Kako polarni istraživači koriste svojstva leda. Zašto led pluta u vodi? Gustina leda i vode

Polarni ledeni blokovi i sante leda lebde u okeanu, a čak ni u pićima led nikada ne tone na dno. Možemo zaključiti da led ne tone u vodi. Zašto? Ako razmislite o tome, ovo pitanje može izgledati malo čudno, jer je led čvrst i - intuitivno - trebao bi biti teži od tekućine. Iako ova izjava vrijedi za većinu tvari, voda je izuzetak od pravila. Ono što razlikuje vodu i led jesu vodonične veze, koje čine led lakšim u čvrstom stanju nego kada je u tekućem stanju.

Naučno pitanje: zašto led ne tone u vodi?

Zamislimo da smo na lekciji koja se zove " Svijet oko nas"u trećem razredu. "Zašto led ne tone u vodi?", pita učiteljica djecu. I djeca, bez dubokog poznavanja fizike, počinju rasuđivati. "Možda je ovo magija?" - kaže jedno od dece.

Zaista, led je krajnje neobičan. Praktično ne postoje druge prirodne tvari koje bi u čvrstom stanju mogle plutati na površini tekućine. Ovo je jedno od svojstava koja vodu čini tako neobičnom supstancom i, iskreno, to je ono što mijenja put planetarne evolucije.

Postoje neke planete koje sadrže ogromne količine tekućih ugljikovodika kao što je amonijak - međutim, kada se ovaj materijal smrzne, tone na dno. Razlog zašto led ne tone u vodi je taj što se voda kada se smrzava širi, a istovremeno mu se smanjuje gustina. Zanimljivo je da širenje leda može razbiti kamenje - proces glacijacije vode je tako neobičan.

Govoreći naučni jezik, tokom procesa smrzavanja, brzi ciklusi vremenskih utjecaja i određene hemikalije, oslobođeni na površini, sposobni su da otapaju minerale. Općenito, zamrzavanje vode je povezano sa sljedećim procesima i mogućnostima: fizička svojstva druge tečnosti se ne preporučuju.

Gustina leda i vode

Dakle, odgovor na pitanje zašto led ne tone u vodi već lebdi na površini je da ima manju gustinu od tečnosti – ali ovo je odgovor prvog nivoa. Da biste bolje razumjeli, morate znati zašto led ima malu gustinu, zašto stvari uopće lebde i kako gustina uzrokuje plutanje.

Sjetimo se grčkog genija Arhimeda, koji je otkrio da se nakon potapanja određenog predmeta u vodu volumen vode povećava za broj jednak zapremini uronjenog predmeta. Drugim riječima, ako stavite duboku posudu na površinu vode, a zatim u nju stavite težak predmet, zapremina vode koja se ulije u posudu bit će potpuno jednaka zapremini predmeta. Nije bitno da li je predmet potpuno ili djelomično uronjen.

Svojstva vode

Voda je neverovatna supstanca, koji uglavnom hrani život na zemlji, jer je potreban svakom živom organizmu. Jedno od najvažnijih svojstava vode je da ima najveću gustinu na 4°C. Dakle, topla voda ili led su manje gustoće od hladne vode. Manje guste tvari lebde na vrhu gušćih tvari.

Na primjer, kada pripremate salatu, možete primijetiti da se ulje nalazi na površini octa - to se može objasniti činjenicom da ima manju gustoću. Isti zakon vrijedi i za objašnjenje zašto led ne tone u vodi, ali tone u benzinu i kerozinu. Samo ove dvije supstance imaju manju gustoću od leda. Dakle, ako bacite loptu na naduvavanje u bazen, ona će plutati na površini, ali ako bacite kamen u vodu, ona će potonuti na dno.

Koje promjene se dešavaju s vodom kada se smrzne?

Razlog zašto led ne tone u vodi su vodonične veze, koje se mijenjaju kada se voda smrzava. Kao što znate, voda se sastoji od jednog atoma kiseonika i dva atoma vodika. Oni su u prilogu kovalentne veze, koji su neverovatno jaki. Međutim, druga vrsta veze koja se stvara između različitih molekula, nazvana vodikova veza, slabija je. Ove veze nastaju jer se pozitivno nabijeni atomi vodika privlače negativno nabijenim atomima kisika susjednih molekula vode.

Kada je voda topla, molekuli su veoma aktivni, mnogo se kreću i brzo formiraju i prekidaju veze sa drugim molekulima vode. Imaju energiju da se približe jedno drugom i brzo se kreću. Pa zašto led ne tone u vodi? Hemija krije odgovor.

Fizičko-hemija leda

Kako temperatura vode padne ispod 4°C, kinetička energija tekućine se smanjuje, tako da se molekuli više ne kreću. Oni nemaju energiju da se kreću i raskinu i formiraju veze tako lako kao na visokim temperaturama. Umjesto toga, oni stvaraju više vodikovih veza s drugim molekulima vode kako bi formirali heksagonalne strukture rešetke.

Oni formiraju ove strukture kako bi držali negativno nabijene molekule kisika podalje jedni od drugih. U sredini šesterokuta nastalih kao rezultat aktivnosti molekula, puno je praznine.

Led tone u vodi - razlozi

Led je zapravo 9% manje gust od tečna voda. Dakle, led zauzima više prostora od vode. Praktično, ovo ima smisla jer se led širi. Zbog toga se ne preporučuje zamrzavanje staklene boce vode - smrznuta voda može stvoriti velike pukotine čak i na betonu. Ako imate litarsku flašu leda i litarsku flašu vode, tada će flaša s ledenom vodom biti lakša. Molekuli su u ovom trenutku udaljeniji nego kada je supstanca u tečnom stanju. Zbog toga led ne tone u vodi.

Kako se led topi, stabilna kristalna struktura se raspada i postaje gušća. Kada se voda zagrije do 4°C, dobija energiju i molekuli se kreću brže i dalje. Zbog toga topla voda zauzima više prostora od hladne vode i pliva na vrhu hladne vode - manje je gustoće. Zapamtite, kada ste na jezeru, dok plivate, gornji sloj vode je uvijek prijatan i topao, ali kada stavite stopala dublje, osjećate hladnoću donjeg sloja.

Značaj procesa u funkcionisanju planete

Uprkos činjenici da je pitanje "Zašto led ne tone u vodi?" za razred 3, veoma je važno razumjeti zašto se ovaj proces dešava i šta to znači za planetu. Dakle, uzgon leda ima važne posljedice za život na Zemlji. zimi na hladnim mjestima - to omogućava ribama i drugim vodenim životinjama da prežive pod ledenim pokrivačem. Ako bi dno bilo zaleđeno, postoji velika vjerovatnoća da bi cijelo jezero moglo biti zaleđeno.

U takvim uslovima ni jedan organizam ne bi ostao živ.

Kada bi gustina leda bila veća od gustine vode, onda bi led u okeanima potonuo, a ledene kape, koje bi u ovom slučaju bile na dnu, ne bi dozvolile nikome da tamo živi. Dno okeana bi bilo puno leda - i u šta bi se sve to pretvorilo? Između ostalog, polarni led je važan jer odbija svjetlost i štiti planetu Zemlju od pregrijavanja.

Svi znaju da je led smrznuta voda, odnosno da je u čvrstom agregacijskom stanju. Ali Zašto led ne tone u vodi, već lebdi na njenoj površini?

Voda je neobična tvar s rijetkim, čak i anomalnim svojstvima. U prirodi se većina tvari širi kada se zagrije i skuplja kada se ohladi. Na primjer, živa u termometru raste kroz usku cijev i pokazuje porast temperature. Pošto se živa smrzava na -39ºC, nije prikladna za termometre koji se koriste u okruženjima s visokim temperaturama.

Voda se također širi kada se zagrije i skuplja kada se ohladi. Međutim, u rasponu hlađenja od približno +4 ºC do 0 ºC on se širi. Zbog toga vodovodne cijevi mogu puknuti zimi ako se voda u njima smrzla i stvorile su velike mase leda. Pritisak leda na zidove cevi je dovoljan da izazove njihovo pucanje.

Ekspanzija vode

Budući da se voda pri hlađenju širi, gustina leda (tj. njegovog čvrstog oblika) je manja od tečne vode. Drugim riječima, data zapremina leda je manja od iste zapremine vode. To se odražava u formuli m = ρV, gdje je V volumen tijela, m masa tijela, ρ je gustina tvari. Postoji obrnuto proporcionalan odnos između gustine i zapremine (V = m/ρ), tj. sa povećanjem zapremine (kako se voda hladi), ista masa će imati manju gustinu. Ovo svojstvo vode dovodi do stvaranja leda na površini rezervoara - bara i jezera.

Pretpostavimo da je gustina vode 1. Tada će led imati gustinu od 0,91. Zahvaljujući ovoj cifri možemo saznati debljinu leda koja pluta na vodi. Na primjer, ako ledena ploča ima visinu iznad vode od 2 cm, onda možemo zaključiti da je njen podvodni sloj 9 puta deblji (tj. 18 cm), a debljina cijele ledene površine je 20 cm.

Na području Sjevernog i Južni pol Na Zemlji se voda smrzava i formira sante leda. Neke od ovih plutajućih ledenih planina su ogromne. Najveći od poznato čoveku razmatra se santa leda površine 31.000 kvadratnih metara. kilometara, koji je otkriven 1956. u Tihom okeanu.

Kako voda čvrsto stanje povećava svoj volumen? Promjenom njegove strukture. Naučnici su dokazali da led ima otvorenu strukturu sa šupljinama i šupljinama, koje se, kada se otape, pune molekulima vode.

Iskustvo pokazuje da se tačka smrzavanja vode smanjuje sa povećanjem pritiska za otprilike jedan stepen na svakih 130 atmosfera.

Poznato je da je u okeanima na velikim dubinama temperatura vode ispod 0 ºS, a ipak se ne smrzava. To se objašnjava pritiskom koji stvaraju gornji slojevi vode. Sloj vode debeo jedan kilometar pritiska silom od oko 100 atmosfera.

Poređenje gustoće vode i leda

Može li gustina vode biti manja od gustine leda i da li to znači da će se on utopiti u njoj? Odgovori na ovo pitanje potvrdno, što je lako dokazati sljedećim eksperimentom.

Iz zamrzivača, gdje je temperatura -5 ºS, izvadite komad leda veličine trećine čaše ili malo više. Stavimo ga u kantu vode na temperaturi od +20 ºS. Šta posmatramo? Led brzo tone i tone, postepeno se počinje topiti. To se dešava jer voda na temperaturi od +20 ºS ima manju gustinu u odnosu na led na temperaturi od -5 ºS.

Postoje modifikacije leda (pri visokim temperaturama i pritiscima), koji će zbog svoje veće gustine tonuti u vodi. Riječ je o takozvanom "teškom" ledu - deuteriju i tricijumu (zasićenom teškim i super teškim vodonikom). Uprkos prisutnosti istih praznina kao u protiumskom ledu, on će potonuti u vodi. Za razliku od "teškog" leda, protijumski led je lišen teških izotopa vodika i sadrži 16 miligrama kalcijuma po litri tečnosti. Proces njegove pripreme uključuje pročišćavanje od štetnih nečistoća za 80%, zbog čega se protiumska voda smatra najoptimalnijom za ljudski život.

Značenje u prirodi

Činjenica da led pluta na površini vode igra važnu ulogu u prirodi. Da voda nema ovo svojstvo i da je led potonuo na dno, to bi dovelo do smrzavanja cijelog rezervoara i, kao posljedica, smrti živih organizama koji ga nastanjuju.

Kada nastupi hladno vrijeme, prvo na temperaturama iznad +4 ºS, hladnija voda sa površine rezervoara ponire, a topla (lakša) voda se diže. Ovaj proces se naziva vertikalna cirkulacija (miješanje) vode. Kada dostigne +4 ºS u cijelom rezervoaru, ovaj proces se zaustavlja, jer sa površine voda već na +3 ºS postaje lakša od one koja je ispod. Voda se širi (zapremina joj se povećava za približno 10%), a gustoća se smanjuje. Kao posljedica činjenice da je hladniji sloj na vrhu, voda se smrzava na površini i pojavljuje se ledeni pokrivač. Zbog svoje kristalne strukture, led ima slabu toplotnu provodljivost, što znači da zadržava toplotu. Sloj leda djeluje kao vrsta toplotnog izolatora. A voda ispod leda zadržava svoju toplotu. Zahvaljujući termoizolacijskim svojstvima leda, prijenos "hladnoće" na niže slojeve vode naglo je smanjen. Stoga na dnu rezervoara gotovo uvijek ostaje barem tanak sloj vode, što je izuzetno važno za život njegovih stanovnika.

Dakle, +4 ºS - temperatura maksimalne gustine vode - je temperatura preživljavanja živih organizama u rezervoaru.

Upotreba u svakodnevnom životu

Gore je spomenuta mogućnost pucanja vodovodnih cijevi kada se voda smrzava. Da bi se izbjeglo oštećenje vodovodnog sistema pri niskim temperaturama, ne bi trebalo biti prekida u opskrbi tople vode koja teče kroz cijevi za grijanje. Vozilo je izloženo sličnoj opasnosti ako se voda ostavi u hladnjaku po hladnom vremenu.

Sada razgovarajmo o ugodnoj strani jedinstvenih svojstava vode. Klizanje je odlična zabava za djecu i odrasle. Da li ste se ikada zapitali zašto je led tako klizav? Na primer, staklo je takođe klizavo, a takođe i glatkije i privlačnije od leda. Ali klizaljke ne klize po njemu. Samo led ima tako specifično divno svojstvo.

Činjenica je da pod težinom naše težine dolazi do pritiska na tanku oštricu klizaljke, što zauzvrat uzrokuje pritisak na led i njegovo topljenje. U tom slučaju nastaje tanki film vode po kojem klizi čelična oštrica klizaljke.

Razlika u zamrzavanju voska i vode

Eksperimenti pokazuju da površina kocke leda formira određenu izbočinu. To je zbog činjenice da se smrzavanje u sredini događa posljednje. I šireći se tokom prelaska u čvrsto stanje, ovo izbočenje se još više podiže. Tome se može suprotstaviti stvrdnjavanje voska, koji, naprotiv, stvara udubljenje. To se objašnjava činjenicom da se vosak skuplja nakon što se pretvori u čvrsto stanje. Tečnosti koje se ravnomerno skupljaju kada se smrznu formiraju donekle konkavnu površinu.

Za zamrzavanje vode nije dovoljno da se ohladi do tačke smrzavanja od 0 ºS, ova temperatura se mora održavati stalnim hlađenjem.

Voda pomešana sa solju

Dodavanje kuhinjske soli vodi snižava njenu tačku smrzavanja. Iz tog razloga su putevi zimi posuti solju. Slana voda smrzava se na temperaturama od -8 °C i niže, tako da dok temperatura ne padne barem na ovu tačku, ne dolazi do smrzavanja.

Smjesa leda i soli ponekad se koristi kao "smjesa za hlađenje" za eksperimente na niskim temperaturama. Kada se led topi, on apsorbira latentnu toplinu potrebnu za transformaciju iz svoje okoline i na taj način ga hladi. Ovo apsorbira toliko topline da temperatura može pasti ispod -15 °C.

Univerzalni rastvarač

Čista voda (molekulska formula H 2 0) nema boju, ukus, miris. Molekul vode se sastoji od vodonika i kiseonika. Kada druge tvari (topljive i nerastvorljive u vodi) dođu u vodu, ona se zagađuje, zbog čega u prirodi nema apsolutno čiste vode. Sve supstance koje se javljaju u prirodi mogu se rastvoriti u vodi u različitom stepenu. Oni to određuju jedinstvena svojstva- rastvorljivost u vodi. Stoga se voda smatra „univerzalnim rastvaračem“.

Garant stabilne temperature vazduha

Voda se zbog velikog toplotnog kapaciteta zagrijava sporo, ali se ipak proces hlađenja odvija mnogo sporije. Ovo omogućava da se ljetno vrijeme godine da akumulira toplotu u okeanima i morima. Oslobađanje topline događa se zimi, zbog čega nema nagle promjene temperature zraka na teritoriji naše planete tijekom cijele godine. Okeani i mora su originalni i prirodni akumulatori toplote na Zemlji.

Površinski napon

Zaključak

Činjenica da led ne tone, već lebdi na površini, objašnjava se njegovom manjom gustinom u odnosu na vodu (specifična gustina vode je 1000 kg/m³, leda oko 917 kg/m³). Ova teza vrijedi ne samo za led, već i za svako drugo fizičko tijelo. Na primjer, gustoća papirnatog čamca ili jesenjeg lista mnogo je manja od gustoće vode, što osigurava njihovu plovnost.

Međutim, svojstvo vode da ima manju gustinu u čvrstom stanju je veoma retko u prirodi, sa izuzetkom opšte pravilo. Samo metal i liveno gvožđe (legura metalnog gvožđa i nemetalnog ugljenika) imaju slična svojstva.

- najmanji okean na Zemlji po površini, koji se nalazi između Evroazije i Sjeverne Amerike. Površina 14,75 miliona kvadratnih metara. km, prosječna dubina 1225 m, najveća dubina 5527 m u Grenlandskom moru. Zapremina vode je 18,07 miliona km³.

Ovaj okean se odlikuje oštrom klimom, obiljem leda i relativno malim dubinama. Život tamo u potpunosti zavisi od razmene vode i toplote sa susednim okeanima.

Arktički okean je najmanji okean na Zemlji. To je najpliće. Okean se nalazi u centru Arktika, koji zauzima sav prostor oko njega Sjeverni pol, uključujući okean, susjedne dijelove kontinenata, ostrva i arhipelaga.

Značajan dio okeanskog područja čine mora, od kojih je većina rubna, a samo jedno unutrašnje. Postoji mnogo ostrva u okeanu koja se nalaze u blizini kontinenata.

Istorija istraživanja okeana. Istraživanje Arktičkog okeana priča je o herojskim podvizima mnogih generacija pomoraca, putnika i naučnika iz brojnih zemalja. U davna vremena, ruski ljudi - Pomori - krenuli su na putovanja krhkim drvenim čamcima i čamcima. Prezimili su na Grumantu (Spitsbergen) i doplovili do ušća Ob. Pecali su, lovili morske životinje i dobro poznavali uslove plovidbe u polarnim vodama.

Koristeći informacije o ruskim putovanjima, Britanci i Holanđani su pokušali pronaći najkraće rute od Evrope do zemalja Istoka (Kine i Indije). Kao rezultat putovanja Willema Barentsa krajem 16. stoljeća. sastavljena je karta zapadnog dijela okeana.

Sistematsko proučavanje okeanskih obala počelo je Velikom sjevernom ekspedicijom (1733-1743). Njegovi učesnici su ostvarili naučni podvig - prošetali su i mapirali obalu od ušća Pečore do Beringovog moreuza.

Prve informacije o prirodi cirkumpolarnih područja okeana prikupljene su godine kasno XIX V. tokom plovidbe Frama Nansena i putovanja do Pola početkom dvadesetog veka. G. Sedova na škuni “Sv. Foka."

Mogućnost prelaska okeana u jednoj plovidbi dokazala je 1932. ekspedicija ledolomca Sibirjakov. Učesnici ove ekspedicije, pod vodstvom O. Yu Schmidta, izvršili su mjerenja dubine, izmjerili debljinu leda i posmatrali vrijeme.

Naša zemlja je razvila nove metode za proučavanje ovog okeana. Godine 1937. na lebdećem ledu uspostavljena je prva polarna stanica “Sjeverni pol” (SP-1). Četiri polarna istraživača predvođena I. D. Papaninom izveli su herojski drift na ledu od Sjevernog pola do Grenlandskog mora.

Za proučavanje okeana sada koriste avione koji slijeću na ledene plohe i vrše jednokratna posmatranja. Slike iz svemira pružaju informacije o promjenama u stanju atmosfere iznad okeana i kretanju leda.

Kao rezultat svih ovih studija, akumulirana je velika količina materijala o prirodi Arktičkog okeana: o klimi, organskom svijetu; razjašnjena je struktura topografije dna, proučavane su pridnene struje.

Mnoge tajne o prirodi Arktičkog okeana već su poznate, ali mnogo toga ostaje da otkriju buduće generacije, uključujući, možda, neke od vas.

Topografija dna ima složenu strukturu. Centralni dio okeana presecaju planinski lanci i duboki rasjedi. Između grebena nalaze se dubokomorske depresije i kotline. Karakteristična karakteristika okeana je velika polica, koja čini više od trećine površine okeanskog dna.

Klimatske karakteristike su određene polarnim položajem okeana. Arktičke vazdušne mase prevladavaju nad njim. Ljeti su česte magle. Arktičke vazdušne mase su mnogo toplije od vazdušnih masa koje se formiraju iznad Antarktika. Razlog za to je rezerva topline u vodama Arktičkog oceana, koja se stalno nadopunjuje toplinom voda Atlantskog i, u manjoj mjeri, Tihog oceana. Stoga, začudo, Arktički okean ne hladi, ali značajno zagrijava ogromna kopnena područja sjeverne hemisfere, posebno u zimskim mjesecima.

Pod uticajem zapadnih i jugozapadnih vetrova sa severnog Atlantika, snažan tok toplih voda Severnoatlantske struje ulazi u Arktički okean. Duž obale Evroazije vode se kreću od zapada prema istoku. Preko cijelog okeana od Beringovog moreuza do Grenlanda, voda se kreće u suprotnom smjeru - od istoka prema zapadu.

Najviše karakteristična karakteristika priroda ovog okeana je prisustvo leda. Njihovo formiranje povezano je s niskom temperaturom i relativno niskim salinitetom površinskih vodnih masa, koje su desalinizirane velikom količinom riječne vode koja teče sa kontinenata.

Uklanjanje leda u druge okeane je teško. Stoga ovdje prevladava višegodišnji led debljine 2-4 m i više. Vjetrovi i struje uzrokuju pomicanje i sabijanje leda, stvaranje humki.

Najveći dio organizama u okeanu su alge, koje mogu živjeti u hladnoj vodi, pa čak i na ledu. Organski svijet bogat je samo u atlantskoj regiji i na šelfu blizu ušća rijeka. Ovdje se formira plankton, na dnu rastu alge, a žive ribe (bakalar, navaga, morska luka). Kitovi, foke i morževi žive u okeanu. Arktik naseljavaju polarni medvjedi i morske ptice koje vode kolonijalni način života i žive na obalama. Čitava populacija divovskih "ptičjih kolonija" hrani se u okeanu.

Postoje dvije prirodne zone u Arktičkom okeanu. Granica polarnog (arktičkog) pojasa na jugu približno se poklapa sa rubom epikontinentalnog pojasa. Ovaj najdublji i najoštriji dio okeana prekriven je plutajućim ledom. Ljeti su ledene plohe prekrivene slojem otopljene vode. Ovaj pojas je neprikladan za žive organizme.

Dio okeana uz kopno pripada subpolarnom (subarktičkom) pojasu. To su uglavnom mora Arktičkog okeana. Priroda ovdje nije tako surova. Ljeti je voda uz obalu slobodna od leda i jako je desalinizirana rijekama. Tople vode iz Atlantika koje ovdje prodiru stvaraju uvjete za razvoj planktona, kojim se ribe hrane.

Vrste ekonomskih aktivnosti u okeanu. Arktički okean je od izuzetnog značaja za zemlje čije obale peru njegove vode. Surova priroda okeana otežava potragu za mineralima. Ali nalazišta nafte i prirodnog gasa već su istražena na polici Karskog i Barencovog mora, uz obale Aljaske i Kanade.

Biološko bogatstvo okeana je malo. U atlantskoj regiji pecaju i nabavljaju morske alge i love tuljane. Proizvodnja kitova u okeanu je strogo ograničena.

Postoji mnogo načina za istraživanje Arktika. Automatski naučni kompleksi - meteorološke i oceanografske stanice, plutače za ravnotežu mase, koje su zamrznute u ledu i omogućavaju određivanje povećanja ili promjene mase ledenog pokrivača (usput, takva plutača radi na SP-37) - uvelike olakšavaju prikupljanje podataka, ali imaju svoja ograničenja. Naravno, bilo bi primamljivo sjediti u kancelariji dok podaci pristižu satelitskom komunikacijom iz sistema, na primjer, automatske hidrološke stanice - privezne ili plutajuće bove. Ali za godinu dana obično se izgubi više od 50% takvih (vrlo skupih) plutača - u ovoj regiji su uvjeti rada prilično teški čak i za opremu posebno dizajniranu za to zbog dinamike ledenih polja (humocking, kompresija).

Drugi način za dobijanje naučnih podataka je daljinsko ispitivanje Zemlje. Naučni sateliti (nažalost, ne ruski) omogućavaju dobijanje informacija o stanju leda u vidljivom, infracrvenom, radarskom i mikrotalasnom opsegu. Ovi podaci se uglavnom koriste u primijenjene svrhe: za vođenje brodova, za traženje odgovarajućih ledenih ploča za lebdeće stanice; na samim driftajućim stanicama pomažu u radu - na primjer, na SP-36 su korišteni za lociranje mjesta pogodnog za izgradnju piste. Međutim, satelitske informacije se moraju provjeriti upoređujući ih sa stvarnim zapažanjima - direktno izmjerena debljina leda, njegova starost (još nije moguće direktno izmjeriti ove podatke sa satelita).

Naučne stanice (već naseljene) mogu se postaviti i zamrzavanjem brodova u led (ovaj metod je testirao Fridtjof Nansen). S vremena na vrijeme, takvi se projekti provode kao primjeri francuske jahte Tara ili američko-kanadskog projekta SHEBA koji uključuje brod koji pluta u Beaufortovom moru. Sličan projekat razmatran je i za nuklearni ledolomac Arktika, ali je na kraju iz raznih razloga odustao. Međutim, zamrznuti brodovi predstavljaju samo dobru osnovu za život naučnog osoblja i snabdevanje energijom naučnog kompleksa. Kako bi prikupili naučne podatke, ljudi će i dalje morati ići na led kako bi isključili vanjske utjecaje. Osim toga, zamrzavanje brodova je skupo (i odvlači brodove od njihovog glavnog posla).


„Po mom mišljenju, lebdeći led je prirodna nosiva platforma, najoptimalnija i za smeštaj naučnog kompleksa i za život ljudi“, kaže Vladimir Čurun. „Omogućava vam da dugo lutate i dobijete čiste naučne podatke bez ikakvog spoljnog uticaja. Naravno, ljudi na ledenoj plohi su uskraćeni za neki komfor, ali u ime nauke to moramo da trpimo. Naravno, pribavljanje naučnih podataka mora se vršiti na sveobuhvatan način, uz korištenje svih raspoloživih sredstava – lebdećih stanica, zračnih ekspedicija, satelitskog osmatranja, automatskih plutača i brodova za naučne ekspedicije.”

“Naučni program SP-36 bio je prilično obiman i uspješan”, objašnjava Vladimir Čurun za Popular Mechanics. “To je uključivalo meteorološka, ​​aerološka i hidrološka osmatranja, kao i proučavanje svojstava leda i snježnog pokrivača. Ali istraživanja vezana za jonosferu i magnetno polje Zemljišta, kojima se u sovjetsko vrijeme poklanjala značajna pažnja na lebdećim stanicama, sada su prebačena na stacionarne polarne stanice na kopnu i na otocima.”

Vazduh

Početak rada stanice ne obilježava svečani trenutak podizanja ruske zastave nad garderobom. Zvanično, drift stanica počinje sa radom od trenutka kada se prvi vremenski izvještaj pošalje u AARI, a odatle u globalnu meteorološku mrežu. Kako je poznato da je Arktik kuhinja vremena, ovi podaci meteorolozima pružaju izuzetno vrijedne informacije. Proučavanje baričkih (pritisak, brzina i smjer vjetra na različitim visinama) i temperaturnih profila atmosfere pomoću sondi do visine od 30 km koristi se ne samo za predviđanje vremena - ovi podaci se kasnije mogu koristiti u fundamentalne naučne svrhe, kao npr. kao rafiniranje modela atmosferske fizike, i za primijenjene - na primjer, podržavanje letova aviona. Za sve ove podatke odgovorni su meteorolozi i aerolozi.

Posao meteorologa može izgledati jednostavno - uzima meteorološke podatke i šalje ih Roshidrometu. Da bi se to postiglo, set senzora nalazi se na jarbolu od 10 metara koji mjeri brzinu i smjer vjetra, temperaturu i vlažnost, vidljivost i pritisak. Sve informacije, uključujući i udaljene senzore (temperatura snijega i leda, intenzitet sunčevog zračenja), teku do meteorološke stanice. Iako se podaci preuzimaju sa stanice na daljinu, nije uvijek moguće izvršiti mjerenja bez odlaska na meteorološki lokalitet. „Šaljice anemometara i zaštita od zračenja meteorološke kabine, u kojoj se nalaze senzori temperature i vlage, smrzavaju se, moraju se očistiti od mraza (da bi se pristupilo vrhu jarbola, ovaj je napravljen 'lomljivim' ), objašnjava SP-36 meteorolog inžinjer Ilja Bobkov.- A Tokom sezone topljenja, užad mora biti stalno ojačan da bi jarbol bio stabilan. Osim toga, stanica nije predviđena za rad u tako teškim uslovima mraza, ispod -40°C, pa smo tu ugradili uređaj za grijanje - običnu žarulju sa žarnom niti od 40 W. Naravno, postoje stanice dizajnirane za tako niske temperature, ali one su manje precizne.”

Iznad 10 m je područje rada aerologa. „Proučavamo gornje slojeve atmosfere pomoću aeroloških sondi“, objašnjava vodeći inženjer aerologije SP-36 Sergej Ovčinikov. - Sonda je kutija od 140 g, pričvršćena je za balon - kuglu zapremine oko 1,5 m 3 napunjenu vodonikom koji se dobija hemijski u generatoru gasa visokog pritiska - od ferosilicijuma u prahu, kaustične sode i vode. Sonda ima ugrađen GPS prijemnik, telemetrijski predajnik, kao i senzore temperature, pritiska i vlažnosti. Svake dvije sekunde, sonda šalje informacije zajedno sa svojim koordinatama zemaljskoj prijemnoj stanici.” Koordinate sonde omogućavaju izračunavanje njenog kretanja, brzine i smjera vjetra na različitim visinama (visina se određuje barometrijskom metodom). Elektroniku sonde napaja baterija napunjena vodom, koja se prvo drži u vodi nekoliko minuta (prsluci za spašavanje sa svjetionicima za hitne slučajeve opremljeni su sličnim izvorima napajanja).

„Sonde se pokreću svakog dana u 0 i 12 sati GMT, ako vremenski uslovi dozvoljavaju pri jakom vjetru, sonda jednostavno „zakuca“ za tlo. Za manje od godinu dana obavljeno je 640 puštanja, kaže Sergej Ovčinikov “Prosječna visina uspona bila je 28.770 m, maksimalna brzina uspona sonde je bila oko 300 m u minuti, tako da je dostigla svoju maksimalnu visinu za oko jedan sat i po, balon dok lift nabubri, a zatim pukne i sonda padne na tlo. Istina, gotovo ga je nemoguće pronaći, tako da je uređaj za jednokratnu upotrebu, iako skup.”

Voda

„Glavni naglasak u našem radu je na mjerenju parametara struje, kao i temperature, električne provodljivosti i gustine vode“, kaže oceanolog SP-36 Sergej Kuzmin. poslednjih godina Flota instrumenata je značajno ažurirana i sada možemo dobiti rezultate sa visokom preciznošću koji odgovaraju svjetskom nivou. Sada koristimo instrumente za profilisanje koji nam omogućavaju da merimo brzinu protoka koristeći poprečni Doplerov efekat u nekoliko slojeva.

"Uglavnom smo proučavali atlantske struje čija je gornja granica na dubini od 180-220 m, a jezgro - 270-400 m." Osim proučavanja struja, svakodnevno je vršeno proučavanje vodenog stupca pomoću sonde koja je mjerila električnu provodljivost i temperaturu svakih šest dana, istraživanja su rađena na dubini do 1000 m kako bi se „hvatale” vode Atlantika; jednom sedmično sonda se spuštala na cijelu maksimalnu dužinu kabla - 3400 m radi proučavanja dubokih slojeva mora. „U nekim oblastima“, objašnjava Sergej Kuzmin, „geotermalni efekat se može uočiti u dubokim slojevima“.

Zadatak oceanologa na SP-36 uključivao je i prikupljanje uzoraka za naknadnu analizu od strane hidrohemičara. „Tri puta tokom zime – u proleće, leto i jesen – uzimali smo jezgro leda, koje je zatim otopljeno na sobnoj temperaturi, nastala voda je propuštena kroz filter, a zatim ponovo zamrznuta“, kaže Sergej. - I filter i led su posebno zapakovani za naknadnu analizu. Na isti način su prikupljeni uzorci snijega i subglacijalne vode. Uzimani su i uzorci zraka pomoću aspiratora, koji je pumpao zrak kroz nekoliko filtera koji su zadržavali najsitnije čestice. Ranije je na ovaj način bilo moguće, na primjer, otkriti polen nekih biljnih vrsta koji leti u polarne krajeve iz Kanade i ruske tajge.”

Zašto proučavati struje? „Upoređivanjem sa podacima prikupljenim tokom prethodnih godina, mogu se utvrditi klimatski trendovi“, odgovara Sergej. - Takva analiza će omogućiti da se razume, na primer, ponašanje leda u Arktičkom okeanu, što je izuzetno važno ne samo sa fundamentalne tačke gledišta, već i sa čisto primenjene tačke gledišta - npr. razvoj prirodni resursi Arktik".

Snijeg

Program specijalnih meteoroloških istraživanja obuhvatao je nekoliko sekcija. Proučavana je struktura snježnog i ledenog pokrivača, njegova termofizička i radijaciona svojstva – odnosno kako reflektuje i upija sunčevo zračenje. „Činjenica je da snijeg ima visoku reflektivnost i prema ovoj karakteristici, na primjer na satelitskim snimcima, veoma podsjeća na sloj oblaka“, objašnjava meteorolog Sergej Šutilin. - Posebno zimi, kada je temperatura na oba mesta nekoliko desetina stepeni ispod nule. Proučavao sam termofizička svojstva snijega u zavisnosti od temperature, vjetra, oblačnosti i sunčevog zračenja.” Izmjeren je i prodor sunčevog zračenja (naravno, tokom polarnog dana) kroz snijeg i led na različite dubine (uključujući i vodu). Proučavana je i morfologija snijega i njegova termofizička svojstva – temperatura na različitim dubinama, gustoća, poroznost i frakcijski sastav kristala u različitim slojevima. Ovi podaci, zajedno sa karakteristikama zračenja, pomoći će u pojašnjenju opisa snježnog i ledenog pokrivača u modelima različitih nivoa – globalnih i regionalnih klimatskih modela.

Tokom polarnog dana vršena su mjerenja ultraljubičastog zračenja koja je dopirala do površine Zemlje, a tokom polarne noći proučavane su koncentracije pomoću gasnih analizatora ugljični dioksid, prizemni ozon i metan, čije su emisije na Arktiku očigledno povezane sa geološkim procesima. Uz pomoć specijalnog gasnog analizatora, takođe je bilo moguće dobiti, prema Sergeju Šutilinu, jedinstvene podatke o protoku ugljičnog dioksida i vodene pare kroz površinu snijega i leda: „Ranije je postojao model prema kojem se otopljena voda iz obala je pala u okean, okean je postao prekriven ledom, a ispod njega su se odvijali anaerobni procesi. A nakon što se površina oslobodila leda, u atmosferu je ušao tok ugljičnog dioksida. Otkrili smo da tok ide u suprotnom smjeru: kada nema leda, ide u okean, a kada ima leda, ide u atmosferu! Međutim, to također može ovisiti o području - na primjer, mjerenja na SP-35, koji se približio jugu i morskom ljefu na istočnoj hemisferi, u skladu su s gornjom hipotezom. Dakle, potrebno je više istraživanja."

Ledu se sada posvećuje najveća pažnja, jer je jasan pokazatelj procesa koji se odvijaju na Arktiku. Stoga je njegovo proučavanje izuzetno važno. Prije svega, ovo je procjena bilansa ledene mase. Otapa se ljeti i raste zimi, pa redovna mjerenja njegove debljine pomoću mjernih šipki na određenom mjestu omogućavaju procjenu brzine otapanja ili rasta ledene plohe, a ti podaci se potom mogu koristiti za prečišćavanje različitih modeli višegodišnjeg formiranja leda. „Na SP-36 deponija je zauzimala površinu od 80x100 m, a od oktobra do maja na njoj je izraslo 8.400 tona leda“, kaže Vladimir Čurun. "Možete zamisliti koliko je leda naraslo na cijeloj ledenoj plohi veličine 5x6 km!"

“Također smo uzeli nekoliko jezgri mladog i starog leda, koji će biti pregledani u AARI-u,” hemijski sastav, mehanička svojstva, morfologija”, kaže Nikita Kuznjecov, istraživač leda SP-36. “Ove informacije se mogu koristiti za pročišćavanje različitih klimatskih modela, a također, na primjer, u inženjerske svrhe, uključujući konstrukciju ledolomaca.”

Osim toga, na SP-36 su provedene studije o procesima prolaska različitih valova u morski led: talasi nastali prilikom sudara ledenih ploha, kao i prelaska iz morskog okruženja u led. Ovi podaci se bilježe pomoću visoko osjetljivih seizmometara i kasnije se koriste za primijenjene modele interakcije leda sa čvrste materije. Prema rečima vodećeg inženjera-leda istraživača SP-36, Leonida Panova, ovo omogućava procenu opterećenja na različitim inženjerskim konstrukcijama - brodovima, platformama za bušenje itd. - sa stanovišta otpornosti na led: „Poznavanje karakteristika interakcije leda sa talasima, moguće je izračunati svojstva čvrstoće leda, što znači predvideti tačno gde će se slomiti. Takve metode će omogućiti daljinsko otkrivanje prolaza pukotina i grbina u opasnim područjima, na primjer, u blizini naftovoda i plinovoda."

Nije odmaralište

Kada sam pitao Vladimira kako se globalna klimatska promjena (naime - globalno zagrijavanje) dok je radio na lebdećoj stanici, samo se nasmiješio u odgovoru: „Naravno, površina leda i njegova debljina na Arktiku su se smanjili - to je prilično registrirano naučna činjenica. Ali na lebdećoj stanici, u lokalnom prostoru ledene plohe, globalno zagrijavanje se uopće ne osjeća. Konkretno, tokom ove zime zabilježili smo minimalnu temperaturu u posljednjih deset godina (-47,3°C). Vjetar nije bio jako jak - maksimalni udari bili su 19,4 m/s. Ali generalno zima od februara do aprila bila je veoma hladna. Dakle, uprkos globalnom zagrevanju, Arktik nije postao topliji, udobniji ili udobniji. Ovdje je i dalje jednako hladno, hladni vjetrovi i dalje duvaju, led je i dalje isti unaokolo. I još nema nade da će Čukotka uskoro postati odmaralište.”

Dmitry Mamontov.