авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 12 |

«, И. А. СТЕПАНЮК К. К. ДЕРЮГИН М ОРСКАЯ ГИ Д РО М ЕТРИ Я S '2. ...»

-- [ Страница 3 ] --

Сила давления потока на буй Rxn определяется по формуле pV DХ г'“'ЛП 2 °ТП) Т -IL С П где Схп — коэффициент лобового сопротивления притопленного буя;

р — массовая плотность воды, кг • с2/м4;

S T п — площадь вер­ тикального сечения притопленного буя, м2;

—% V : : = V r+ - ^ - e ~ Z, здесь VT — скорость течения, м/с;

% — длина волны, м;

2 — гори­ зонт расположения притопленного буя, м.

Скорости орбитальных движений на глубине, большей поло­ вины длины волны ( 2 = _ 2_) практически равны нулю. В этом случае v „ = v,+ ^ ( 1 --* ).

Расчет давления на трос производится по приведенной выше формуле.

Расчет снижения притопленного буя. (или приборов) под дей­ ствием сильных течений производится по формуле, полученной академиком А. Н. Крыловым и преобразованной Н. Ф. К удряв­ цевым и Б. JI. Лагутиным:

KL где L — длина троса, м;

T0 = i R 2 + Q 2;

K = 5QV2 d;

А = — j — Ь -Q ли Rx п + ^ ;

R xп — сила давления течения на притопленный буй в кг, рт/ рассчитывается по формуле R Xn = Cxn— — 5 ТП;

Q — остаточная плавучесть (запас плавучести) притопленного буя в кг, находится как разность между грузоподъемностью (водоизмещением) при­ топленного буя и массой в воде прикрепленного к нему троса с са­ мописцами;

d — диаметр троса в мм.

Расчет по приведенной формуле обычно производится для сни­ жений буйковых станций, поставленных на глубинах до 400— 500 м. Д л я больших глубин искусственно уменьшается длина троса L. При расчете берется участок троса, расположенный в слое с наибольшими скоростями течения, т. е. на глубинах до 500 м.

Д л я постановки буйковых станций используются в основном стальные тросы диаметром от 13,0 до 5,7 мм, с разрывной проч­ ностью, колеблющейся соответственно указанному диаметру в пределах 8240-^1540, причем масса 100 погонных метров троса в воздухе будет изменяться от 59,0 до 11,07 кг.

Расчет троса производится по формуле Т=рК, где Т — разрывное усилие троса, р — наибольшая нагрузка на трос, К — коэффициент запаса прочности, который равен 5—6 для стрел и лебедок с механическим приводом.

Н аибольш ая нагрузка на трос рассчитывается по формуле = У Qo- Н ^ в + Я * ) 2, Р где Qo — чистая плавучесть буя.

При расчете тросов необходимо осуществлять такж е проверку правильности подбора диаметра (D ) барабана лебедки и блоков:

D ^ (18 н- 30) d, где d — диаметр троса, мм.

Д ля буйковых постановок применяются следующие якоря: сег­ ментные чугунные массой 100, 300 и 500 кг и адмиралтейские мас­ сой 83— 125 кг.

Д ерж ащ ая сила сегментных якорей на единицу массы якоря для разных грунтов колеблется от 1,0 до 2,3. М аксимальная дер­ ж ащ ая сила адмиралтейских якорей на единицу массы якоря на мягких илах 5,3, а на плотном иле достигает 7,7.

Конструкции якорей должны удовлетворять двум основным условиям: масса' якоря должна быть больше максимальной верти­ кальной силы, передаваемой по тросу к якорю, а горизонтальные составляющие силы, передаваемые от троса к якорю, должны быть значительно меньше сил сцепления якоря с грунтом. Д ля того чтобы якорь не отрывался от дна и не полз по грунту, необ­ ходимо знать массу якоря. По предложению Кудрявцева, масса якоря приближенно определяется по формуле *ь я *Dшах М_ V где #шах = У (Rx + / 4 - R b ) 2+Qo\ / = Qo-------- ;

Qo — чистая плаву честь буя, кг;

h — высота волны, м;

т — период волны, с;

R x, R B определяются по вышеприведенным формулам.

В случае возможности передвижения якоря по грунту для уве­ личения его держащ ей силы к нему добавляю т несколько метров якорь-цепи или устанавливаю т дополнительные якоря.

Выбор массы якоря и способ размещения якорной системы на дне зависят во многом от глубины места, грунта дна и скорости течения. Обычно для постановки АБС применяются следующие системы: двухъякорная, состоящая из двух якорей, разнесенных на 50— 100 м;

трехъякорная, когда три якоря располагаются в 50—75 м один от другого. Хорошей и надежной является якор­ ная система, состоящая из цепи длиной 50— 100 м с прикреплен­ ной на конце якорь-кошкой. При скоростях поверхностного тече­ ния более 2 узлов рекомендуется применять трехъякорную си­ стему, а при скоростях течения более 4 узлов общ ая масса якорей увеличивается в 2 раза.

6. Наблюдения с помощью Объединенной глобальной системы океанских станций (ОГСОС) предусматривают создание гло­ бальной сети океанских станций, крупных стабилизированных оке­ анских платформ, сети АБС, мобильных подводных обслуживаю­ щих лабораторий, передающих в береговые центры информацию об основных параметрах водных масс на различных глубинах — температуре, плотности и динамике вод. Создание такой единой и постоянно действующей сети океанских наблюдательных стан­ ций, оборудованной соответствующей современной аппаратурой, вклю чая и автоматы, совмещенной со спутниковой системой теле­ метрии и спутниковыми измерениями характеристик поверхности океана, — одна из важнейших задач международного научно-тех­ нического сотрудничества в изучении Мирового океана.

7. Наблюдения с самолетов за некоторыми характеристиками режима вод Мирового океана в настоящее время в СССР постав­ лены весьма широко. Основное преимущество использования са­ молетов для данных целей заклю чается в проведении необходи­ мых исследований на значительных площ адях водных бассейнов :за короткий период времени, что для Советского Союза имеет •особенно актуальное значение, так как позволяет проводить такие наблюдения на многочисленных морях, омывающих его побе­ реж ья, и Северном Ледовитом океане. Систематические наблю де­ ния с применением методов аэрофотосъемки проводятся за льдами (гл. X II), течением (гл. IX ), волнением (гл. V III), полем темпера­ туры поверхности моря с помощью самолетного инфракрасного радиометра (гл. X), а такж е некоторыми другими компонентами реж има моря (о кеан а).

М атериалы наблюдений, получаемые с самолетов, особенно эффективны и в большей степени удовлетворяют практические з а ­ просы океанографии, если эти наблюдения проводятся в тесной взаимосвязи с наблюдениями, выполняемыми всеми другими су­ ществующими средствами и особенно искусственными спутниками Земли.

8. Наблюдения с искусственных спутников Земли. Развитие космических исследований и создание разнообразной высокочув­ ствительной ап п аратуры, позволяю щ ей с космических л етател ьн ы х к ораблей осущ ествлять регистрацию электром агнитного п оля Зем ли, д ал и возм ож ность, по мнению советских ученых К- Я. К он­ д р ать ев а и Б. В. В ин оградова, создать новое научное н ап р ав л е­ н и е — космическое зем леведение. С помощ ью космических мето­ дов зем леведени я получены три вида интеграции и зображ ен и я Зем л и при Наблюдении из космоса:, терри тори ал ьн ая, ф ак то р н а я и д инам ическая.

Т ер р и то р и ал ьн ая интеграция д ает возм ож ность по космической фотограф ии изучать одноврем енно обш ирны е и значительно’ удаленны е одна от другой территории Зем ли.

Ф акто р н ая и нтеграция п озволяет на одном изображ ен и и у ста­ новить связь состава и распределени я весьм а различны х элем ен ­ тов геосферы и проследить эту связь на значительном п р о тяж е­ нии. Это относится, наприм ер, к связи стоковы х течений с н ал и ­ чием подводны х речны х каньонов, р ел ьеф а берегов с д ви ж ени ям и взвеш енны х в океанической воде наносов.

Д и н ам и ч еск ая интеграция путем сравнения середины последо­ вательн ы х изображ ен и й одной и той ж е территории, полученных одними и теми ж е регистрирую щ ими системам и, позволяет судить об интенсивности, распространении и повторяемости природны х процессов: движ ении водны х м асс разного происхож дения в м о­ рях и океан ах, д рей ф е льдов и многих других процессах.

П рим еняю тся следую щ ие методы космической съем ки Зем л и.

1) В изуальн ы е космические наблю дения, проводимы е с п и л о­ тируемы х космических кораблей (П К К ). Они обычно вы п олн я­ ю тся на высоте 200— 300 км. Так, неоднократно н аб лю д ал и сь визуальн о отличия цвета морских и океанических вод разн ого происхож дения во ф ронтальны х зонах, контакты синих океаниче­ ских вод и коричневаты х оттенков сточных речных вод, глубины морского д на на б ан ках и п рибреж ны х ш ельф ах. В озмож ности визуальн ы х наблю дений с космических кораблей обусловлены не­ которы ми техническими, физиологическими и географ ическим и ф акторам и, ещ е весьм а малоизученны ми.

2) К осмическое ф отограф ирован и е и телеви зи онн ая съ ем ка.

Эти методы имею т некоторы е специфические преим ущ ества, з а ­ клю чаю щ иеся в высокой разреш аю щ ей способности фотограф ий и в больш ой регулярности получения последовательны х и зо б р а­ ж ений поверхности Зем ли. Эти методы получили наибольш ее р а з ­ витие в области метеорологии и физики атм осферы, а т ак ж е при­ меняю тся д л я изучения некоторы х проблем океанологии. Д ан н ы е методы позволяю т в первую очередь произвести интерпретацию ф отограф ий, полученных с космических кораблей или автом ати ­ ческих космических ап п аратов (типа «Зон д »), доставленны х на Зем лю, и телевизионны х изображ ен и й, п еред аваем ы х с искусст­ венны х спутников Зем ли (серий «М етеор» и «М олния») и п рин я­ ты х по телевизионны м телем етрическим к а н ал ам. С помощ ью космического ф отограф ирован и я выполнены наиболее удачны е съемки распрёделёни я и динам ики ледяного покрова, морских течений, состояния поверхности океана. К проблем ам океанологии, н уж даю щ и м ся ещ е в дальнейш их р азр а б о тк ах, относятся: и зуче­ ние р ельеф а д на прибреж ной зоны и банок, обнаруж ен и е и про­ слеж и ван и е ры бны х косяков по корреляции со спутниковыми данны м и о течениях и тем пературе воды, флуоресценции и др.

В последнее врем я в отличие от отраслевого разви ти я про­ грам м п рикладн ы х исследований (метеорологических, океан оло­ гических, геологических и д р.), вы полняем ы х с помощью искусст­ венных спутников Зем л и, больш ое внимание стало уделяться вопросам ком плексного изучения разносторонних природных р е ­ сурсов. Это позволит более полно использовать спутниковую ин­ ф орм ацию д л я разли чн ы х отраслей науки и народного хозяйства.

К ом п лексн ая орб и тал ьн ая л аб о р ато р и я и многоотраслевое ис­ п ользован и е спутниковой инф орм ации д л я изучения природных ресурсов долж ны значительно повысить надеж ность, полноту и эф ф ективность проводимы х исследований.

3) К осм ическая спектром етрия, основанная на регистрации спектров о тр аж ен и я солнечного света, а та к ж е собственного и зл у­ чения земной поверхности и атм осф еры на участке спектра от X = 300 нм до микроволнового ди ап азон а. П реим ущ ество спек­ тральн ой съемки зак л ю ч ается в том, что при различии соответст­ вую щ их приемников и диспергирую щ их систем мож но получать и збирательны е оптические характери сти ки в узких зонах спектра и при необходимости коррели ровать отдельны е узкополосны е сп ектральн ы е измерения. И зби рательность спектрометрической регистрации позволяет получить новые виды инф орм ации о зем ­ ной поверхности, которы е не могут быть получены м етодам и ф о­ тограф ии. О дна из трех областей спектрокосмической спектром ет­ рии — и н ф р акр асн ая, или теп ловая (3,0— 300 м к ), — м ож ет быть использована при гидрологических и океанологических и сследова­ ниях, в частности д л я характери сти ки поверхностны х вод р азл и ч ­ ной тем пературы, мутности, загрязненности, изучения ледяного покрова, морских течений и границ водных м асс разного тепло­ вого реж им а.

4) К осм ическая м икроволновая индикация в д и ап азон е длин волн 0,3— 10 см. В океанологии и гидрограф ии используется д л я о б наруж ен и я айсбергов и оценки ледовитости, так к ак отраж ен ие в этой зоне спектра у воды больш е, чем у льда.

5) К осм ическая акти вн ая ради олокац ия. П ерспективна при изучении морского ледяного покрова. О на позволяет проследить кром ки льдов, обнаруж и ть айсберги, полыньи и развод ья, опреде­ лить торосистость льдов, наличие трещ ин в многолетнем льду, скры ты х снеж ны м покровом.

Н и ж е п риводятся некоторы е данны е о р езу л ь татах применения искусственны х спутников Зем л и д л я изучения геофизических про­ цессов, происходящ их в м орях и океанах. С ледует особенно отм е­ тить, что ценные м а тер и ал ы могут быть получены только при кос­ мических исследованиях с применением всех имею щ ихся космиче­ ских ап п ар ато в и использованием д л я обработки информ ации современного м атем атического ап п ар ата и электронно-вы числи­ тельной техники.

И н ф орм аци я о распределении облачности, поступаю щ ая с ис­ кусственны х спутников Зем ли, д ает н аи более полное и весьм а ис­ черпы ваю щ ее п редставлен и е об этом важ н ом метеорологическом элем енте. В частности, только за одни сутки 11 ап рел я 1967 г.

с « К о см о са-144» бы ла получена и нф орм ация о распределении об­ лачности на площ ади около 2* 10s км 2 — это соответствует почти 40% общ ей п лощ ади поверхности Зем ли. П ри этом на снимке были весьм а четко обнаруж ен ы облачны е о б разован и я, х а р а к т е р ­ ные д л я двух разли чн ы х циклонов, достигш их над И ндийским океаном силы у р аган а. Эти дан ны е были переданы к о р аб л ям с одноврем енны м сообщ ением реком ендованны х и наиболее безо­ пасны х курсов п лаван ия.

Совместны й ан ал и з снимков облачны х вихрей н ад океаном и кар т волнения о б н аруж и л взаи м освязь вихревой структуры о б л ач ­ ности с зоной ш тормового волнения. К моменту об наруж ен и я спутником вихревой структуры облачной системы н ад оп ределен­ ным районом океан а под действием ветра в молодом циклоне на водной поверхности начинаю т ф орм ироваться волны. П остепенно поле волнения приним ает округлую ф орм у и при условии перем е­ щ ения циклона с за п а д а на восток расп о л агается к зап ад у от его центра. В ы сота волн при этом нередко дости гает 3— 4 м, а сам а зона ш ириной до 200 миль р астяги вается до 300 миль. П ри угл уб ­ лении циклона и увеличении его площ ади ветровы е волны бы стро растут. Д ал ьн ей ш ее разви ти е циклона х ар актер и зу ется см ы к а­ нием теплого и холодного фронтов, причем на снимке достаточно н аглядно п рослеж и вается об лачн ая полоса фронта окклю зии, ко ­ то р ая к а к бы зак ручи вается вокруг центра вихря. В этот период ветровы е волны достигаю т наибольш ей высоты (8— 12 м ), зона ж е ­ стокого ш торм а увели чи вается до 1000 миль, д ости гая в ш ирину 700 миль (рис. IV. 11). П ри уменьш ении ш торм а, когда циклон вы ­ ро ж д ается, на снимке систем а облаков приним ает вид вихря с не­ сколькими виткам и вокруг центра циклона, вы сота волн ум ень­ ш ается до 4— 5 м. Т аким образом, по вихревой структуре о б л ач ­ ности мож но весьм а н адеж но определить п лощ адь взволнованной поверхности океана.

В есьм а перспективна инф орм ация о поле тем пературы на по­ верхности океан а, особенно д л я районов с высокими значениям и горизонтальны х градиентов тем пературы. П рим ером м ож ет слу­ ж ить инф орм ация, полученная 13 ап реля 1967 г. с искусственного спутника Зем л и «К осм ос-144» на 655-м витке, причем расстояние от поверхности Зем ли до спутника составляло 625 км. С помощ ью деш иф ровки инф орм ации бы ла построена к а р т а поля тем п ер а­ туры ю го-восточной части Тихого океан а, где наиболее резко вы ­ р аж ен ы зоны ан тарктической, субтропической конвергенции и суб­ антарктической дивергенции. Н а к ар те (рис. IV. 12) весьм а н а­ глядно видно располож ени е границ гидрологических «фронтов»

и м аксим ального вы носа антарктических айсбергов из морей Б ел л и н сгау зен а и А мундсена. Н есм отря на весьм а сложную структуру поля тем пературы, ее абсолю тны е значения вдоль 100-го м еридиана близки к средним данны м меридионального распределени я тем пературы воды д л я осени ю жного полуш ария, приведенным в М орском атласе.

И зо б р аж ен и е ледяного покрова в районе Н овосибирских ост­ ровов, полученное 28 июня 1968 г. с И С З «Космос-226» и деш иф Рис. IV.11. Карта поля штормового волнения, полученная с ИСЗ «Космос-144» 11 апреля 1967 г.

Зона штормового волнения имеет форму эллипса, вытянутого в направ­ лении ветра. Цифры — высота ветровых волн, м.

р и рованное с помощью методов интерпретации, разработан н ы х в А А Н И И, явл яется весьм а убедительны м примером, насколько полны е и исчерпы ваю щ ие сведения о л ьд ах мож но получить при использовании спутников (рис. IV. 13).

Д л я контроля этой интерпретации были взяты данны е ледовой ави ар азвед ки, выполненной в том ж е районе 28— 29 июня 1968 г.

И зо б р аж ен и е с И С З позволяет уверенно вы делять границы л е д я ­ ного покрова, области неподвижного и дрейфую щ его л ьд а, опре­ д ел я т ь сплоченность дрейф ую щ его л ьд а и некоторы е другие х а ­ рактеристики.

О тр а ж ате л ь н ая способность различны х форм льд а и его о б р а­ зо ван ий неодинакова, и на телевизионны х сним ках они р а зл и ч а ­ ю тся по яркости изображ ений. Я ркость снимка м еняется так ж е в зависимости от сезона года. Зимой о тр аж ател ь н а я способность 90°з.д.

Рис. IV. 12. Карта изотерм на поверхности океана, построенная по данным эффективной температуры, полученным с ИСЗ «Космос-144».

л ьд а более вы сокая, чем весной и летом, когда л ед тает, тем неет и п окры вается слоем воды.

Д ругой пример использования спутниковой информ ации о л е ­ довы х условиях был -продемонстрирован во врем я п лаван и я «П ро­ фессора Визе» в антарктических водах на подходах к об сервато­ рии М ирный в д ек а б р е 1967 г. В виду полного отсутствия ф актиче­ ской инф орм ации о ледовы х условиях в этом районе океан а 2, а б в г д е Ж" и к Рис. IV. 13. Интерпретация ледяного покрова по изображению, принятому с ИСЗ «ЭССА-2» 28 июня 1968 г.

а — чистая вода;

б — лед сплоченностью 1—3 балла;

в — лед сплоченностью 4 — 6 баллов;

г — лед сплоченностью 7—8 баллов;

д — лед сплоченностью 9—10 баллов;

е — припай;

• ж — видимое поле льда;

з — облачность;

и — границы кромок и зон различной сплочен­ ности: к — сплоченность в баллах.

и 4 д ек аб р я были ш ироко использованы серии последовательны х снимков со спутника Зем ли «К осм ос-184». П осле привязки сним­ ков к местности и детального их ан ал и за были установлены гр а ­ ницы припая, районы льдов разной сплоченности. В последую щ ие дни дан ны е снимка, полученного со спутника «Космос-184» 10 д е ­ каб р я, подтвердили правильность ан ал и за, а с помощ ью данны х серии снимков от 15, 16 и 17 д ек а б р я бы ла уточнена л ед овая обстан овка в районе обсерватории М ирный. Это значительно об­ легчило условия п лаван и я «П роф ессора Визе» при подходе к бе­ регу.

Т аким образом, мож но считать, что ан ал и з телевизионны х снимков льдов и составленны е по этим данны м карты ледовой об­ становки п р ед ставляю т больш ую ценность, т а к к а к д аю т необхо­ дим ы й м атер и ал д л я составления или уточнения ледовы х прогно­ зов, а т а к ж е обеспечиваю т н авигацию в соответствую щ ем районе М ирового океана.

Н овое средство изучения океанических течений, в частности Гольф стрим а, появилось в связи с запуском метеорологического спутника СШ А «Нимбус-2» на близкую к полярной орбиту, совер­ ш аю щ его один оборот вокруг Зем л и приблизительно за 100 мин.

С путник оборудован телевизионной установкой и д вум я и н ф р а­ красны м и ради ом етрам и, позволяю щ ими по тепловом у излучению Зем л и получать снимки в ночное врем я. Д ан н ы е ф отограф ий, вы ­ полненны х с высоты 1100 км с помощ ью радиом етров с высокой разреш аю щ ей способностью, п о казал и некоторы е прим ечательны е особенности вод Г ольф стрим а в районе м. Х аттерас и на р ассто я­ нии около 1300 км к востоку от него. Хорош о п рослеж ивались теплы е, а на сним ках темны е, воды Гольф стрим а, ограниченны е с севера водами, тем п ература которы х иногда на 10° С бы ла ниже тем пературы воды этого теплого течения. В некоторы х случ аях об­ н ар у ж и вал и сь и несколько более холодны е воды С аргассова моря, располож енн ы е ю ж нее вод Г ольф стрим а. С опоставление данны х ф отограф ий, полученных со спутника, с данны м и судовых и сам о­ летны х наблю дений, выполненны х с помощ ью и н ф ракрасны х р ад и о ­ метров в одно и то ж е врем я, п о казал о хорош ее совпадение р е ­ зультатов.

Телевизионны е и зображ ен и я облачного покрова, черно-белы е | и цветны е ф отограф ии поверхности океан а, выполненны е с борта космических кораблей и автом атических м еж п ланетны х станций, п редставляю т больш ой научны й интерес, т а к к а к позволяю т исполь­ зовать качественно новую инф орм ацию д л я реш ения р яд а науч­ ных и практических зад ач, а та к ж е получать важ н ы й исходный м атер и ал д л я составления гидрологических прогнозов. Ц ветны е ^ ф отограф ии из косм оса даю т возм ож ность судить о круп н ом ас­ ш табны х процессах на поверхности М ирового океан а и в зн ачи ­ тельной степени пополняю т и обогащ аю т м атери алы наблю дений, получаем ы е с сам олетов, надводны х и подводны х научно-исследо­ вательских судов и ап п аратов, различного рода специальны х п л а т ­ форм и А БС.

Эпизодические наблюдения Эпизодические наблю дения п роводятся в основном в ц елях по­ лучения необходимы х данны х о распределении ком плекса гидро­ м етеорологических элем ентов или какого-либо одного ком понента р еж и м а м оря в определенном рай он е за соответствую щ ий, ж е л а ­ тельно наиболее короткий, период времени. Т акие разовы е океан о­ граф ические съем ки п роизводятся одним или одноврем енно не­ сколькими судам и. К эпизодическим наблю дениям та к ж е относится выполнение р азовы х или многочасовых океанограф ических станций д л я вы яснения влияни я отдельны х гидром етеорологических эле- ментов на реж им водного бассейна. Эти наблю дения часто при­ урочиваю тся к мом ентам резких изменений погодных условий или состояния моря. Рекогносцировочны е обследования судном соверш енно неизученного или м алоизученного рай он а м оря так ж е относятся к эпизодическим, наблю дениям. Эпизодические н аб лю ­ д ен ия проводятся обычно в оперативны х ц елях д л я обеспечения гидром етеорологическими данны м и народнохозяйственны х орган и ­ заций, а та к ж е д л я составления морских гидрологических прогно­ зов или расчетов и их проверки.

Попутные гидрометеорологические исследования П опутные гидром етеорологические и сследования проводятся в ц елях сбора м атери алов, характери зую щ и х состояние атм осферы и гидросф еры на пути следования судна, а т ак ж е во врем я его стоянки или д рей ф а в откры том море или океане. П олученны е данны е о гидром етеорологическом реж им е района п лаван и я пере- ;

даю тся по радио в соответствую щ ие оперативны е органы Гидро­ м етслуж бы : Гидрометцентр, А А Н И И, УГМ С, где использую тся д л я составления метеорологических и гидрологических прогнозов, р азр аб о тк и, проверки и оценки их методов, а т а к ж е д л я р азл и ч ­ ных метеорологических и гидрологических расчетов. Д ан ны е по­ путных наблю дений, яв л яя сь массовыми, ш ироко использую тся д л я составления карт, атласов, справочны х пособий по гидром етео­ рологическому реж им у морей и океанов.

Попутные наблю дения проводятся всеми судам и М инистерства i морского ф лота и М инистерства рыбной промы ш ленности, ко­ р аб л ям и и вспом огательны м и судам и Военно-М орского ф лота, а т ак ж е экспедиционны ми судам и всех ведомств — ги дрограф иче­ скими, учебны ми и судам и-базам и.

В зависим ости от зад ач, района п лаван и я судна и его типа по­ путные гидром етеорологические наблю дения проводятся: судовыми гидром етстанциям и I, II и III разр яд о в, группой специалистов гидром етеорологов, приком андированны х на судно, и ш тур­ м анским составом судна, предварительно прош едш им курсы ;

ги дром етнаблю дателей в порту приписки судна. О рган и зац и я н а ­ блю дений, вы полняем ы х ш турм анским составом, производится непосредственно Г идрометслуж бой.

П ри наличии на судне станции I р а зр я д а с миним альны м со­ ставом четы ре-пять гидром етеорологов, кром е стандартн ы х н аблю ­ дений, проводимы х 8 раз в сутки: 0, 3, 6, 9, 12, 15, 18 и 21 ч по гринвичскому времени, вы полняю тся дополнительны е и сп ец и аль­ ные наблю дения по особой п рограм м е в зависим ости от зад ач рейса, района п лаван и я и типа судна. С удовы е гидром етстан ции I р а зр я д а обычно организую тся на больш их научно-исследо­ вательских суд ах всех ведомств, крупных промы словы х и ры бо­ ловны х су д ах -б азах и на некоторы х других судах, выполняю щ их специальны е зад ан и я или работы. Судовой гидром етстанцией II р а зр я д а, обычно состоящ ей из двух человек, проводятся стан ­ д артн ы е гндром етнаблю дения. В случае ее отсутствия на данны й рейс д л я вы полнения этих р аб от н ап р ав л яется группа гидром етео­ рологов. И ногда, кром е стандартн ы х наблю дений, ими вы пол­ няю тся дополнительны е или специальны е наблю дения по особой програм м е. Судовыми станциям и I II р а зр я д а или ш турм анским составом п роводятся только стандартн ы е гндром етнаблю дения 4 р а з а в сутки: 0, 6, 12 и 18 ч по гринвичскому времени. В состав стандартн ы х наблю дений входят наблю дения за атм осферны м д авлением и атм осф ерны м и явлениям и, видимостью, тем пературой и ‘ влаж н остью воздуха, скоростью и н аправлением ветра, тем пе­ ратурой поверхностного слоя воды, волнением, ледяны м покровом, поверхностны ми течениями и свечением моря. К ром е того, прово­ д ятся наблю дения за опасны ми и особо важ ны м и гидром етеороло­ гическими явлениям и, а т ак ж е осущ ествляется ф отограф ирование наиболее интересны х гидром етеорологических явлений.

Д ополнительны м и наблю дениям и являю тся: аэрологические, актинометрические, градиентны е, озонометрические. К ним ж е от­ носится составление синоптических к а р т и прогнозов погоды, вы ­ полнение океанограф ических и гидрохимических раб от и р азл и ч ­ ного рода других гидром етеорологических Наблюдений.

П р о гр ам м а специальны х наблю дений состоит из проверки и отработки новых методов наблю дений за метеорологическими и гидрологическими элем ентам и, испытаний усоверш енствованны х или новых м етеорологических и океанограф ических устройств, установок, самописцев, приборов и различны х раб от методического или эксперим ентального х ар ак тер а.

7 Морская гидрометрия ГЛ А В А V ИЗМЕРЕНИЕ ГЛУБИН (ПРОМЕР) И зм ерение глубин моря и картирован и е рельеф а д на являю тся чрезвы чайно важ ны м и практическим и зад ач ам и, которы е успеш но реш аю тся в настоящ ее врем я с помощ ью различны х приборов и устройств. И зучение рельеф а мелководны х районов необходимо д л я обеспечения безопасности м ореплаван и я, д л я промы словы х р аб от (лов рыбы, добы ча морских водорослей) и других важ ны х отраслей хозяйственной деятельности. П ром ер глубоководных районов позволяет получить данны е д л я расчета и правильной прокладки подводных телеграф н ы х кабелей.

Зн ан и е р ельеф а морского д на очень важ н о д л я наук, зан и м аю ­ щ ихся изучением строения земной коры, так к а к причины, обус­ ловивш ие то либо иное строение рельеф а, одинаковы к ак для суши, так и д л я океана. Н еобходимы данны е пром ера и при иссле­ д овани ях терм одинам ики морей и океанов, так к ак рельеф дна о казы вает значительное влияние на хар актер течений и процессы перем еш ивания водных масс.

Л о ж е М ирового океан а принято делить на четы ре части:

1) м атери ковая отмель, или ш ельф (0— 200 м ), 2) материковы й склон (200— 3000 м ), 3) ло ж е океан а (3000— 6000 м ), 4) глубоководны е впадины (свы ш е 6000 м ).

П о сравнению с сушей рельеф д на океанов более сглаж ен.

Это объясняется влиянием течений, непреры вны м осаж дением органических и неорганических частиц, а так ж е более сильными процессами разруш ен ия химического, биологического и р ад и о ­ активного х ар ак тер а.

П ервы е сведения о пром ере мож но найти в «Естественной исто­ рии» П линия С тарш его (23 г. до н. э. — 79 г. н. э.). П опы тка и з­ мерения глубины бы ла предпринята М агеллан ом в Тихом океане в 1521 г. П опы тка бы ла неудачной — лот не достиг дна. Д о конца средних веков практически повсеместно господствовало мнение, опиравш ееся на авторитет А ристотеля, что океаны являю тся б ез­ донными пропастям и. Д о к азы в ая обратное и отм ечая необходи­ мость промеров, в 1763 г. Л омоносов писал в своем труде «О слоях земных»: «Дно морское из числа земной поверхности подобно вы ­ клю чить не мож ем, к а к верш ин гор превысоких, человеку недо ступных, лесов густых превеликих, в коих от веку неслы хан голос разум ной твари, и зем ель под обоими полю сами леж ащ и х, где беспрестанно свирепствую щ ая стуж а не терпит человеческом у роду странноприим ства».

П ервы й успеш ный морской промер в России был выполнен иа Б а й к а л е К арелины м, С метанины м и К опы ловым в 1798 г.

И зм ер ен н ая ими м акси м ал ьн ая глубина состав л ял а 1238 м.

В 50— 60-х годах XIX в. в связи с п редполагаем ой прокладкой ! тран сокеан ских телеграф н ы х кабелей н ачались систематические глубоководны е промеры. И нициатором их был М ори. Вместо обыч­ ного лотлиня использовался тонкий ш нурок, вместо лота — пуш еч­ ное ядро. О днако метод о к а зал ся неудачны м: измеренны е глубины составляли свыш е 10 000 м (лейтенант У эльш ), свыш е 12 000 м (лейтенант Б ер р и м ен ), около 14 000 м (кап итан Д е н г а м ), свыше 15 000 м (лейтенант П а р к е р ), м еж ду тем, по современны м д а н ­ ным, все эти изм ерения проводились", на г л у б и н а х,’.б л и зки х к 500 м.

В 1853 г. помощ ником М ори мичманом' Б руком был сконструи­ рован лот с сам осбрасы ваю щ им ся грузом. В основу, конструкции бы ла зал о ж е н а идея, в ы с к аза н н ая ещ е П етром I и и спользованная I им при пром ере в К аспийском море в 1715— 1717 гг. К роме авто j м атически сбрасы ваю щ егося груза, лот имел полую трубку, з а ­ полненную салом, которая при достиж ении д на за х в а ты в а л а об­ р азе ц грунта. Т ак слож и лся способ пром ера, получивш ий у отече­ ственных исследователей н азв ан и е «ам ериканский». В следствие того, что он б ы л' очень неточен, его использовали в комбинации с косвенны м способом — измерением пройденного лотом пути по отсчету специальной вертуш ки, известной под н азванием в ер ­ туш ки Б а у э р а —М ори.

В эти ж е годы получил распространение и другой о р и ги н ал ь ­ ный способ пром ера, предлож енны й русским физиком Л енцем и использованны й во врем я кругосветного п лаван и я шЛюпа «П ред­ приятие» (1823— 1826 гг.). Л енцем под руководством проф ессора П а р р о т а бы ла сконструирована сп ец и альн ая леб ед ка с автом ати ­ чески действую щ им тормозом, которы й ср аб аты в ал при д ости ж е­ нии лотом д на. Л ен ц учиты вал та к ж е кривую, образуем ую л о тл и ­ нем вследствие д р ей ф а промерного судна.

В 1868 г. способом Л ен ц а был проведен глубоководны й промер Ч ерного м оря на корвете «Л ьвица» под ком андованием капитан л ей тен ан та К ума ни.

В 1872 г. Томсоном, одним из учредителей И ндо-Европейской телеграф н ой ком пании, был получен патент на промерную л е ­ бедку с автом атическим торм озом и проволочны м лотлинем. Л е ­ бедка Томсона успеш но и сп ользовалась при п ром ерах в океан о­ граф ической экспедиции на Ч ерном море в 1890— 1891 гг., р а ­ ботавш ей под руководством Ш пиндлера.

О бъем глубоководны х промерны х р аб от значительно возрос в конце XIX и в н ач ал е XX в. в связи с массовой прокладкой телеграф н ы х кабелей. Б ати м етри ч еская к а р та М ирового океана, 7* составлен ная в 20-х годах XX в., основы валась на данны х более 17 тысяч измерений.

И дея использования эха д л я изм ерения глубины м оря в ы ска­ зы вал ась давно. О днако первы е попытки, предприняты е Бонни кестлем, К олладоном, М ори и другим и исследователям и, оказал и сь безуспеш ными.

П ервы е эхолоты появились в 1918— 1920 гг. почти одновре­ менно в нескольких странах: в Германии (эхолот Б е м а ), во Ф ран ­ ции (эхолот с самописцем конструкции М ар ти ), в А мерике (эхо­ лот Ф ессендена). В 20-х го­ д а х были созданы первые ультразвуковы е эхолоты (Л ан ж евен, Ш иловский, Ф л ори ссон ).

В н астоящ ее врем я эхо­ лоты различны х систем я в ­ ляю тся основным средст­ вом проведения промерны х р аб от в откры том море.

П ринцип действия эхо­ лота зак л ю ч ается в следую ­ щем. Если в воде непосред­ ственно у поверхности воз­ будить каки м -ли бо образом звуковы е колебания, то вол ­ на, расп ростран яясь в вод­ ной среде, достигнет д на и, отразивш ись от него под уг­ лом, равны м углу падения, снова вернется к поверхно­ сти. Если считать скорость Рис. V.I. Схема измерения глубины с по распростран ен ия волны по­ •мощью эхолота.

стоянной, то по пром еж утку времени, прош едш ему от момента излучения волны до момента ее возвращ ения, мож но су-, дить о глубине моря в данной точке.

Т ак к ак отраж ен ие волны происходит под некоторы м углом, излучатель и приемник эхолота разн осят на некоторое расстояние, н азы ваем ое базой.

П редполож им, что и злучатель эхолота находится в точке (рис. V. 1), а приемник в точке 1. Р асстоян и е м еж ду точкам и (б аза эхолота) 21. Звуковой импульс, посы лаемы й излучателем, о т р а ­ ж а ется от морского д на в точке 3. О бозначив через 2 5 расстояние, проходимое звуковы м импульсом, через v — скорость расп ростран е­ ния звука в воде и через т — врем я, прош едш ее м еж ду излучением и приемом импульса, мож но записать:

с 5 = ^ от.

В еличина 5 яв л яется гипотенузой прям оугольного треугольника.

О тсю да легко о п ределяется z\ z= ^ 72, 1/ или О днако вследствие того что и злучатель и приемник эхолота н а ­ ходятся не на поверхности воды, а на некотором расстоянии от нее:

z Q h 2— h u = дей ствительн ая глубина м оря в точке определится из следую щ его вы раж ен и я:

H — z - \ - z о= ’] / Г{~2~^ — Р hi).

П о п р ав ка эхолота на величину базы Д г = 5 - г = 5 - У S 2 - / 2= 5 (1 - ] / 1 - (- J - )2 ) с увеличением глубины постепенно ум еньш ается, а на некоторой глубине практически ею мож но пренебречь.

Р асч етн ая скорость распростран ен ия зв у ка в воде v обычно со­ ставл я ет 1500 м/с.

О б щ ая конструкция больш инства систем эхолотов состоит из следую щ их основных блоков:

1) и зл у чател я звуковы х колебаний, 2) прием ника, 3) б лока усиления и п реоб разован и я сигнала, 4) реги стратора.

В качестве и злучателя могут и спользоваться разли чн ы е преоб­ р азо в ател и электрической энергии в механическую, принцип д ей ­ ствия которы х основан на м агнитострикционном эф ф екте либо на пьезоэф ф екте.

М агнитострикционны й эф ф ект зак л ю ч ается в том, что некоторы е ф ерром агнитны е м атери ал ы под воздействием переменного м а г­ нитного поля могут изм енять свои линейны е разм еры и форму.

Т аким и м атер и ал ам и явл яю тся никель, к о б ал ьто в ая сталь и неко­ торы е другие. И зм енения их разм еров, вы званны е магнитным полем, чрезвы чайно малы. Т ак, никелевы й брусок длиной 1 м в м агнитном поле напряж енностью 280 Э ум еньш ает свою длину лиш ь на 26,4 мк.

К а к правило, в м агнитострикционны х эхолотах использую тся никелевы е излучатели. К онструктивно они п ред ставляю т собой набор п ластинок определенной формы, собранны х в плотны е п а ­ кеты (рис. V.2 ). Т олщ ина п ластинок 0,15— 0,3 мм. Ш там пую тся пластинки из оксидированны х и отож ж енны х (для уменьш ения потерь на токи Фуко и гистерезис) листов никеля. В ш там повках имею тся специальны е окна, которы е после сборки в пакеты о б р а­ зую т прорези д л я обмоток возбуж дения. С обран н ая конструкция пом ещ ается в герметизирую щ ий корпус таким образом, что вибри­ рую щ ая сторона никелевого п акета, п р ед ставл яю щ ая собой уп ру­ гую мем брану, сопри касается с водой. Концы обмоток во зб у ж д е­ ния вы водятся из корпуса и злучателя с помощью ка б е л я через уплотняю щ ий сальник.

б) R Высоковольтный L _ | источник тока гс О L Обмотка излучат еля Рис. V.2. Магнитострикционный вибратор.

общ ий вид, — схем а возбуж дения.

а— б Д л я возбуж дени я переменного магнитного поля прим еняю т различны е схемы. Н аиболее простой из них явл яется т а к н азы ­ ваем ы й контур ударного возбуж дения, состоящ ий помимо обмотки и злучателя L из конденсатора С, р азр я д н и к а Р и вы соковольтного источника тока (рис, V.2 6 ).

В исходном состоянии конденсатор С за р я ж е н до высокого н а ­ пряж ени я (п орядка 1 кВ ) от высоковольтного источника через ограничительное сопротивление R. П ри срабаты ван и и р а зр я д ­ ника Р конденсатор р а зр я ж а е т с я на обмотку и зл учател я, но, вследствие того что обм отка о б л а д а ет индуктивностью L, процесс р а з р я д а носит колебательн ы й х ар а к тер (затухаю щ и е колебан и я в п ар ал л ел ьн о м L C -контуре). Ч асто та этих колебаний зависит от значений L и С и д л я данного и зл учател я м ож ет быть подо­ б р ан а изменением емкости С. Д ли тельн ость р а зр я д а п оряд ка 0,001— 0,002 с.

К ром е магнитострикционны х излучателей, в ряд е эхолотов использую тся излучатели п ьезоэлектрического типа. Суть пьезо­ эф ф екта зак л ю ч ается в том, что некоторы е м атери ал ы меняю т свои линейны е р азм еры под воздействием электрического поля.

К таким м атер и ал ам относятся кварц, сегнетова соль, ти тан ат б ар и я и др.

Е сли по обе стороны кварц евой пластинки укрепить м етал л и ­ ческие о б кл ад ки и п одавать на них перем енное электрическое н а ­ пряж ени е, то в возникш ем Переменном поле к в ар ц начнет вибри­ ровать с частотой, равной частоте поля, со зд ав ая звуковы е ко ­ л еб ан и я в среде.

В первы х м оделях пьезоэлектрических ультразвуковы х эхоло­ тов д л я возбуж дени я колебаний использовались кварц евы е п л а ­ стины. О днако прим енение к в ар ц а о казал о сь м алоэф ф ективны м, и в д ал ьн ей ш е м ’ п ьезоэлектрические эхолоты не получили ш иро­ кого распространения. Л иш ь в последнее врем я в связи с п оявл е­ нием новых м атери алов: ти тан ата б ари я и ц ирконата свинца, вновь начались р азр аб о тк и эхолотов такого типа. М ногие из но­ вых моделей очень успеш но зареком ен д овал и себя и были зап у ­ щены в серийное производство. В аж н ы м достоинством пьезо­ электрических эхолотов по сравнению с магнитострикционны ми яв л яется возм ож ность работы на более вы соких частотах, а в связи с этим и некоторы ми другим и причинами легче м ож ет быть осущ е­ ствлена н аправленность действия вибраторов.

Н аправлен н ость действия яв л яется чрезвы чайно важ н ы м ф ак то­ ром, влияю щ им на точность производим ы х измерений. П ервы е модели эхолотов, источником колебаний в которы х являли сь взры в, у д ары электрическим или пневм атическим молотом о мем брану, часто д ав ал и неверны е результаты, вследствие того что звуковая волна р асп р о стр ан ял ась по всем н ап равлен иям, и лот ф актически изм ерял расстояние до бли ж айш его отраж аю щ его объекта.

У н ап равлен ны х и злучателей волна расп ростран яется довольно узким конусом, угол при верш ине которого м ож ет быть рассчитан по ф ормуле 2 a = 2О r c s i n о a а,, где X — дли н а излучаем ой волны, d — диам етр излучаю щ ей п оверх­ ности.

П рием отраж енной от морского д на волны производится спе­ циальны м и приемными вибраторам и. Принцип их действия зак л ю ­ чается в том, что м агнитострикционны е и пьезоэлектрические м атери алы о б ладаю т обратны м и свойствами, т. е. при воздействии механических нап ряж ени й меняю т свои м агнитны е или электри че­ ские характеристики. Так, зв у ко в ая волна, механически воздействуя на никелевы й брусок, меняет его м агнитное состояние, вы зы вая в обмотке переменную э. д. с. с частотой, равной частоте волны.

О братны й пьезоэлектрический эф ф ект зак л ю ч ается в появлении р азн оп олярн ы х зар яд о в на об к л ад к ах колеблю щ ейся пластинки, т. е. практически в появлен ии такой ж е переменной э. д. с. К он­ структивно приемные ви браторы обычно вы полняю тся т а к ж е, к а к и излучаю щ ие.

П ерем ен н ая э. д. с., возни каю щ ая в приемном вибраторе, уси ­ ливается электронны м усилителем резонансного типа, вы полнен­ ным на л ам п ах либо полупроводниковы х элем ентах.

Р еги стр ац и я результатов измерений м ож ет производиться двум я способами:

1) индикация глубины с помощью у к а зател я ;

2) запись проф иля на специальной бумаге.

У казател ь глубины состоит из легкого диска с неоновой л а м ­ почкой, вращ аю щ егося с постоянной скоростью, и неподвижной ш калы, оциф рованной в метрах. В момент прохож дения лампочкой нулевой отметки ш калы ср аб аты в ает р азр яд н и к и зл учател я "и в среду посы лается звуковой импульс. З а врем я прохож дения им пульса до д на и обратно диск с лам почкой успевает повер­ нуться на некоторый угол. Л ам п оч ка подклю чена ко вторичной обмотке выходного тран сф орм атора усилителя, и отраж енны й от д на импульс зас тав л я ет ее вспы хивать на короткое время.

П олож ение вспыхнувш ей лам почки м ож ет быть отсчитано по непод­ виж ной ш кал е у к азател я.

Т ак к а к вращ ени е д иска происходит непреры вно и с высокой скоростью, последовательны е вспыш ки лам почки вследствие инер­ ционности зрения наблю даю тся к а к постоянное свечение в опре­ деленном месте ш калы.

М омент посылки звукового импульса, т. е. отсчет «нуль», так ж е фиксируется приемником эхолота, заставл яю щ и м вспы хивать л а м ­ почку у к а за т е л я. Тем самы м при проведении наблю дений на ш кал е у к а зат ел я постоянно фиксирую тся д ве отметки.

У больш инства систем эхолотов с целью сниж ения помех при изм ерениях на м алы х глубинах предусмотрено «гаш ение нуля».

Н епреры вн ая запись проф иля д на на специальной бум аге мо­ ж ет осущ ествляться автом атически врем я-им пульсны м сам опис­ цем. С ущ ествует д ва основных типа самописцев: с дуговой и с прямоугольной ф орм ам и записи. П ринцип действия первого из них зак л ю ч ается в том, что регистрируем ы й пром еж уток в р е­ мени п реоб разуется в угол поворота записы ваю щ ей стрелки, д ви ­ ж ущ ейся по бумаге. В сам описцах с прямоугольной формой записи с помощ ью одновитковой спирали производится линейная р а зв е р т к а ш калы глубин поперек рулона дви ж ущ ей ся бумаги.

О дновитковая спираль зак реп л ен а на вращ аю щ ем ся б араб ан е, приж атом к дви ж ущ ей ся бумаге, и в каж д ы й момент времени ка сается бум аги только одной тачкой. Ч ем больш е пром еж уток в р е­ мени, прош едш ий от н ач ал а развертки, тем д ал ьш е располож ена точка к асан и я от нуля ш калы.

Во врем я-им пульсны х сам описцах п рим еняется спец и альн ая б у м ага двух типов:

1) электрохи м и ческая и 2) электротерм ическая.

Э лектрохим ическая бум ага при производстве записи дви ж ется j м еж д у вр ащ аю щ ей ся спиралью (или дви ж ущ ей ся по дуге стрел­ кой) и неподвиж ной м еталлической линейкой. П ри подаче на цепь лин ейка— спираль им пульса р а з р я д а с вы хода усилителя в точке к асан и я происходит электрохи м и ческая реакц ия, п риводящ ая к почернению бумаги. В следствие того что процесс изм ерения гл у­ бин происходит непреры вно, а б ум ага д ви ж ется с относительно небольш ой скоростью, точки расп ол агаю тся последовательно друг з а другом, ф актически п р ед став л яя собой непреры вную линию проф иля морского дна.

' П осы лка звукового- им пульса осущ ествляется в момент про­ хож дения спиралью (или стрелкой) нулевой отметки ш калы глубин.

И з врем я-им пульсны х самописцев с электрохимической бумагой н аи более известны: сам описец эхолота Н Э Л -4 и сам описец фото­ телеграф н ого ап п ар ата Ф ТАК-2П «Л ад ога», прим еняю щ ийся рядом орган и зац ий д л я изм ерения глубин.

Э лектротерм ическая бум ага более распростран ен а в соврем ен­ ных эхолотах. О на состоит из трех слоев: м еталлизированной под­ лож ки, токопроводящ его граф итового слоя и тонкой серой бумаги, налож енной на граф итовы й слой. П ри прохож дении электри че­ ского им пульса верхний слой бум аги в точке касан и я п рож и гается и на светло-сером фоне п оявл яется черн ая точка.

П ри пром ере эхолотам и всегда необходимо учиты вать ряд важ н ы х методических поправок:

1) п оправку на отклонение скорости зв у ка от принятой р а с ­ четной;

2) поправку на отклонение величины базы от расчетной;

3) п оправку на глубину погруж ения вибраторов;

4) п оправку на отклонение скорости вращ ени я исполнитель­ ного д ви гател я от нормальной.

О тклонение скорости зв у ка от принятой при расчете эхолота вносит ошибку, заклю чаю щ ую ся в изменении врем ени п рохож д е­ ния звукового им пульса до д на и обратно при одной и той ж е глубине места.

П о п р ав к а A z v м ож ет быть определена по ф ормуле где vq — р асчетн ая скорость распростран ен ия звука;

v m — ф ак ти ­ ч еская скорость;

2 — глубина, и зм еренн ая при расчетной скорости.

Ф актическая скорость определяется на основании данны х о тем пературе и солености, т. е. промерны е работы всегда долж ны соп ровож даться стандартны м и океанограф ическим и наблю дениям и на фиксированны х горизонтах.

С корость зв у ка на горизонте наблю дений находится по т а б л и ­ цам. Ф актическая скорость по всем у слою находится к а к среднее взвеш енное значение из всех полученных величин:

У \Р \ + У чР2 + • + v'nPn ^ liV P 2Р Р\ + Р2 + + Рп где v — среднее из скоростей звука на двух см еж ны х горизонтах;

р — вес каж д ого значения v, равны й толщ ине слоя воды м еж ду см еж ны ми горизонтами.

П о п р авка на отклонение величины базы от расчетной особенно необходима при наблю дениях на м алы х глубинах. П риближ енную величину поправки мож но рассчитать по ф ормуле Д г, = - ^ А /,’ Z где 10 — р асчетн ая величина базы ;

г — глубина, и зм еренная эхо­ лотом;

А/ — р азн и ц а м еж ду ф актической и расчетной величинами базы.

Глубина п о гр у ж ен и я 'в и б р а то р о в определяет «нуль», относи­ тельно которого отсчиты вается расстояние до дна. П оп равка на глубину погруж ения вводится в виде разности м еж ду осадкой к о р аб л я Н и превыш ением уровня располож ени я вибраторов н ад килем /г:

b.zH= H — h.

П ри отклонении скорости вращ ени я исполнительного д в и га­ теля, приводящ его в движ ение диск у к а зател я или спираль сам о­ писца, от нормальной скорости, д л я которой рассчитана ш к ал а, т а к ж е вводится м етодическая п оправка, рассч и ты ваем ая по ф ор­ муле где 2 — и зм еренная глубина;

п — ф актическая скорость дви гател я;

щ-— н ор м ал ьн ая скорость дви гателя.

В некоторы х эхолотах предусмотрен специальны й регулятор скорости вращ ения.

В аж ной методической поправкой, особенно при пром ере в при­ бреж ной части моря, явл яется п оп равка на приведение к нулю глубин, св язан н ая с колебан и ям и уровня воды. К ак правило, т а к а я п оп равка вводится на основании данны х наблю дений береговы х водом ерны х постов.

Серийно вы пускаем ы е отечественны е эхолоты по их н азн ач е­ нию мож но разд ел и ть на следую щ ие типы:

1) промерны е (П Э Л ), 2) речные (Р Э Л ), 3) навигационны е (Н Э Л ), 4) глубоководны е (Г Э Л ).

Промерные эхолоты Эхолот ПЭЛ-1 (рис. V.3) п редназначен д л я измерения _ и записи на электротерм ическую бум агу глубин водоемов в д и а п а ­ зоне 0,3— 300 м. П рибор имеет две ш калы : 0 — 40 и 0 — 200 м.

С м ещ ение ш кал мож ет осущ ествляться ф ази рую ­ щ им устройством,' прин­ цип действия которого основан на опереж ении посылки звукового и м ­ п ульса на пром еж уток времени, соответствую ­ щий д л я первой ш калы 20 м, д л я второй ш калы 100 м. Тем самы м д и а п а ­ зон изм ерения см ещ ается следую щ им образом : пер­ в а я ш к ал а 20— 60 м, вто­ р а я ш к ал а 100— 300 м.

М асш таб записи при этом не изм еняется.

Р и с. V.3. С х ем а э х о л о т а П Э Л -1.

М — д в и га те л ь, К С — коробка ско­ ростей, Л — л и нейка, Б — барабан с о с п и р а л ь ю, Ки Кг, Кг — у п р а в л я ­ ю щ ие ко н та кты, В И — вибратор и з­ лучаю щ ий, В П — вибратор прием ­ ный.

С редняя погреш ность прибора после введения постоянных по­ правок:

при глубине до 15 м — 0,1 м, 15— 25 „ — 0,2 „ „ „ 25— 50 „ — 0,3 „ „ „ 50— 100 „ — 0,6 „ 100— 300 „ — 1,5 „ И зм ерен и я с помощ ью эхолота П Э Л -1 могут производиться к а к на стоянке, так и на ходу судна.

К ом плект прибора состоит из врем я-им пульсного самописца, д вух вибраторов, соединительны х кабелей и зап асны х деталей.

В нутри сам описца находится регистрирую щ ий м еханизм с зап и ­ сы ваю щ ей спиральной струной, м еханизм уп равлен ия посы лками у л ьтразвуковы х сигналов и усилитель. Д л я регистрации исполь­ зуется электротерм ическая бум ага типа ЭТБ-2. В ибраторы эхолота выполнены из пакетов никелевы х пластин.

Скорость распростран ен ия звука, на которую рассчитан эхо­ лот П Э Л -1, 1400— 1568 м/с. О тклонение фактической скорости от у казан н ы х пределов м ож ет быть учтено соответствую щ им и зм е­ нением скорости вращ ени я б ар аб ан а сам описца с помощ ью спе­ циального регулятора.

П итание прибора осущ ествляется от источника постоянного тока нап ряж ени ем 24 В.


Малогабаритный эхолот П Э Л -2 предназначен д л я установки на ш лю пках, к а тер ах и гидрограф ических судах и позволяет и зм е­ рять глубины в д и ап азон е от 0,2 до 40 м.

П рибор состоит из забортного об текателя с вибраторам и, уси ­ лителя, источника питания — аккум уляторной батареи н ап р я ж е­ нием 24 В, реги стратора, совмещ аю щ его у к а зател ь глубины и самописец, и соединительны х кабелей.

Скорость распростран ен ия звука, на которую рассчитан эхо­ лот, 1462 м/с.

А втом атическая запись проф иля д на производится на электро­ термической бумаге.

Речные эхолоты Переносный эхолот РЭ Л -6 предназначен д л я производства про­ мерных р аб о т на реках, озерах и водохранилищ ах. В ком плект прибора входят: излучаю щ ий и приемный вибраторы, усилитель, у к а зател ь глубины, блок питания, п реоб разовател ь питания и к а ­ бельны е коробки.

В качестве у к а зател я глубины применен стрелочный и нди ка­ тор м агнитоэлектрического типа. Ш к ал а у к а за т е л я оциф рована д л я д и ап азо н а 0— 50 м. Ц ена деления 0,5 м.

Р асч етн ая скорость распростран ен ия звука 1450 м/с.

П итание прибора осущ ествляется от источника постоянного то ка н апряж ением 110 или 24 В (м ож но от судовой сети, если ее п ар ам етр ы соответствую т указан н ы м выш е) через п реоб разо­ ватель питания. П ри наличии сети переменного тока напряж ением 127 В, частотой 50 Гц прибор вклю чается непосредственно в сеть.

Ч асто та посы лок звуковы х импульсов зад ается специальны м генератором и м ож ет м еняться в п ред елах 10— 15 с-1.

Портативный переносный эхолот «Я зь» предназначен д л я ры бо­ промы словы х целей, но прим еняется та к ж е при ги дрограф иче­ ских, научно-исследовательских и навигационны х раб отах. Р еги ­ страци я данны х производится с помощью самописца. Схема прибора выполнена на полупроводниковы х элем ентах. П итание осущ ествляется от источника постоянного тока н апряж ением 6 В.

М ак си м ал ьн ая и зм еряем ая глубина 160 м. Р азр еш аю щ а я способ­ ность 0,5 м. Р аб о ч а я частота вибраторов 85 кГц.

Э холот «Язь» мож но у стан авл и вать на п лавсред ствах с вы ­ сотой борта не более 1,5 м и эксп л уати ровать при скорости хода судна до 2 узлов.

Навигационные эхолоты Навигационный эхолот Н ЭЛ-3 предназначен д л я измерения глубин в д и ап азо н е О—500 м с п одди ап азон ам и 0— 100 и 0— 500 м при расчетной скорости распростран ен ия звука 1500 м/с. Р аб о ч а я частота м агнитострикционны х вибраторов 21 300 Гц. П итание — бортовая сеть постоянного тока н ап р я­ ж ением 220, 110 или 24 В.

В ком плект эхолота Н Э Л -3 входят:

излучаю щ ий и приемный вибраторы, уси­ литель, у к а зат ел ь глубины, блок посы л­ ки сигнала, п р ео б разовател ь питания, электрический ф ильтр питания.

В ибраторы Н Э Л -3 (излучаю щ ий и приемный) конструктивно полностью аналогичны. Р азн и ц а м еж д у ними з а ­ клю чается лиш ь в способе подклю чения:

сердечник приемного ви б ратора раб о тает в реж им е постоянного подм агничивания.

Резонансны й лам повы й усилитель Н Э Л -3 обеспечивает усиление прин и м ае­ мого си гн ала в 5 - 105 с плавной регул и ­ ровкой коэф ф ициента усиления.

У казател ь глубины (рис. V.4) п ред ­ назн ачен д л я визуального отсчета р е ­ зу л ьтато в измерений. В соответствии с п одди ап азон ам и у к а зател ь имеет две неподвиж ны е ш калы : 0— 100 м с ценой деления 0,5 м и 0— 500 м с ценой д е л е ­ ния 5 м. П ри р аб оте прибора в п одд и а­ п азоне 0— 100 м подвиж ны й диск с нео­ Р и с. V.4. У к азател ь гл у­ бины эх о л о т а Н Э Л -3.

новой лам почкой в р ащ ается со скоро­ стью 450 об/мин, в подди ап азон е 0— 500 м — 90 об/мин. И зм енение скорости вращ ени я д иска дости­ гается путем подклю чения к обмотке электрод ви гател я последова­ тельного сопротивления 1000 Ом.

В корпусе у к а за т е л я глубины смонтированы органы у п р ав л е­ ния эхолотом и контрольны й вольтм етр. Б л о к посылки сигнала состоит из б атар еи конденсаторов общ ей емкостью 4 мкФ, посы­ лочного реле и резисторов. П осы лочное реле питается от судового нап р яж ен и я и предназначено д л я подклю чения батареи за р я ж е н ­ ных конденсаторов ( ~ 1 0 0 0 В) к обмотке вибратора.

П р ео б р азо вател ь питания сл уж и т д л я п реоб разован и я постоян­ ного н ап р яж ен и я судовой сети в перем енное н ап ряж ени е 120 В частотой 50 Гц и в постоянное н ап ряж ени е 1000 В д л я зар яд к и конденсаторов.

Ф ильтр питания п ред ставляет собой П -образны й электрический фильтр, используемый д л я защ иты судовой рад и оап п аратуры от помех, создаваем ы х работой эхолота.

Эхолот НЭЛ-4 (рис. V.5) яв л яется модернизированны м вари ­ антом эхолота Н Э Л -3 и п редназначен не только д л я регистрации глубины с помощ ью у к а зател я, но и д л я записи проф иля д на на ленте самописца. Д и ап азо н измерений 0— 500 м.

В ибраторы (излучаю щ ий и приемный) (В ), у к а зател ь глубины, усилитель (У) и другие блоки прибора Н Э Л -4 аналогичны соот­ ветствую щ им блокам у Н Э Л -3. Н овы м блоком яв л яется время импульсный самописец, имеющий две ш калы : 0— 60 м с ценой деления 1 м и 0— 300 м с ценой деления 5 м. Н а глубинах 60— и. 300— 500 м изм ерения могут производиться в п одди ап азон ах 40— 100 и 200— 500 м путем изм енения ф азировки прибора соот­ ветствую щ им переклю чателем. Зап и сь проф иля в самописце производится на влаж н ую электрохимическую бумагу, п ропи тан ­ ную иодистым калием. Ф орма записи — дуговая. По бум аге д ви ­ ж ется перо, поворачиваю щ ееся з а врем я прохож дения им пульса до д на и обратно на определенны й угол.

О дноврем енная р аб ота сам описца и у к а зател я глубины в эхо­ лотах типа Н Э Л -4 не предусмотрена.

Эхолот Н ЭЛ-5 явл яется дальнейш ей м о д ер н и зац и ей -Н Э Л -4.

Р азл и чи я заклю чаю тся в расш ирении д и ап азо н а измерений до 2000 м, в зам ен е конструкции сам описца, в усоверш енствова­ нии излучаю щ его и приемного вибраторов и некоторы х других блоков.

С ам описец прибора выполнен по принципу спиральной раз-, вертки ш калы. Зап и сь производится в прям оугольны х коорди натах I на электротерм ическую бум агу типа ЭТБ-2. В приборе две ш калы :

О— 200 м с ценой деления 1 м и 0— 1000 м с ценой деления 5 м.

Д ополнительны й п оддиапазон изм ерения 1000— 2000 м у стан авл и ­ вается с помощ ью ф азировки.

И злучаю щ ий и приемный вибраторы эхолота неидентичны.

Д л я повы ш ения мощ ности звукового им пульса излучаю щ ий ви­ братор имеет вдвое больш е пластин.

В у к а за т е л е глубины имеется д ве неподвиж ны е отсчетные ш калы : 0— 100 м с ценой деления 0,5 м и 0— 2000 м с ценой деле 1 ния 10 м. В д и ап азо н е 0— 100 м частота посы лок звуковы х им пуль­ сов р ав н а 450 в минуту, в д и ап азон е 0— 2000 м ^ - 2 2,5 имп/мин.

П итание эхолота Н Э Л -5 осущ ествляется от сети переменного то ка 127/220 В, 50 Гц или от сети постоянного тока 110/220 В при использовании п р ео б р азо в ател я ПО-5БО, входящ его в ком плект прибора.

Глубоководные эхолоты i Глубоководный эхолот Г Э Л -2 предназначен д л я записи про­ ф иля д н а на глубинах до 10 000 м. В д и ап азон е 500— 1000 м Р и с. V.6. С хем а эх о л о т а Г Э Л -2.

— м ото р, К С — ко р о б ка скор о сте й, Л — л и н е й ка, В — ба р аб а н, С п — М с п и р а л ь, У — у с и л и т е л ь, И Г — и м п у л ь с н ы й ге н е р а т о р, П П — п р и е м о п е ­ р е д а тч и к, Л У — п о д м а гн и ч и в а ю щ е е у стр о й ств о, / У — к о м м у т и р у ю щ е е устройство, В — виб раторы.

п редельн ая ош ибка измерений 2 %,.в диап азон е свы ш е 1000 м она составляет 1 % • • В ком плект эхолота входят д ва вибратора, приемопередатчик, накопитель, самописец и п реоб разовател ь питания типа ПО-1., Д л я повы ш ения мощ ности при излучении звуковы х импульсов и увеличения чувствительности при их приеме оба ви б ратора эхо­ лота соединены последовательно.

В блок п рием опередатчика (рис. V.6) входят усилитель сиг­ налов, импульсный генератор, подм агничиваю щ ее и ком м утирую ­ щ ее устройства.

И мпульсны й генератор созд ает пакеты незатухаю щ их к о л еб а­ ний длительностью 5, 10 или 25 мкс, п редназначенны е д л я в о з­ буж дения вибраторов. П одм агничиваю щ ее устройство ф ормирует импульсы постоянного тока д л я подм агничивания. К ом м утирую ­ щ ее устройство переклю чает вибраторы из реж и м а излучения в реж им прием а сигналов.

Н акопитель эхолота аккум ули рует энергию д л я питания анодов ламп.

С амописец ГЭ Л -2 по принципу действия аналогичен сам о­ писцу эхолота Н Э Л -5.

ГЛАВА VI ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ РАБОТЫ О тдельны е сведения о море и строении его д на встречаю тся в р аб о тах древних римских и греческих ученых и писателей.

В 4-0— 20 гг. до н. э. грек С трабон, а позднее, в I в. н. э., рим лянин С енека писали о том, что горны е породы, разр у ш аясь, уносятся в море и о ткл ад ы ваю тся в его прибреж ной зоне. И нтересны т ак ж е вы сказы ван и я о море древнерим ского ф илософ а-м атериали ста Л у кр ец и я, ж ивш его в 99— 55 гг. до н. э. В своем сочинении в сти­ хах «О природе вещ ей» он упом инает о сущ ествовании водооб­ мена м еж ду морем и сушей.

В 1527 г., через 5 лет после знаменитого, первого в мире к р у ­ госветного п лаван и я, соверш енного М агеллан ом, в И спании п ояви­ л ась п ер вая м о р ская к а р та, на которой крестикам и и точкам и были обозначены мели и рифы. О днако известно, что ещ е задолго до п оявления первой морской карты в разн ы х рай он ах земного ш ар а соверш ались д ал ьн и е морские походы. Н априм ер, уж е в X III— X IV вв. русскими м орякам и-п ом орам и был пролож ен м ор­ ской путь к Г рум анту (о. Ш пицберген) и Н овой Зем ле. Во врем я плаван ий они пользовали сь данны м и наблю дений за строением берегов и х ар актер о м грунта н а якорны х стоянках.


К концу XVI в. в р езул ьтате попутных наблю дений за грун­ там и морей и океанов, проведенны х многими экспедициям и, было у ж е достаточно сведений д л я издани я целого а тл а са морских карт.

П ервы й атл ас морских к а р т в прям оугольны х коорди натах, или м еркаторской проекции, появился в 1579 г.

В X V III в. н ач ал ась эпоха кругосветны х путешествий. М ногие государства, в том числе и Р осси я, сн аряди ли кругосветны е э к с­ педиции, пролож ивш ие через м оря и океаны сеть марш рутов.

Экспедициям и русских м ореплавателей К рузенш терна в 1803— 1806 гг. и Б ел л и н сгаузен а в 1819— 1821 гг. были сделаны геогра­ фические откры тия и огром ная р аб о та в области океанограф ии, в частности выполнены многочисленные промеры глубин океан а и дан о описание грунта д на на якорны х стоянках. Н а основании полученных м атери алов Б ел л и н сгаузен первый в ы сказал мысль о происхож дении коралл овы х рифов.

Значительную роль в познании ф орм ирования строения земной коры п р и д ав ал изучению геологии моря великий русский ученый 8 Морская гидрометрия М. В. Л омоносов. М ысли об этом с достаточной полнотой и зло­ ж ены в его труде «О слоях земных».

Н асколько важ н о было знание х ар а к тер а морского дна, видно из того, что ещ е в 1822 г. Государственны м адм и ралтей ским д е ­ партам ен том было предписано известному м ореплавателю Л и тке в период второго п лаван и я к Н овой З ем л е «изведать грунт к а ж ­ дого якорного места». К ак в этом плавании, т а к и позднее, в кр у ­ госветном п лавании в 1826— 1829 гг., Л и тке вел наблю дения за грунтом дна. Зн ан и е грунта дна в то врем я необходимо было в основном д л я нуж д м ореплавания.

Хотя и считается, что первую попытку получить образц ы м ор­ ского грунта с помощью лота предпринял мичм ан ам ериканского ф лота Б р у к (1853 г.), идея создания прибора д л я в зяти я проб грунта п р ин адлеж и т русскому государю П етру I, которы й ещ е в 1715— 1717 гг. на К аспийском море произвел глубоководный промер и в зял о б р азец грунта с больш их глубин. Об этом пиш ет известны й океан ограф М ори в книге «Ф изическая географ ия»:

«Честь первой попытки достать образц ы морского дна с большой глубины п р ин адлеж и т П етру Великому. Этот зам ечательны й го­ сударь п ридум ал особый зон д д л я промеров в К аспийском море.

С наряд состоял из пары крю чьев с грузилом, п рилаж енны м та-, ким образом, что при первом у д аре о морское дно грузило со­ скаки вало, а крю чья возвращ ал и сь с куском захваченной ими земли». С лова М ори яв л яю тс я наилучш им д оказател ьством того, что П етр I полож ил н ачало глубоководны м грунтовы м и сследова­ ниям.

В 1872— 1876 гг. бы ла проведена ком плексн ая экспедиция на английском судне «Ч еллендж ер». Р аб о та экспедиции вы п олн я­ л ась по единой п рограм м е ком плексны х исследований, в состав которы х входил т ак ж е сбор образц ов грунта. Экспедицией были собраны образц ы грунта на 362 океанограф ических станциях, р а с ­ полож енны х во всех океан ах. Р езу л ьтаты геологических исследо­ ваний экспедиции «Ч еллендж ер» были опубликованы в 1891 г.

в книге М ёррея и Р е н а р а «Глубоководны е отлож ения».

П ервую попытку установить зависим ость разн о о б р ази я со­ ставов грунтов и наносов морского дна, их распределени я от х а ­ р ак тер а и н ап равлен ия течений предпринял М ори вскоре после опубликования м атери алов геологических исследований, получен­ ных экспедиций на «Ч еллендж ере». О днако п олная картин а зависим ости механического состава грунтов от рельеф а д на и об ­ щей гидродинам ической активности вод бы ла получена зн ачи ­ тельно позднее на основе м атери алов многочисленных экспеди­ ционных исследований, проведенны х советскими учеными в р а з ­ личных рай он ах М ирового океана.

П осле п лаван ия «Ч елленд ж ера» геологические исследования были выполнены ещ е несколькими экспедициям и. Н аибольш ий интерес представляю т п лаван и я Н орден ш ельда из А тлантического океан а в Тихий вдоль северного побереж ья Европы и Азии в 1878— 1879 гг. на судне «В ега» и Н ансен а в С еверный Л едовиты й океан в 1893— 1896 гг. на судне «Фрам. В период этих п лаваний было добы то значительное количество о б р а зц о в ^ р у н т а дна.

Геологические исследования морей, ом ы ваю щ их п обереж ье Р о с­ сии, начались в основном с 1890 г. В этом году А ндрусовы м были собраны денны е м атери ал ы по грунтам в Ч ерном орской экспеди­ ции, которой руководил Ш пиндлер. В период с 1898 по 1906 г.

геологические работы были выполнены в Б арен ц евом море Н аучн о­ промы словой экспедицией' сн ач ал а под руководством К ниповича, а затем Б рей тф уса.

Д о 1905 г. геологические исследования морей и океанов прово­ д и л и сь в основном с помощ ью промерно-грунтовы х трубок типа л о т а, схож их с теми, которы ми п ользовались ещ е П етр I и Брук.

П осле 1905 г. появилась труб ка Э км ан а, п озволи вш ая добы вать колонки образц ов грунта сн ач ал а длиной около 1 м, а затем и более. В 1923— 1927 гг. на Ч ерном и Б аренц евом м орях с помощью этой трубки были взяты колонки образц ов грунта у ж е длиной 1,5 м. В 1927 г. д л я проведения морских грунтовы х работ, св яза н ­ ных с изучением рай он а эпицентра зем летрясения, происш едш его б К ры м у в этом году, бы ла создан а больш ая грунтовая трубка У беко-Ч ерн аза (У правления по обеспечению безопасности к о р а б ­ л ев о ж д ен и я на Черном и А зовском м о р ях ). Н аи б о л ьш ая дли н а колонки грунта, добы того с помощ ью этой трубки, составила 4 м 95 см.

В н ач ал е 40-х годов в Ш веции появилась п ервая гидростатиче­ с к а я грун товая труб ка. Д л и н а колонок грунта, взяты х с помощью этой трубки, значительно увеличилась и дости гла 10— 15 м.

В 1947 г. на советском э/с «В итязь» д л я в зяти я образц ов грунта бы ла прим енена ги дростати ческая грун товая труб ка Сысоева.

Д л и н а колонки грунта, взятого с помощ ью этой трубки, составила 28 м и бы ла рекордной д л я того времени. В 1951 г. экспедиции н а «В итязе» удалось добы ть колонку грунта ещ е больш ей д л и ­ ны — 33 м. В последую щ ие годы в Советском С ою зе был создан целы й р яд новых трубок д л я в зяти я образцов грунта с больш их глубин морей и океанов, которы е наш ли ш ирокое применение я а многих н аучно-исследовательских судах, особенно на э/с «Ви­ тязь». В связи с этим стало вполне возм ож ны м изучение д он ­ ных осадков на разн ы х глубинах и в различны х рай он ах М ирового о кеан а.

И зучение процессов осадк ообразован и я в морях и океан ах, их состава, свойств, стратиграф ии и законом ерностей распределения, освещ ение вопросов их геологического строения и истории разви тия необходимо не только д л я ком плексного и сследования всех я в л е ­ ний, происходящ их в М ировом океане, но и д л я различны х нуж д морского пром ы сла, навигации, реш ения некоторы х за д а ч гидро­ технического и портового строительства. Зн ан и е процессов осадко­ о б р азо в ан и я важ н о т ак ж е д л я правильного понимания условий о б р азо ван и я осадочны х пород и связан ны х с ними полезны х иско­ паем ы х морского происхож дения — ж елезом арган ц евы х и полим е­ таллических конкреций, россыпей тяж ел ы х м еталлов на ш ельфе, 8* хромовы х руд в риф товы х долинах, д л я вы явлени я нефтеносных структур на ш ельфе, в частности на Б алти й ском и дальневосточны х морях, м атериковом склоне и в глубоководны х рай он ах М ирового океана. К роме того, знание процессов осадк ообразован и я пом ож ет разреш и ть целый р яд многих практических вопросов.

С оветские научно-исследовательские суда вы полнили много­ численные специальны е рейсы в ц елях и сследования риф товы х зон М ирового океана. В р езул ьтате были получены образцы, я в л я ю ­ щ иеся, к а к п редполагаю т ученые, вещ еством верхней мантии Зем ли.

О бразц ы п редставляю т собой ультраосновны е породы с повы ш ен­ ной скоростью распростран ен ия сейсмических волн. Д ан н ы е таких исследований повы ш аю т зн ан и я о строении земной коры, а следо­ вательно, способствую т выявлению распределения полезных иско­ паем ы х. К роме того, они показы ваю т, насколько тесно связан а геология м оря с геохимией, геофизикой и целы м рядом см еж ны х наук. П онятно, что реш ение проблем, отмеченных выше, возм ож но только б л аго д ар я развитию новых, соверш еннейш их ком плексны х методов исследований и методов разведки.

В С оветском Союзе м етодика взяти я проб донных осадков с научно-исследовательских судов за последние десятилетия по­ лучила значительное развитие. Это явл яется новейш им д ости ж е­ нием советской морской геологии. С ущ ествую щ ие в настоящ ее врем я методы изучения донных осадков весьм а м ногообразны, их применение зави си т от поставленны х зад ач и наличия соответ­ ствую щ его необходимого оборудования на научно-исследователь­ ском судне. В связи с этим геологические исследования, проводи­ мые в морях и океан ах, д ел ятся на следую щ ие виды:

1) специальны е исследования, проводимы е научно-исследова­ тельским судном в отдельном районе М ирового океан а по спе­ циальной п рограм м е или с определенной целью. Т акие и сследова­ ния неоднократно вы полнялись судам и «В итязь» — в Тихом и И н ­ дийском океанах, «А кадем ик К урчатов» — в И ндийском океане, а та к ж е многими другим и научно-исследовательским и судам и в различны х районах М ирового океана;

2) исследования, входящ ие в п рограм м у ком плексны х эксп е­ диционных работ, вы полняем ы х научно-исследовательским судном в очередном рейсе;

3) исследования, проводимы е одновременно с промерны ми р а ­ ботами. Т акие и сследования ведутся в основном гидрограф иче­ скими судами;

4) исследования, проводимы е по специальной п рограм м е д л я р азреш ен и я практических зад ач, связан ны х с нуж дам и пром ы сла, строительством различного рода береговы х сооруж ений, п р о кл ад ­ кой по дну к а б е л я и т. д.;

5) исследования, непосредственно связан ны е с реш ением т а ­ ких важ н ы х проблем, как, наприм ер, вы явление нефтеносных структур и районов д на с зал е ж ам и полезны х ископаемы х, сверх­ глубокое бурение и т. д.;

6) исследования, проводимы е ак валан ги стам и -водолазам и, а та к ж е с помощ ью подводны х ап п аратов, подводны х л о ­ док;

7) и сследования в ц елях изучения донных осадков с прим ене­ нием косвенны х методов — эхолотирования, фото- и киносъем ки и с помощ ью телевидения.

В зависим ости от поставленны х за д а ч морских геологических исследований, особенностей рел ьеф а д на и своеобрази я донных отлож ений д л я сбора образц ов грунта д на морей и океанов при­ меняю тся следую щ ие приборы: д раги, трал ы, дночерпатели, с тр а ­ том етры и грунтовы е трубки.

П ри выполнении морских геологических исследований на п а ­ лубе судна д л я разм ещ ен и я грунтовы х приборов вы би рается сво­ бодное место около грузовой стрелы, кр ан а-б ал к и или крамбалы,, имею щ ей мощ ны е пруж инны е ам ортизаторы. С трелы, краны -б алки и к р ам б ал ы использую тся д л я опускания и п одъем а грунтовы х приборов в зависим ости от их н азн ачен ия, веса и разм ер а.

Здесь ж е до лж н ы р асп о л агаться леб ед ка типа «О кеан» с емкостью | б ар а б а н а до 8— 10 км троса д л я опускания приборов массой до 250— 300 кг, глубоководн ая океан ологи ческая л еб ед ка «Г О Л -55»

I с емкостью б ар аб ан а до 13 км троса или тр а л о в а я л еб ед ка. Д и а ­ метр ступенчатого стального троса, нам отанного на б ар аб ан л е ­ бедки, д олж ен быть на корневом конце 6 мм, а на рабочем конце у м еньш аться до 5— 4 мм. Л еб ед к а д о л ж н а быть сн аб ж ен а д и н ам о­ метром и блок-счетчиком. К а к правило, геологические работы на глубинах до 200— 300 м, кром е драги ровки и трален и я, п роиз­ водятся одновременно с другим и работам и, осущ ествляем ы м и с противополож ного борта судна, л еж ащ его в дрейф е. Н а боль­ ших ж е глуби н ах эти работы вы полняю тся раздельн о. Д р а ги р о в а ­ ние и тр ал о вы е работы производятся на сам ом м алом ходу судна..

Они вы полняю тся не только в ц елях получения образц ов грунта преимущ ественно с каменистого д на — облом ков коренны х пород,, валунов, гальки, грави я, но и в ц елях добы чи различны х видов донной фауны.

Д л я п редотвращ ен и я вы м ы ван и я через ячеи траловой д ел и мягкого илистого грунта вм есте с содерж ащ и м ся в нем м икро­ бентосом во врем я подъем а т р а л а с больш ой глубины исполь­ зуется т р ал с вш итым в концевую часть м еш ка из дели дополни­ тельны м меш ком из редкой ткани, пропускаю щ ей воду, но за д е р ­ ж иваю щ ей грунт и мелких ж ивотны х.

Д ночерп атели прим еняю тся д л я сбора проб поверхностного слоя донны х осадков и ф ауны. Г лубина проникновения их в грун т не п ревы ш ает 35— 40 см.

С тратом етры и грунтовы е трубки использую тся д л я получения колонок грунта., д н а длиной от нескольких сантим етров до не­ скольких метров. Д обы ты е с их помощ ью колонки грунта н а­ глядно хар актер и зую т состав донны х осадков.

Дночерпатели «0к еан -50» конструкции Л исицы на и Удинцева имеют одинаковое устройство, но разли чн ы е разм еры. Они бы ­ ваю т трех видов:

а) с площ адью зах в ата 0,1 м2 и массой 30— 50 кг;

б) с площ адью зах в ата 0,25 м2 и массой 125 кг;

в) с площ адью за х в а т а 0,4 м2 и массой 175— 200 кг.

Д ночерп атель (рис. VI. 1) имеет д ва вращ аю щ и хся на оси стал ьн ы х ковш а 11 с боковыми чугунными грузам и 10 и больш им центральны м чугунным или свинцовым грузом 13. П ри опускании дн о ч ер п ателя кры ш ки 9, прикрепленны е на ш арни рах к верхней части ковш ей, откры ваю тся и уменьш аю т сопротивление дночер­ п ател я. П ри подъем е ж е они плотно закры ты. К верхней стороне кры ш ек прикреплен трос с бензелем и кольцом 17, а к нижней стороне одной из кры ш ек — зам ы каю щ ий трос 14, пропущ енный через блоки 15 и прикрепленны й скобой к вертлю гу 8 обоймы сб расы вателя. С брасы ватель имеет вид стального ры чага 2, в р а ­ щ аю щ егося на оси обоймы 3. С одной стороны сб расы вател я н а ­ ходится груз 7, а с другой — груз-разведчи к 16, подвешенный, на тросе и находящ ийся во врем я опускания д ночерп ателя н е­ сколько ниж е его ковш ей. П ри помощ и кр ю к а 1, располож енного на сбрасы вателе, двух скоб 6, вертлю га 4 дночерпатель крепится •к тросу 5 б ар аб ан а лебедки (рис. V I.2 ). П ри достиж ении грузом.разведчиком д на неподвиж ный груз вы водит ры чаг из горизон­ тального полож ения, кольцо соскал ьзы вает с крю ка сбрасы вателя,, и оба ковш а остры ми кр аям и врезаю тся в грунт. П ри подъем е д ночерп ателя зам ы каю щ и й трос стягивает ковш и, вы резавш и е об ­ р азе ц донны х осадков, а д авлен ие воды п риж им ает кры ш ки и тем:

сам ы м предохран яет пробу от вы м ы вания.

Рис. VI.2. Дночерпатель «Океан» перед опуска­ нием.

Стратометр Перфильева прим еняется д л я добы вания илистых,, глинисты х и м елкопесчанисты х образц ов грунта с глубин до 100 м (рис. V I.3). П рибор состоит из двух п арал л ел ьн ы х стерж ней, скрепленны х двум я муф там и. Н а ниж ней муфте находится за м о к с защ елкой. д л я укрепления медной грунтовой трубки длиной 30—-40 см. В ерхн яя часть трубки имеет приливы д л я закреп л ен и я ее в зам ке. Н а д муфтой по стерж н ям д ви ж ется затвор, у д ер ж и ­ ваем ы й на крю чке подвиж ной ш танги, которая крепится к тросу диам етром. 3— 4 мм.- Н а нижнюю муфту и на затвор н адеваю тся съемны е грузы, сл уж ащ и е д л я утяж ел ен и я прибора. П еред опу­ сканием стратом етра затвор зак р еп л яется крю чком за спусковую 119:

.штангу, а в нижню ю муфту в ставл яется грунтовая трубка. При касании прибором д на ш танга опускается вниз и освобож дает з а ­ твор стратом етра, которы й, п ад ая на грунтовую трубку, заб и вает •ее ещ е глубж е в грунт дна, за к р ы в а я пробкой ниж нее отверстие трубки.

Вибропоршневая грунтовая трубка (В П Г Т ) имеет длину.до 4,5 м. О на р а зр а б о та н а в И нституте океанологии АН С С С Р К удиновым. Т рубка используется в основном д л я добы ван ия грубо.зернистых осадков в прибреж ной зоне с глубин до 150 м (рис. V I.4 ). Э лектром еханический вибратор 2, находящ ийся в гер­ метическом корпусе, соединен с помощ ью ш арниров с колонковой трубкой 3. В ибратор п ред ставл яет собой электром отор тр ех ф а з­ ного то ка 220— 380 В, мощ ностью около 3 кВ т, на оси которого установлены эксцентрики. В ибратор укреплен на кар етке 1, п ере­ д ви гаю щ ей ся по двум н ап равляю щ и м труб ам 4. Р асп ол ож ен н ая в нижней части вибропорш невой трубки п латф орм а 5 служ и т для установки прибора на дно. Во внутренней части наконечника с острыми кр аям и, навинченного на ниж ний конец колонковой трубки, имеется многолепестковы й пруж инящ ий кл ап ан 8, п ред­ отвращ аю щ и й вы падение о б р азц а грунта из трубки во врем я подъем а. П ри работе электром отора вибрац и я через кар етку п ере­ д а е т с я колонковой трубке, которая загл у б л яется в грунт под дей ­ ствием собственного веса, при этом вибратор п ерем ещ ается вместе трубкой вниз по нап равляю щ и м. П орш ень 6 во врем я работы с прибора остается на уровне поверхности дна, обеспечивая тем •самым получение неискаж енны х колонок грунта.

Грунтовая трубка типа Убеко-Черназа состоит из тяж елой головной части цилиндрической формы с оперением и со ск воз­ ным отверстием в середине. В верхней части это отверстие за к р ы ­ вается откиды ваю щ им ся клап ан ом, находящ им ся при опускании •трубки в верхнем полож ении. П ри подъем е прибора к л ап ан з а ­ к р ы в ает отверстие и предохран яет пробу грунта от разм ы ва.

Б нижнюю часть отверстия ввинчиваю тся трубы различной длины, д и ам етр о м 7— 8 см, со стальны м, хорош о закал ен н ы м наконечни­ ком. По трубе скользит конусообразны й груз массой 5— 7 кг с при­ крепленны м к нему цепочками храпом, закры ваю щ им нижний жонец трубки при ее вы бирании. Этот груз при помощ и цепочки п рикреп ляется к ш пеньку, располож енном у в верхней, головной части трубки. Т рубка при помощи двух выступов, имею щ их п рям о­ угольную скобу, крепится к тросу.

Грунтовая трубка Государственного океанографического инсти­ тута (Г О И Н а ) по конструкции бли зка к описанному выш е типу грунтовой трубки. О на п редназначена д л я в зяти я колонки грунта д н а с лю бой глубины. Р азм е р ы ее 1 и 1,5 м, а м асса соответственно 13,5 и 19 кг. Г рун товая тр у б к а опускается с помощью электри че­ ской лебедки лю бого типа. В резается она в грунт д на под д ей ­ стви ем массы и скорости падения. Т рубка Г О И Н а (рис. V I.5) со­ стоит из колонковой трубы 2, с вставленны м в нее разъем н ы м тонкостенным латунны м вклады ш ем 8. К л ап ан 6 служ ит д л я I со •- s ' Л° ’ М (1). (Я « « а. о аЧ ta Он о- ?

•R и н о н - « 2.

лг л о 'S н я 5 У' «с » I в о, I Ч U о?

C \р «.

Q ЙК Й Л *я:

« О, О* ) Еа нз Он о с о хо PQ *s 8 G Г ' Яо и s аI о ом К..

О с р..

ч Ос о Л \о о КН И зак р ы в ан и я верхнего отверстия трубки при ее подъем е и способ­ ству ет сохранению об разц а грунта. Н а нижнюю часть трубки н а ­ винчен стальной наконечник 1 с остры ми кр аям и д л я лучш его вх о ж д ен и я трубки в грунт дна. Н а верхнем конце трубки имеется гр у з 7 со стаби ли затором 3 д л я больш ей массы и п ридания при­ б о р у верти кальн ого полож ения при опускании. Д л я прикрепления Рис. VI.5. Грунтовая Рис. V I.6. Грунтовая трубка ГОИНа перед опуска­ нием.

трубка ГОИНа.

грунтовой трубки к тросу к грузу п риделана скоба 5, сн аб ж ен н ая крю ком 4 (рис. V I.6).

Трубки д л я в зяти я проб грунта н а ходу судна д ел ятся на легки е (T H X -JI), массой 16 кг, и тяж ел ы е (ТН Х -Т), массой 26 кг.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 12 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.