Чтение онлайн

Вода — самое удивительное из всех веществ. Она встречается в естественных условиях на поверхности Земли во всех трех своих физических состояниях: твердом, жидком и газообразном (в виде льда, воды и водяного пара). Есть вещества, которые могут существовать при типичных для земной поверхности температурах в твердом и жидком или в жидком и газообразном состояниях, но, по-видимому, не существует другого химического вещества, которое встречалось бы в природных условиях во всех трех физических состояниях.

1. Вода не имеет запаха, цвета и вкуса. 2. Вода — единственное известное нам вещество, которое встречается в естественных условиях на поверхности Земли в твердом, жидком и газообразном состояниях. 3. Вода — универсальный растворитель. Она растворяет больше солей и прочих веществ, чем любое другое вещество. 4. Воду очень трудно окислить, сжечь или разложить на составные части. Вода — химически стойкое вещество. 5. Вода окисляет почти все металлы и разрушает даже самые твердые горные породы. 6. Вода имеет уникальную способность при замерзании расширяться, вследствие чего лед плавает на воде, остающейся в жидкой фазе. 7. Вода имеет большое сродство к самой себе, самое большое из всех жидкостей. Именно поэтому вода существует в форме сферических капель — ведь сфера имеет наименьшую поверхность при заданном объеме. Поверхностное натяжение является необходимым условием капиллярных процессов, столь важных для жизнедеятельности растений и животных. 8. Вода замерзает не при температуре наибольшей плотности (4 °C), а при 0 °C [15] . 9. Вода обладает способностью поглощать большое количество теплоты и сравнительно мало нагреваться при этом. Кроме того, у воды очень высокая скрытая теплота плавления (80 кал/г) и испарения (540 кал/г), то есть она поглощает значительное количество дополнительной теплоты при неизменности температуры в процессе замерзания и при кипении. 10. Дистиллированная вода очень плохо проводит электрический ток, но даже весьма малые добавки солей превращают ее в очень хороший проводник.

Обычно измеряются или рассчитываются такие физические характеристики морской воды, как температура, плотность, давление, цвет, прозрачность, скорость звука. Для специальных исследований могут измеряться и другие характеристики, например электропроводность [16] . Часто к физическим свойствам относят и соленость (хотя, вообще говоря, это химическое свойство), так как она измеряется совместно с температурой.

Знать температуру, соленость и давление (зависящее от глубины) необходимо для расчета плотности (масса единицы объема) и течений. Для каждого района океана характерен свой диапазон изменения температуры и солености. Эти характеристики, дополненные данными о содержании растворенного в воде кислорода, помогают специалистам в области физической океанографии прослеживать движения водных масс на различных глубинах.

На дискретных глубинах температура измеряется опрокидывающимися термометрами. Для непрерывной регистрации изменений температуры с глубиной пользуются механическими батитермографами и электронными зондами.

Ртутный термометр в течение последних ста лет был основным океанографическим прибором. Его характерная особенность — сужение капилляра вблизи резервуара ртути. При опрокидывании термометра на заданной глубине столбик ртути отрывается от резервуара, и при подъеме на борт судна термометр показывает температуру, которую принял в момент опрокидывания. Для введения поправки на разность температур на глубине и на палубе применяется вспомогательный термометр.

Глубоководные опрокидывающиеся термометры изготавливаются вручную из специального закаленного стекла и тщательно калибруются. Они измеряют температуру воды с точностью 0,01 — 0,02 °C. Хотя эти термометры настолько хрупки, что океанологи приносят их на исследовательские суда в руках, они способны выдерживать давление воды на глубинах до 10 000 м, где оно достигает 1 т на 1 см 2. В последние годы в обиход все больше входят электронные датчики температуры, однако на многих океанографических судах до сих пор можно встретить опрокидывающиеся термометры.

Два или три термометра помещают в раму, крепящуюся к батометру Нансена — латунному цилиндру, с помощью которого берутся пробы воды для химических анализов. Батометры через определенные интервалы прикрепляются к тросу и. опускаются за борт. Скользящий по тросу «посыльный груз» переворачивает ближайший к поверхности батометр. В момент переворачивания высвобождается прикрепленный к батометру очередной посыльный груз, и так далее, пока не перевернутся батометры всей серии.

Батометры снабжены клапанами, которые при переворачивании прибора закрываются, тем самым сохраняя в целости пробы воды с нужного горизонта. Одновременно переворачиваются и термометры, фиксируя температуру на той же глубине.

Глубину погружения термометров в момент переворачивания можно приблизительно определить по блок-счетчику, через который проходит трос. Однако точность такого определения невелика, так как под влиянием дрейфа судна и глубинных течений трос значительно отклоняется от вертикали. Для точного определения глубины один термометр защищается от давления, а другой остается незащищенным. Незащищенный термометр [17] показывает большую температуру, так как на него действует еще и давление воды. По разности показаний двух таких термометров можно определить давление на данной глубине, а давление прямо пропорционально зависит от глубины. Расчеты, выполняемые обычно на судовой ЭВМ, позволяют определить глубину с погрешностью, до 0,5%.

Этот простой, но остроумный прибор позволяет получить профиль температуры от поверхности до глубины в несколько сот метров. Датчиком температуры в нем служит 15-метровая медная трубка, заполненная толуолом и намотанная на специальный каркас. При расширении и сжатии толуола перемещается связанное с трубкой перо, которое царапает стеклянную пластинку, покрытую специальной пастой. При этом под действием давления воды на мембрану перемещается и сама пластинка, так что перо прочерчивает кривую в двух координатах — температуры и глубины. Отсчеты температуры на различных глубинах снимаются с кривой по специальной сетке в отсчетном приспособлении, куда вставляется пластинка.

Батитермограф — дешевый прибор, которым можно работать на ходу судна до 12 узлов. В отличие от опрокидывающихся термометров, дающих температуру на дискретных глубинах, батитермограф позволяет получить непрерывную запись распределения температуры по глубине..

Прежде всего глубина погружения прибора ограничена 300 м. Точность его в лучшем случае составляет 0,05 °C, что недостаточно для многих научных задач. Кроме того, каждый прибор имеет свою собственную нелинейную отсчетную сетку, поэтому снятие показаний с температурной кривой невозможно автоматизировать и эту утомительную процедуру приходится производить вручную [18] . По этим и некоторым другим причинам в настоящее время отдается предпочтение электрическим батитермографам разового действия.

Это обтекаемой формы прибор, предназначенный для измерения температуры воды в слое от поверхности до 450 м. Его можно сбрасывать с судна, движущегося со скоростью до 30 узлов. Датчик температуры соединен с находящимся на борту судна регистратором с помощью тонкого электрического провода, который обрывается при достижении зондом максимальной глубины.