Приборы — разведчики морских глубин
Если у физика имеются широкие возможности проводить свои эксперименты в лаборатории при однозначно определяемых и контролируемых начальных условиях, то океанологи оказываются лицом к лицу с окружающим Землю Мировым океаном. Им приходится учитывать все многообразие происходящих там сложных процессов. Хотя в океанологии для решения специальных задач, таких, например, как исследование проблемы перемещения вод в прибрежной зоне, приливо-отливных явлений или даже общей океанической циркуляции, проводились модельные эксперименты в лабораториях, однако полученные при этом научные выводы большей частью ограничивались специальными случаями или выявляли более или менее значительные отклонения от реальных условий. Это объясняется тем, что перенесение результатов, полученных на небольшой модели, на масштаб Мирового океана, без сомнения, невозможно.
В настоящее время разработка математических моделей для океанологических исследований приобретает все большее значение. Их целью при исследовании специальных проблем является описание важнейших процессов с помощью соответствующих математических выражений. В эти уравнения не только входят действующие силы и процессы, но и с помощью соответствующих формул включаются также граничные условия (например, размеры исследуемого района моря, рельеф дна и др.). Такие математические модели позволяют объяснять происходящие процессы и могут служить для прогнозирования океанологических факторов. Из-за больших расчетных трудностей лишь успехи в электронно-вычислительной технике при обработке данных сделали возможным создание таких моделей в больших масштабах. С помощью подобного рода модельных расчетов значительные успехи были достигнуты, например, при исследовании и предсказании приливов и отливов или изменений уровня, вызываемых ветровыми нагонами в окраинных морях. Подобные модели были созданы для расчета полей течений, а в последнее время делаются попытки математического описания и биохимических процессов в море.
Общим для всех этих моделей является то, что исходным материалом для них служат данные о фактических гидрологических условиях в море и что результаты модельных расчетов, в свою очередь, должны проверяться материалами непосредственных измерений. Таким образом, наблюдения и измерения в море создают основу для дальнейшего углубления знаний о нем, о действующих при этом силах и о происходящих в океане процессах. В океанологии, в отличие от метеорологии, до сих пор отсутствует сеть стационарных станций наблюдений. Немногие постоянные станции на побережье и на брандвахтах собирают данные только для прибрежной зоны. Корабли погоды, оборудованные для проведения метеонаблюдений и для обеспечения безопасности полетов (в настоящее время девять судов размещены в северной Атлантике и четыре в северной части Тихого океана), выполняют океанологические измерения только в самом ограниченном объеме. Наконец, определенную помощь в сборе и передаче материалов наблюдений будет оказывать создаваемая в настоящее время глобальная океаническая система станций, о которой уже говорилось раньше.
Однако одной глобальной океанической системы наблюдения недостаточно, так как даже при привлечении дополнительных судов, а в дальнейшем и измерительных буев, возможная плотность сети станций все же оставит желать много лучшего и значительная часть микро- и мезомасштабных процессов будет выпадать из поля зрения. Даже применение в будущем искусственных спутников Земли для океанографических исследований, о котором еще пойдет речь ниже, не исключает специальных исследований. Поэтому, несмотря на такую ценную информацию, которую дают торговые суда, автоматически работающие измерительные буи и искусственные спутники Земли, исследовательские суда будут занимать важное место в океанологии.
В настоящее время имеется свыше 1000 исследовательских судов, из которых, однако, лишь около 160 судов имеет водоизмещение более 1000 т. Только Советский Союз имеет в своем распоряжении более 100 исследовательских судов, которые ведут работы во всех морях.
Исследовательское судно должно обладать хорошими мореходными качествами, так как океанологические исследования проводятся не только при хорошей погоде. С помощью соответствующей конструкции корпуса, используя дополнительные технические устройства, выдвижные успокоители качки, надлежащим образом размещая лебедки и лабораторные помещения, стремятся уменьшить вредное влияние возникающих при волнении собственных движений судна. Необходимы также хорошая маневренность при опускании измерительных приборов и по возможности уменьшение шумовых и вибрационных помех. Расходы на эксплуатацию исследовательского судна должны находиться в разумных пределах, так как эти суда и без того принадлежат к самым дорогостоящим основным средствам океанологии.
Для погружения измерительных приборов исследовательское судно должно иметь специальные тросовые и кабельные лебедки, а также соответствующие устройства для спуска различных приспособлений. Для обработки измерений на борту должны быть лаборатории и другие помещения для регистрации информации, поступающей от непрерывно работающих датчиков. Чтобы полноценно эксплуатировать исследовательское судно, предусматривают частичную смену судовых лабораторий. Кроме того, современные исследовательские суда имеют на борту собственный вычислительный центр, к которому подключаются измерительные приборы и целые лаборатории.
Различные новые конструкции судов предназначены для комплексных океанологических исследований, однако некоторые суда оборудуются для специальных задач, например для научного рыболовства или для разведки обстановки на морском дне. Уже имеются специальные суда, с которых на глубинах более чем 6000 м в ложе океана были проложены 1100-метровые буровые скважины.
В последнее время во все возрастающих масштабах применяются суда, позволяющие проводить научные исследования в космосе и в высоких слоях атмосферы. Эти суда одновременно обеспечивают радиосвязь с космическими кораблями. Для выполнения подобных задач Академия наук СССР только в 1967 г. получила девять новых судов. В начале 1972 г., после разносторонних испытаний, вступил в строй новейший корабль «Космонавт Юрий Гагарин».
Эксплуатация исследовательских судов поднимает проблему об определении их места в море. К точности обсервации предъявляются очень высокие требования.
Проникновение человека в глубины океана (см. 1-й цветной разворот):
1 — рекордные погружения свободных водолазов на глубины около 80 м; 2 — погружения автономных водолазов с аппаратом на глубины свыше 250 м; 3 — подводная лаборатория (в настоящее время глубина ее погружения до 150 м.); 4 — глубина погружения современной подводной лодки около 500 м; 5 — рекордный спуск батисферы на 1372 м; 6 — глубина погружения современных подводных судов — свыше 2000 м; 7 — фотографирование морского дна на глубине примерно 9200 м; 8 — самый глубокий рыболовный трал «Галатеи» 10 189 м; 9 — отбор проб воды с глубин свыше 10 000 м; 10 — самый глубокий спуск «Триеста» на глубину 10 916 м.
Обеспечение водолаза дыхательным газом (см. 2-й цветной разворот);
1 — свободный водолаз без аппарата; 2 — водолаз с автономным прибором; 3 — плавающий водолаз со снабжением дыхательным газом по шлангу с водной поверхности; 4 — снабжение водолазов из погружаемой камеры; 5 — снабжение из погружаемой камеры, которая, со своей стороны, снабжается с поверхности; 6 — обеспечение водолазов дыхательным газом из подводного дома; 7 — погружение с помощью подводного судна.