расстояние от берегов Европы до Карибского бассейна, измерена скорость Северного пассатного течения, сделаны первые промеры глубин, взяты пробы грунта, впервые описаны тропические ураганы, установлены аномалии магнитного склонения у Бермудских островов. В 1952 году в Испании была издана первая батиметрическая карта с обозначением рифов, банок и мелководья. В это время было открыто Бразильское, Гвианское течение и Гольфстрим.
В Тихом океане, в связи с интенсивными поисками новых земель, был собран большой фактический материал о природе океана, в основном навигационного характера. Но военные походы, торговые мореплавания этого периода приносили и собственно научные сведения. Так Ф. Магеллан во время первого кругосветного плавания (1519-1522 гг.) пытался измерить глубину Тихого океана.
В 1497-1498 годах португалец Васко-да-Гама открыл морской путь в Индию вдоль западного побережья Африки. Вслед за португальцами, в Индийский океан устремились голландские, французские, испанские и английские мореплаватели, охватывая своими плаваниями разные его части.
Главной целью плаваний в Северном Ледовитом океане открытие новых земель и путей сообщения. В то время русские, английские и голландские мореходы пытались достичь Северного полюса, пройти Северо-Восточным путем вдоль берегов Азии и Северо-Западным – вдоль берегов Северной Америки. Они, как правило, не имели четких планов, практики плавания во льдах и соответствующего для полярных широт снаряжения. Поэтому их усилия не дали желаемых результатов. Экспедиции Г. Торна (1527 г.), Х. Уиллоби (1553 г.), В. Баренца (1594-96 гг.), Г. Гудзона (1657 г.) закончились полной неудачей. В начале ХVII века У. Баффин, пытаясь найти Северо-Западный проход, проплыл вдоль западного побережья Гренландии до 77° 30" с. ш. и открыл устья проливов Ланкостер и Смит, остров Элсмир и Девон. Льды не позволили ему проникнуть в проливы, и Баффин сделал вывод, что прохода нет.
Значительный вклад в изучение Северо-Восточного прохода внесли русские исследователи. В 1648 году С. Дежнев впервые прошел проливом, соединяющим Северный Ледовитый и Тихий океаны, получивший позднее название Берингова. Однако докладная грамота С. Дежнева затерялась в Якутских архивах на 88 лет и стала известна только после его смерти.
Великие географические открытия оказали больное влияние на развитие географических знаний. Но, в рассматриваемую эпоху, они совершались в основном людьми, имевшими к науке весьма отдаленное отношение. Поэтому процесс накопления знаний шел весьма сложно. В 1650 году выдающийся ученый того времени Бернхард Варениус написал книгу “Всеобщая география”, где обобщил все новые знания о Земле, уделив значительное внимание океанам и морям.
Третий период исследования океанов охватывает вторую половину XVII века и весь XVIII век. Отличительными особенностями этого времени были колониальная экспансия, борьба за рынки сбыта и господство на морях. Благодаря строительству надежных парусников, усовершенствованию навигационных приборов, морские путешествия стали менее тяжелыми и относительно быстрыми. С начала XVIII века постепенно меняется уровень экспедиционных работ. Начинают преобладать путешествия, результаты которых имеют научное значение. Некоторые географические открытия этого периода явились событиями всемирно-исторического значения. Была установлена береговая линия Северной Азии, открыта Северо-Западная Америка, выявлено все восточное побережье Австралии, обнаружены многочисленные острова в Океании. Пространственный кругозор европейских народов значительно расширился благодаря литературе путешествий. Путевым дневникам, судовым журналам, письмам, отчетам, запискам, очеркам и другим сочинениям, составленным как самими путешественниками и мореплавателями, так и иными лицами с их слов или по их материалам.
В Северном Ледовитом океане продолжалось морское соперничество между Россией и Англией в открытии Северо-Западного и Северо-Восточного проходов. С XVII по XIX век англичане организовали около 60 экспедиций, часть результатов которых так и не стала достоянием ученых и мореплавателей.
Одной из наиболее значимых российских экспедиций этого периода была Великая Северная экспедиция (1733-1742 гг.) под руководством В. Беринга. В результате этой экспедиции был пересечен Берингов пролив до берегов Северной Америки, нанесены на карту Курильские острова, описаны евроазиатские берега Северного Ледовитого океана и установление возможности плавания вдоль них и т. д. В честь В. Беринга названы море, остров, мыс и пролив. Имена других участников экспедиции носят мыс Чирикова, море Лаптева, мыс Челюскина, берег Прончищева, пролив Малыгина и т. д.
Первая высокоширотная российская экспедиция в Северный Ледовитый океан была организована в 1764-1766 годах по инициативе М. В. Ломоносова. Во время этой экспедиции под руководством В. Я. Чичагова была достигнута широта 80° 30" с.ш., получен интереснейший материал о природных условиях Гренландского моря, архипелага Шпицберген, обобщены сведения об условиях и специфике мореплавания в ледовых условиях.
В 60-х годах XVIII века разгорелось англо-французское соперничество на океанах. На поиски Южного материка и новых островов одна за другой направляются кругосветные экспедиции Д. Байрона (1764-1767 гг.), С. Уоллиса (1766-1768 гг.), Ф. Картера (1767-1769 гг.), А. Бугенвиля (1766-1769 гг.) и др. Большой вклад в летопись территориальных открытий внес английский мореплаватель Д. Кук, совершивший три кругосветных путешествия (1768-1771гг., 1772-1775 гг., 1776-1780 гг.). Одной из основных задач его экспедиций был поиск Южного материка. Он трижды пересекал полярный круг, был убежден, что Южный материк существует в районе полюса, но не смог его обнаружить. В результате экспедиций Кук установил, что Новая Зеландия является двойным островом, открыл восточное побережье Австралии, Южные Сандвичевы, Новую Каледонию, Гавайские и другие острова.
Несмотря на большое количество экспедиций и плаваний, к началу XIX века многие географические проблемы не были разрешены. Не открыт Южный материк, не выявлено арктическое побережье Северной Америки и Канадский Арктический архипелаг, было очень мало данных о глубинах, рельефе и течениях Мирового океана.
Четвертый период изучения океанов охватывает XIX век и первую половину XX века. Он характеризуется усилением колониальной экспансии и колониальными войнами, ожесточенной борьбой за рынки сбыта промышленной продукции и источники сырья, значительными межконтинентальными миграциями населения из Европы в другие части света. Географические открытия и исследования в XIX – первой половине XX века совершались в более благоприятных условиях, чем в предшествующие периоды. В связи с развитием кораблестроения, новые суда имели улучшенные мореходные качества и обеспечивали большую безопасность плавания. С 20-х годов ХIХ столетия на смену парусникам пришли парусные суда с паровой машиной в качестве дополнительного движителя, а затем пароходы со вспомогательным парусным вооружением. Внедрение с 40-х годов ХIХ века гребного винта и строительство кораблей с железным, а затем и стальным корпусом, использование с конца столетия двигателя внутреннего сгорания значительно ускорили и облегчили исследовательские работы, заметно уменьшив, влияние на них погодных условий. Качественно новый этап в судовождении начался после изобретения радио (1895 г.), создания в начале ХХ века гирокомпаса и механического лага. Условия жизни и работы в дальних морских походах намного улучшились благодаря достижениям техники и медицины. Появились спички, был налажен промышленный выпуск консервов и лекарств, усовершенствовано огнестрельное оружие, изобретена фотография.
Часть географических открытий этого периода имела всемирно-историческое значение. Был обнаружен шестой континент планеты – Антарктида. Прослежено все арктическое побережье Северной Америки, завершено открытие Канадского Арктического архипелага, установлены истинные размеры и конфигурация Гренландии, полностью выявлено побережье Австралийского материка. Литература о плаваниях и путешествиях в Х?Х веке становится практически необозримой. Из нее, наиболее важными источниками новых географических сведений, были отчеты кругосветных и полярных мореплавателей, труды географов и натуралистов.
Примерно с середины Х?Х века резко возросло значение коллективных исследований организованных национальными академиями, различными музеями, разведывательными службами, многочисленными научными обществами, институтами и отдельными лицами. Неизмеримо раздвинулись пределы человеческой деятельности, все моря и океаны превратились в объекты планомерного изучения экспедициями, в которых осуществлялись общегеографические и специальные океанологические исследования.
В начале Х?Х века во время кругосветного плавания под руководством И.Ф. Крузенштерна и Ю. Ф. Лисянского (1803-1806) измерялась температура воды на разных глубинах океана, проводились наблюдения за атмосферным давлением. Систематические измерения температуры, солености и плотности воды на разных глубинах производились экспедицией О. Е. Коцебу (1823-1826гг.). В 1820 году Ф. Беллинсгаузен и М. Лазаревым бала открыта Антарктида и 29 островов. Большим вкладом в развитие науки явилось путешествие Ч. Дарвина на корабле “Бигль” (1831-1836 гг.). В конце 40-х годов Х?Х века американец Мэтью Фонтейн Мори обобщил сведения о ветрах и течениях Мирового океана и опубликовал их в виде книги “Наставление мореплавателям”. Он также написал труд “Физическая география океана”, который выдержал много изданий.
Крупнейшим событием, ознаменовавшим начало новой эры океанографических исследований, стала английская кругосветная экспедиция на специально оборудованном судне “Челленджер” (1872-1876 гг.). Во время этой экспедиции проводилось комплексное океанографическое изучение Мирового океана. Было сделано 362 глубоководные станции, на которых измерялась глубина, осуществлялось драгирование и траление, определялись различные характеристики морской воды. Во время этого плавания было открыто 700 родов новых организмов, обнаружен подводный хребет Кергелен в Индийском океане, Марианский желоб, подводные хребты Лорд-Хау, Гавайский, Восточно-Тихоокеанское и Чилийское поднятия, продолжено изучение глубоководных котловин.
В начале Х?Х века были проведены исследования рельефа дна Атлантического океана для прокладки подводного кабеля между Европой и Северной Америкой. Результаты этих работ были обобщены в виде карт, атласов, научных статей и монографий. При разработке проекта транстихоокеанского подводного телеграфного кабеля между Северной Америкой и Азией с 1873 года для изучения рельефа дна океана стали использовать военно-морские суда. Промеры, которые велись по линии о. Ванкувер – Японские острова позволили получить первый широтный профиль дна Тихого океана. Корвет “Тускарора” под командованием Д. Белкнепа впервые обнаружил подводные горы Маркус-Неккер, Алеутский хребет, Японский, Курило-Камчатский и Алеутский желоба, Северо-Западную и Центральную котловины и т. д.
С конца Х?Х века и до 20-х годов ХХ столетия было организовано несколько крупных океанографических экспедиций, среди которых наиболее значимыми являются американские на кораблях “Альбатрос” и “Неро”, немецкие на “Эди”, “Планете” и “Газели”, английская на “Терра-Нова”, российская на “Витязе” и др. В результате работы этих экспедиций были выявлены новые подводные хребты, поднятия, глубоководные желоба и котловины, составлены карты рельефа дна и донных отложений, собран обширный материал об органическом мире океанов.
С 20-х годов началось еще более детальное изучение океана. Применение глубоководных эхолотов-самописцев дало возможность определять глубины во время движения корабля. Эти исследования позволили значительно расширить знания о строении дна океана. Гравитационные измерения в Мировом океане уточнили представления о форме Земли. С помощью сейсмографов было выявлено тихоокеанское сейсмическое кольцо. Дальнейшее развитие получили биологические, гидрохимические и другие исследования океанов.
Британская экспедиция на судне “Дискавери – ??” обнаружила Южно-Тихоокеанское поднятие, Новозеландское плато, Австрало-Антарктическое поднятие. Во время второй мировой войны американцы на военном транспорте “Кейп-Джонсон” открыли более сотни гайотов в западной части Тихого океана.
Огромный вклад в географическое изучение Мирового океана внесли полярные исследователи, особенно российские. В начале Х?Х века Н. П. Румянцев и И. Ф. Крузенштерн предложили проект поисков Северо-Западного прохода и детального изучения берегов Северной Америки. Осуществлению этих планов помешала война 1812 года. Но уже в 1815 году О. Е. Коцебу на бриге “Рюрик” отправился исследовать полярные широты и открыл заливы Коцебу, Св. Лаврентия и другие. В первой половине Х?Х века осуществили свои экспедиции Ф. П. Врангель, Ф. П. Литке. Результаты этих экспедиций внесли существенный вклад в изучение ледового и гидрологического режима Северного Ледовитого океана. Огромные заслуги в исследовании этого океана принадлежат адмиралу С. О. Макарову. По его проекту и чертежам был построен первый ледокол “Ермак”, на котором экспедиция Макарова достигла 81°29" с. ш.
Большое значение для географического изучение Земли имела первая в истории человеческой цивилизации международная полярная экспедиция. Она известна под названием Первого международного полярного года и была осуществленная в 1882-1883 годах представителями 12 стран Европы и Северной Америки. Первое сквозное плавание из Атлантического в Тихий океан Северо-Западным проходом совершил в 1903-1906 годах Р. Амундсен на маленькой яхте “Йоа”. Он установил, что за 70 лет Северный магнитный полюс сместился на 50 км к северо-востоку. 6 апреля 1909 года американец Р. Пири первым достиг Северного полюса.
В 1909 году для изучения Северного Ледовитого океана были построены первые стальные гидрографические корабли ледокольного типа “Вайгач” и “Таймыр”. С их помощью в 1911 году под руководством И. Сергеева и Б. Вилькицкого были проведены батиметрические работы от Берингова моря до устья Колымы. В 1912 году русскими исследователями были предприняты 3 экспедиции Г. Брусилова, В. Русанова, Г. Седова для изучения сквозного прохода вдоль берегов Сибири и достижения Северного полюса. Однако ни одна из них не увенчалась успехом. В 1925 году Р. Амундсен и Л. Элсуорт организовали первую воздушную экспедицию в Арктику и установили, что к северу от Гренландии нет суши.
Значительные исследования в Гренландском, Баренцевом, Карском и Чукотском проводились в 1932-1933 годах в рамках Международного полярного года. В 1934-1935 годах высокоширотные комплексные экспедиции были совершены на судах “Литке”, “Персей”, “Седов”. Первое сквозное плавание Северным морским путем за одну навигацию совершила экспедиция на судне “Сибиряков” возглавляемая О.Ю. Шмидтом. В 1937 году под руководством И. Д. Папанина во льдах Арктики начала работать гидрометеорологическая станция “Северный полюс – 1”.
И все же к концу этого периода многие географические проблемы остались не решенными: не было установлено является ли Антарктида единым материком, не завершено открытие Арктики, слабо изучена природа Мирового океана и т. д.
С середины ХХ века начинается пятый – современный период изучения Мирового океана. На этом этапе истории человечества наука превратилась в основную силу развития общества. Достижения наук о Земле позволили разрешить ряд вопросов глобального характера. Получить прямые доказательства подвижности литосферы Земли и ее планетарной делимости. Установить особенности строения земной коры. Найти соотношение поверхности суши и океанов на Земле. Выявить существование и значение геосистем. Приступить с помощью космической техники к сбору информации о геосистемах разного уровня за любой промежуток времени.
После второй мировой войны совершенствуется океанографическая техника. В просторы Мирового океана отправляются три кругосветные экспедиции, снаряженные новым оборудованием: шведская на “Альбатросе” (1947-1948 гг.), датская на “Галатее” (1950-1952 гг.) и британская на “Челленджере – ??” (1950-1952 гг.). Во время этих и других экспедиций измерялась толщина земной коры океанов, производились замеры теплового потока на дне, исследовались гайоты и донная фауна глубоководных желобов. Были обнаружены и исследованы срединно-океанические хребты океанов и гигантские по протяженности разломы Мендосино, Меррей, Кларион и др. (1950-1959 гг.). Целая эпоха океанографических исследований связана с работой научного судна “Витязь”. Во время многочисленных, начиная с 1949 года, экспедиций “Витязя” были сделаны крупные открытия в области геологии, геофизики, геохимии и биологии Мирового океана. На этом корабле впервые проводились длительные наблюдения за течениями, была установлена самая глубокая точка океана в Марианской впадине, открыты ранее неизвестные формы рельефа и т. д. Работы “Витязя” были продолжены научными кораблями “Дмитрий Менделеев”, “Обь”, “Академик Курчатов” и др. Для послевоенного периода характерно развитие международного сотрудничества в области изучения Мирового океана. Первой совместной работой была программа НОРПАК в Тихом океане которую выполняли суда Японии, США и Канады. Затем последовали международные программы Международного геофизического года (МГГ, 1957-1959 гг.), ЭВАПАК, КУРОСИО, ВЕСТПАК, МИОЭ, ПИГАП, ПОЛИМОДЕ и другие. Получили развитие стационарные наблюдения в открытом океане. Крупнейшим открытием 50-х годов явилось обнаружение Подповерхностных экваториальных противотечений в Атлантическом, Тихом и Индийском океанах. Накопление и обобщение научных данных, полученных во время морских экспедиций, позволили выявить закономерности циркуляции воздуха в планетарном масштабе. Геологические и геофизические исследования Мирового океана 60-х годов способствовали развитию глобальной теории тектоники литосферных плит. С 1968 года выполняется Международная программа глубоководного бурения с использованием американского корабля “Гломар Челленджер”. Исследования по этой программе значительно расширили знания о строении дна Мирового океана и его осадочных породах.
В Серном Ледовитом океане наряду со специализированными экспедициями в этот период проводились лабораторные и теоретические исследования. Изучались особенности ледяного покрова океана, структура течений, рельеф дна, акустические и оптические свойства арктических вод. Выполнялись совместные международные исследования. Материалы, собранные экспедициями позволили ликвидировать последние “белые пятна” на карте Арктики. Открытие хребтов Ломоносова, Менделеева и ряда глубоководных котловин изменили представление о рельефе дна океана.
В 1948-1949 годах с помощью авиации во льдах Арктики проводились многочисленные краткосрочные исследования от трех часов до нескольких суток. Продолжалась работа станций “Северный полюс”. В 1957 году экспедиция под руководством Л. Гаккеля открыла в Северном Ледовитом океане срединно-океанический хребет названный его именем. В 1963 году подводная лодка “Ленинский комсомолец” осуществила плавание подо льдом к Северному полюсу. В 1977 году полюса достигла высокоширотная экспедиция Института Арктики и Антарктики на атомном ледоколе “Арктика”, что позволило впервые получить достоверные, современные сведения о льдах Центральной части океана.
В 70-80 годы в Мировом океане осуществлялись значительные научные исследования в рамках программы “Разрезы”. Основная задача этой программы – изучение воздействия океана на краткосрочные колебания климата Земли. По программе “Разрезы” выполнялись океанографические, метеорологические, радиационные и аэрологические наблюдения в энергоактивных зонах океана. Ежегодно проводилось более 20 рейсов научно-исследовательских судов. Программа выполнялась в основном учеными СССР. Были получены уникальные данные о природе Мирового океана, опубликовано много научных статей и монографий. Сейчас под эгидой Международного комитета по климатическим изменениям и океанографии ведутся исследования океана по двум крупным программам ВОСЕ и ТОГА предусматривающим комплексные исследования Мирового океана.
Дальнейшее развитие океанологических исследований определяется запросам практики и совершенствованием технических методов его изучения. Расширение способов и путей использования океана повышает требования к прогнозу его состояния, что приводит к необходимости комплексного мониторинга Мирового океана. Он заключается в непрерывной регистрации поверхностной температуры, волнения, приповерхностного ветра, фронтальных зон, течений, льдов и т. д. Для его реализации необходимо прежде всего, развивать космические методы наблюдений, сети коммуникаций для передачи информации и электронно-вычислительную технику для ее обработки и анализа. Также необходимо развивать традиционные методы исследования океана. Использование всего массива информации позволит разработать математические модели строения океана и его динамики.
Возросшие масштабы антропогенного воздействия, увеличение добычи природных ресурсов Мирового океана, развитие морского транспорта и рекреации требуют детального изучение его природы. Главной задачей этих исследований должна стать разработка частных математических моделей, описывающих отдельных природные процессы и явления, происходящие в Мировом океане, и создание его комплексной модели. Решение этой проблемы позволит раскрыть многие секреты Мирового океана, даст возможность более эффективно использовать его огромные и абсолютно необходимые человеку природные ресурсы.
Глубоководные исследования Мирового океана. Человек с незапамятных времен стремился познакомиться с подводным миром океана. Сведения о простейших водолазных приспособлениях встречаются во многих литературных памятниках Древнего мира. Как говорят предания, первым водолазом был Александр Македонский, который спускался подводу в небольшой камере, напоминавшей бочонок. Создание первого водолазного колокола следует отнести к ХV? веку. Первый спуск под воду происходил в 1538 году в городе Толедо на реке Тахо. В 1660 году водолазный колокол построил немецкий физик Штурм. Этот колокол имел высоту около 4 метров. Свежий воздух добавлялся из бутылок, которые брали с собой и по мере надобности разбивали. Первую примитивную подводную лодку построил в начале ХV?? века в Лондоне голландец К. Ван Дреббель. В России первое автономное водолазное снаряжение было предложено Ефимом Никоновым в 1719 году. Он также предложил проект первой подводной лодки. Но лишь в конце Х?Х века появились настоящие подводные лодки. Изобретенный в 1798 году водолазный аппарат Клингерта уже имел качества свойственные современным скафандрам. К нему подводились две гибкие трубки для подачи свежего воздуха и отвода выдыхаемого. В 1868 году французские инженеры Рукейроль и Денайруз разработали жесткий скафандр. Современный акваланг изобрели в 1943 году французы Жак Ив Кусто и Э. Ганьян.
Параллельно со скафандрами разрабатывались подводные аппараты, находясь в которых, исследователь мог спокойно работать на больших глубинах, изучать окружающую среду из иллюминатора, собирать пробы грунта, используя манипуляторы и т.д. Первая достаточно удачная батисфера была создана американским ученым О. Бартоном. Это была стальная герметичная сфера с иллюминатором из кварцевого стекла, способная выдерживать большое давление. Внутри сферы находились баллоны со свежим воздухом и специальные поглотители, убирающие углекислоту и пары воды, выдыхаемые людьми, находящимися внутри камеры. Параллельно стальному тросу проходил провод телефона, связывающий участников подводной экспедиции с надводным кораблем. В 1930 году Бартон и Биб произвели в районе Бермудских островов 31 погружение, достигнув глубины 435 метра. В 1934 году они спустились до глубины 923 метра, а в 1949 году Бартон довел рекорд погружения до 1375 метров.
На этом батисферные погружения закончились. Эстафета перешла к более совершенному автономному подводному кораблю – батискафу. Его изобрел в 1905 году швейцарский профессор Огюст Пикар. В 1953 году он со своим сыном Жаком на батискафе “Триест” достиг глубины 3150 метров. В 1960 году Жак Пикар опустился на дно Марианской впадины. Развивая идеи отца, он изобрел и построил мезоскаф. Это был усовершенствованный батискаф, который мог совершать автономные плавания, используя океанические течения. В 1969 году Жак Пикар на своем мезоскафе с экипажем из шести человек совершил многодневное плавание по течению Гольфстрим на глубине около 400 метров. Было проведено множество интересных наблюдений над геофизическими и биологическими процессами, протекающими в океане.
Начиная с 70-годов, резко повысился интерес к природным ресурсам Мирового океана, что обусловило быстрое развитие техники для исследования его глубин. Все глубоководные аппараты делятся на две большие группы: необитаемые подводные аппараты (НПА) и обитаемые подводные аппараты (ОПА). НПА делятся на два класса – наблюдательные и силовые. Первые проще и легче. Они весят от нескольких десятков до нескольких сотен килограммов. Их задачей является детальная оптическая съемка дна, инспекция технических установок на дне, в особенности трубопроводов, выявление неисправностей, нахождение затонувших объектов и т. д. Для этой цели НПА имеют теле- и фотокамеры передающие изображение на судно, гидролокаторы, системы ориентации (гирокомпасы) и навигации, ультразвуковые дефектоскопы, позволяющие выявлять трещины в металлоконструкциях. Силовые НПА мощнее, их вес достигает нескольких тонн. Они имеют развитую систему манипуляторов для самозакрепления на нужных участках металлоконструкций и проведения ремонтных работ – резки, сварки и т. д. Рабочие глубины большинства НПА в настоящее время от нескольких сотен метров до 7 км. Управляют НПА по кабелю, гидроакустическому или радиоканалу. Но как бы не был широк спектр задач, выполняемых необитаемыми аппаратами, без опускания человека в глубины не обойтись. В настоящее время в мире имеется несколько сотен обитаемых подводных аппаратов разных конструкций. Среди них аппараты “Пайсис” (максимальная глубина погружения 2000 м), на котором советские ученые исследовали дно Байкала, Красноморскую и Северо-Атлантическую рифтовые зоны. Французский аппарат “Сиана” (глубина до 3000 м), американский “Алвин” (глубина до 4000 м), при помощи которых сделаны многие открытия в глубинах океана. В 80-е годы появились аппараты, работающие на глубинах до 6000 метров. Два таких батискафа принадлежат России (“Мир – 1” и “Мир – 2”), по одному Франции, США и Японии (“Мицубиси”, глубина до 6500 м).
Методы, приборы и оборудование используемые при исследовании Мирового океана. Океан изучают с помощь самых разнообразных средств – с кораблей, самолетов, из космоса. Применяют также автономные средства.
В последнее время исследовательские корабли строятся по специальным проектам. Их архитектура подчинена единой цели – сделать наиболее эффективным использование приборов, опускаемых на глубину, а также применяемых при исследовании приводного слоя атмосферы. На кораблях широко представлена современная вычислительная техника, предназначенная для планирования экспериментов и оперативной обработки полученных результатов.
Для изучения океана на кораблях используются зонды разного назначения. Зонд температуры, солености и глубины представляет собой, совокупность трех миниатюрных датчиков, измеряющих температуру (термистор), соленость (датчик электропроводности, исходя из которой рассчитывается содержание солей в воде) и гидростатическое давление (для определения глубины). Все три датчика объединены в единый прибор, укрепленный на конце кабель-троса. При опускании прибора кабель-трос сматывается с лебедки, установленной на палубе корабля. Данные о температуре, солености и глубине поступают на компьютер. Существуют аналогичные зонды, предназначенные для регистрации концентрации газов, растворенных в воде, скорости звука и течений. В ряде случаев зонды работают по принципу свободного падения. Широко используются теряемые (одноразовые) зонды. Одна из разновидностей зонда – “рыба” – представляет собой буксируемый за кораблем измеритель температуры, солености и скорости течения. В результате развития техники зондирования глубин океана более старые методы с опусканием и подъемом термометров, забором проб воды с разных глубин употребляются все реже и реже.
Важным классом приборов являются измерители течений, способные работать на максимальных глубинах. В последнее время все шире, вместо различных “вертушек” используются электромагнитные и акустические измерители течений. В первых из них скорость течения определяется по разности потенциалов, между электродами расположенными в морской воде. Во вторых используется эффект Доплера – изменение частоты звуковой волны при распространении ее в движущейся среде.
При исследовании дна океана до сих пор широко применяют два традиционных прибора – черпак и геологическая трубка. Черпаком берется проба грунта с поверхностного слоя дна. Геологическая трубка может проникать значительно глубже – до 16-20 метров. Для изучения рельефа дна и его внутренней структуры широко применяют эхолоты новых конструкций – многолучевые эхолоты, гидролокаторы “бокового” обзора и др. При исследовании внутренней структуры морского дна до глубин в несколько километров используют сейсмопрофилографы.
Набор автономных средств для исследования океана также значителен. Наиболее распространенным из них является буйковая станция. Она представляет собой плавающий на поверхности воды буй, от которого вниз ко дну идет стальной или синтетический трос, оканчивающийся лежащим на дне тяжелым якорем. На тросе на определенных глубинах закрепляются автономно работающие приборы – измерители температуры, солености, скорости течения. Применяются и буи другого рода: акустический буй нейтральной плавучести, буи с подводным или надводным парусом, буи-лаборатории и др. Важными автономными средствами являются автономные донные станции, исследовательские подводные лодки и батискафы.
Использование самолетов и вертолетов позволяет изучать течения и волнение на поверхности океана. Аэрофотосъемка позволяет получить интересные данные о рельефе дна на небольших глубинах, обнаружить подводные скалы, рифы и отмели. Магнитная аэросъемка океана, дает возможность выявить на дне океана области распространения некоторых полезных ископаемых. С помощью сложной аэрофотосъемки, где применяется целый спектр световых волн, можно обнаружить и контролировать загрязнение прибрежных вод. Но самолеты и особенно вертолеты привязаны к своим базам на суше, а аэрофотосъемка основана на использовании электромагнитных волн, которые не могут проникать глубоко в воду. Поэтому более перспективны космические методы исследования океана.
Все без исключения космические методики наблюдений основаны на использовании одного из трех диапазонов электромагнитных волн – видимого света, инфракрасных лучей и сверхвысоких частот электромагнитных волн. Важнейший параметр, характеризующий состояние океана, температура его поверхности – измеряется из космоса радиометрами по собственному излучению этой поверхности с точностью до 1° С. Столь же точно можно определить режим приповерхностного слоя воздуха. Для измерений используется процесс рассеяния электромагнитных волн на поверхности океана. Узкий пучок радиоволн направляют на поверхность океана под некоторым углом. По силе их рассеяния в обратном направлении судят об интенсивности поверхностной ряби, т. е. о силе ветра. В настоящее время достижима точность измерения приповерхностного ветра до 1 м/с. Одним из важнейших приборов, устанавливаемых на океанологических спутниках, является альтиметр. Он работает в локационном режиме, периодически посылая вниз радиоимпульсы. По искажению формы радиолокационного импульса альтиметра отраженного от морской волны, можно, с точность до 10 см, определить высоту морских волн. Кроме того, из космоса сравнительно легко зарегистрировать воды с повышенной биологической продуктивностью, наблюдать крупномасштабные изменения его геофизических характеристик, проводить наблюдения за загрязнением Мирового океана и т.д.
