Како поларните истражувачи ги користат својствата на мразот. Зошто мразот лебди во вода? Густина на мраз и вода

Поларните ледени блокови и ледените брегови се движат во океанот, па дури и во пијалоците мразот никогаш не тоне на дното. Можеме да заклучиме дека мразот не тоне во вода. Зошто? Ако размислите добро, ова прашање може да изгледа малку чудно, бидејќи мразот е цврст и - интуитивно - треба да биде потежок од течен. Иако оваа изјава е точна за повеќето супстанции, водата е исклучок од правилото. Она што ги разликува водата и мразот се водородните врски, кои го прават мразот полесен во цврста состојба отколку кога е во течна состојба.

Научно прашање: зошто мразот не тоне во вода?

Да замислиме дека сме на лекција наречена „ Светот„во трето одделение. „Зошто мразот не тоне во вода?“, ги прашува наставникот децата. И децата, без длабоко познавање на физиката, почнуваат да расудуваат. „Можеби ова е магија? - вели едно од децата.

Навистина, мразот е крајно необичен. Практично нема други природни супстанции кои, во цврста состојба, би можеле да лебдат на површината на течноста. Ова е едно од својствата што ја прават водата толку необична супстанција и, искрено, тоа е она што го менува патот на планетарната еволуција.

Постојат некои планети кои содржат огромни количини на течни јаглеводороди како што е амонијак - сепак, кога овој материјал се замрзнува, тој тоне на дното. Причината зошто мразот не тоне во вода е тоа што кога водата замрзнува, таа се шири, а во исто време и се намалува густината. Интересно е што ширењето на мразот може да ги скрши камењата - процесот на глацијација на водата е толку необичен.

Зборувајќи научен јазик, за време на процесот на замрзнување, брзи атмосферски циклуси и одредени хемиски супстанции, ослободени на површината се способни за растворање на минерали. Генерално, замрзнувањето на водата е поврзано со следните процеси и можности: физички својстване се предлагаат други течности.

Густина на мраз и вода

Така, одговорот на прашањето зошто мразот не тоне во вода, туку плови на површината е дека има помала густина од течноста - но ова е одговор од прво ниво. За подобро да разберете, треба да знаете зошто мразот има мала густина, зошто нештата на прво место лебдат и како густината предизвикува пливање.

Да се ​​потсетиме на грчкиот гениј Архимед, кој открил дека по потопување на одреден предмет во вода, волуменот на водата се зголемува за бројка еднаква на волуменот на потопениот предмет. Со други зборови, ако ставите длабок сад на површината на водата и потоа ставите тежок предмет во неа, волуменот на водата што се истура во садот ќе биде точно еднаков на волуменот на предметот. Не е важно дали предметот е целосно или делумно потопен.

Својства на водата

Водата е неверојатна супстанција, кој главно го храни животот на земјата, бидејќи тоа му е потребно на секој жив организам. Една од најважните својства на водата е тоа што има најголема густина на 4°C. Така, топла вода или мраз се помалку густи од студената вода. Помалку густи супстанции лебдат на врвот на погустите супстанции.

На пример, кога подготвувате салата, може да забележите дека маслото е на површината на оцетот - тоа може да се објасни со фактот дека има помала густина. Истиот закон важи и за објаснување зошто мразот не тоне во вода, туку тоне во бензин и керозин. Само што овие две супстанции имаат помала густина од мразот. Така, ако фрлите топка на надувување во базен, таа ќе исплива на површината, но ако фрлите камен во водата, ќе потоне на дното.

Какви промени се случуваат со водата кога ќе замрзне?

Причината поради која мразот не тоне во водата се должи на водородните врски, кои се менуваат кога водата ќе замрзне. Како што знаете, водата се состои од еден атом на кислород и два атоми на водород. Тие се прикачени ковалентни врски, кои се неверојатно силни. Меѓутоа, друг тип на врска што се формира помеѓу различни молекули, наречена водородна врска, е послаб. Овие врски се формираат затоа што позитивно наелектризираните атоми на водород се привлекуваат кон негативно наелектризираните атоми на кислород на соседните молекули на водата.

Кога водата е топла, молекулите се многу активни, многу се движат наоколу и брзо формираат и раскинуваат врски со другите молекули на водата. Имаат енергија да се зближат еден до друг и брзо да се движат. Па зошто мразот не тоне во вода? Хемијата го крие одговорот.

Физичко-хемија на мразот

Како што температурата на водата паѓа под 4°C, кинетичката енергија на течноста се намалува, па молекулите повеќе не се движат. Тие немаат енергија да се движат и да се скршат и да формираат врски толку лесно како на високи температури. Наместо тоа, тие формираат повеќе водородни врски со други молекули на вода за да формираат хексагонални решетки структури.

Тие ги формираат овие структури за да ги држат негативно наелектризираните молекули на кислород подалеку една од друга. Во средината на шестоаголниците формирани како резултат на активноста на молекулите, има многу празнина.

Мразот тоне во вода - причини

Мразот е всушност 9% помалку густ од течна вода. Затоа, мразот зазема повеќе простор од водата. Практично, ова има смисла бидејќи мразот се шири. Ова е причината зошто не се препорачува замрзнување на стаклено шише со вода - замрзнатата вода може да создаде големи пукнатини дури и во бетонот. Ако имате литарско шише мраз и литарско шише вода, тогаш шишето со мраз вода ќе биде полесно. Молекулите во овој момент се подалеку оддалечени отколку кога супстанцијата е во течна состојба. Ова е причината зошто мразот не тоне во вода.

Како што се топи мразот, стабилната кристална структура се распаѓа и станува погуста. Кога водата се загрева до 4°C, добива енергија и молекулите се движат побрзо и подалеку. Ова е причината зошто топлата вода зазема повеќе простор од ладната вода и плови врз ладна вода - таа е помалку густа. Запомнете, кога сте на езеро, додека пливате, горниот слој на вода е секогаш пријатен и топол, но кога ќе ги ставите стапалата подлабоко, го чувствувате студот на долниот слој.

Важноста на процесот во функционирањето на планетата

И покрај фактот дека прашањето „Зошто мразот не тоне во вода? за 3 одделение, многу е важно да се разбере зошто се случува овој процес и што значи тоа за планетата. Така, пловноста на мразот има важни последици за животот на Земјата. во зима на ладни места - ова им овозможува на рибите и другите водни животни да преживеат под леденото ќебе. Ако дното е замрзнато, постои голема веројатност дека целото езеро би можело да биде замрзнато.

Во такви услови, ниту еден организам не би останал жив.

Кога густината на мразот би била поголема од густината на водата, тогаш мразот во океаните би потонал, а ледените капачиња, кои во овој случај би биле на дното, нема да дозволат никој да живее таму. Дното на океанот би било полно со мраз - и во што би се претворило сето тоа? Меѓу другото, поларниот мраз е важен бидејќи ја рефлектира светлината и го спречува прегревањето на планетата Земја.

Секој знае дека мразот е замрзната вода, или подобро кажано, тој е во цврста состојба на агрегација. Но Зошто мразот не тоне во вода, туку лебди на неговата површина?

Водата е необична супстанца со ретки, дури и аномални својства. Во природата, повеќето супстанции се шират кога се загреваат и се собираат кога се ладат. На пример, живата во термометарот се крева низ тесна цевка и покажува зголемување на температурата. Бидејќи живата замрзнува на -39ºC, не е погодна за термометри што се користат во средини со тешки температури.

Водата исто така се шири кога се загрева и се собира кога се лади. Меѓутоа, во опсегот на ладење од приближно +4 ºC до 0 ºC се шири. Ова е причината зошто водоводните цевки може да пукнат во зима ако водата во нив замрзнала и се создале големи маси мраз. Притисокот на мразот на ѕидовите на цевките е доволен за да предизвика нивно пукање.

Проширување на водата

Бидејќи водата се шири кога се лади, густината на мразот (т.е. неговата цврста форма) е помала од густината на течната вода. Со други зборови, даден волумен на мраз тежи помалку од истиот волумен на вода. Ова се рефлектира со формулата m = ρV, каде што V е волуменот на телото, m е масата на телото, ρ е густината на супстанцијата. Постои обратно пропорционална врска помеѓу густината и волуменот (V = m/ρ), т.е., со зголемување на волуменот (како што водата се лади), истата маса ќе има помала густина. Ова својство на водата доведува до формирање на мраз на површината на резервоарите - бари и езера.

Да претпоставиме дека густината на водата е 1. Тогаш мразот ќе има густина од 0,91. Благодарение на оваа бројка, можеме да ја дознаеме дебелината на ледената лента што лебди по водата. На пример, ако ледената плоча има висина над водата од 2 cm, тогаш можеме да заклучиме дека нејзиниот подводен слој е 9 пати подебел (т.е. 18 cm), а дебелината на целата ледена плоча е 20 cm.

Во областа на Северниот и Јужниот Пол на Земјата, водата замрзнува и формира санта мраз. Некои од овие лебдечки ледени планини се огромни. Најголемиот од познати на човекотсе смета санта мраз со површина од 31.000 квадратни метри. километри, која беше откриена во 1956 година во Тихиот Океан.

Како водата цврста состојбаго зголемува неговиот волумен? Со менување на неговата структура. Научниците докажаа дека мразот има ажур структура со шуплини и празнини, кои, кога ќе се стопат, се полнат со молекули на вода.

Искуството покажува дека точката на замрзнување на водата се намалува со зголемување на притисокот за приближно еден степен на секои 130 атмосфери.

Познато е дека во океаните на големи длабочини температурата на водата е под 0 ºС, а сепак не замрзнува. Ова се објаснува со притисокот што го создаваат горните слоеви на водата. Слој вода дебел еден километар притиска со сила од околу 100 атмосфери.

Споредба на густината на водата и мразот

Дали густината на водата може да биде помала од густината на мразот и дали тоа значи дека тој ќе се удави во неа? Одговор на ова прашањепотврдно, што е лесно да се докаже со следниот експеримент.

Да земеме од замрзнувачот, каде што температурата е -5 ºС, парче мраз со големина од една третина од чаша или малку повеќе. Ајде да го ставиме во кофа со вода на температура од +20 ºС. Што набљудуваме? Мразот брзо тоне и тоне, постепено почнувајќи да се топи. Ова се случува затоа што водата на температура од +20 ºС има помала густина во споредба со мразот на температура од -5 ºС.

Има модификации на мразот (при високи температури и притисоци), кој поради поголемата густина ќе потоне во вода. Зборуваме за таканаречениот „тежок“ мраз - деутериум и тритиум (заситен со тежок и супертежок водород). И покрај присуството на истите празнини како во мразот од протиум, тој ќе потоне во вода. За разлика од „тешкиот“ мраз, протиумскиот мраз е без тешки водородни изотопи и содржи 16 милиграми калциум на литар течност. Процесот на неговата подготовка вклучува прочистување од штетни нечистотии за 80%, поради што протиумската вода се смета за најоптимална за човечкиот живот.

Значењето во природата

Фактот дека мразот лебди на површината на водните тела игра важна улога во природата. Ако водата го немаше ова својство и мразот потоне на дното, тоа ќе доведе до замрзнување на целиот резервоар и, како резултат на тоа, смрт на живите организми кои го населуваат.

Кога ќе се појави студено време, прво на температури над +4 ºС, поладна вода од површината на резервоарот тоне надолу, а топла (полесна) вода се крева. Овој процес се нарекува вертикална циркулација (мешање) на водата. Кога ќе достигне +4 ºС низ целиот резервоар, овој процес престанува, бидејќи од површината водата веќе на +3 ºС станува полесна од онаа што е долу. Водата се шири (нејзиниот волумен се зголемува за приближно 10%) и нејзината густина се намалува. Како последица на тоа што постудениот слој е на врвот, водата замрзнува на површината и се појавува ледена покривка. Поради својата кристална структура, мразот има слаба топлинска спроводливост, што значи дека ја задржува топлината. Ледениот слој делува како еден вид топлински изолатор. И водата под мразот ја задржува својата топлина. Благодарение на термоизолационите својства на мразот, нагло се намалува преносот на „ладно“ до долните слоеви на вода. Затоа, барем тенок слој вода речиси секогаш останува на дното на резервоарот, што е исклучително важно за животот на неговите жители.

Така, +4 ºС - температурата на максимална густина на водата - е температурата на преживување на живите организми во резервоар.

Користете во секојдневниот живот

Погоре спомната беше можноста за пукање на водоводните цевки при замрзнување на водата. За да се избегне оштетување на системот за водоснабдување при ниски температури, не треба да има прекини во снабдувањето со топла вода што тече низ грејните цевки. Возилото е изложено на слична опасност ако се остави вода во радијаторот на ладно време.

Сега да зборуваме за пријатната страна на уникатните својства на водата. Уметничкото лизгање е одлична забава за деца и возрасни. Дали некогаш сте се запрашале зошто мразот е толку лизгав? На пример, стаклото е исто така лизгаво, а исто така помазно и попривлечно од мразот. Но, лизгалките не се лизгаат по него. Само мразот има таква специфична прекрасна особина.

Факт е дека под тежината на нашата тежина има притисок врз тенкото сечило на лизгалката, што, пак, предизвикува притисок врз мразот и негово топење. Во овој случај, се формира тенок филм со вода, против кој се лизга челичниот нож на лизгалката.

Разлика во замрзнување на восок и вода

Експериментите покажуваат дека површината на коцка мраз формира одредена испакнатост. Ова се должи на фактот дека замрзнувањето во средината се случува последно. И проширување за време на транзицијата во цврста состојба, оваа испакнатост се крева уште повеќе. Ова може да се спротивстави со стврднување на восокот, што, напротив, формира депресија. Ова се објаснува со фактот дека восокот се собира откако ќе се претвори во цврста состојба. Течностите кои се собираат подеднакво кога се замрзнат формираат малку вдлабна површина.

За да се замрзне водата, не е доволно да се излади до точката на замрзнување од 0 ºC, таа температура мора да се одржува преку постојано ладење.

Вода измешана со сол

Додавањето кујнска сол во водата ја намалува нејзината точка на замрзнување. Токму поради оваа причина патиштата во зима се посипуваат со сол. Солена водасе замрзнува на температури од -8 °C и пониски, така што додека температурата не падне барем до оваа точка, смрзнување не доаѓа.

Мешавина од мраз и сол понекогаш се користи како „мешавина за ладење“ за експерименти на ниски температури. Кога мразот се топи, тој ја апсорбира латентната топлина потребна за трансформација од неговата околина, а со тоа ја лади. Ова апсорбира толку многу топлина што температурата може да падне под -15 °C.

Универзален растворувач

Чистата вода (молекуларна формула H 2 0) нема боја, нема вкус, нема мирис. Молекулата на водата се состои од водород и кислород. Кога други материи (растворливи и нерастворливи во вода) ќе влезат во водата, таа станува загадена, поради што во природата нема апсолутно чиста вода. Сите супстанции што се појавуваат во природата можат да се растворат во вода до различен степен. Тоа е одредено од нив уникатни својства- растворливост во вода. Затоа, водата се смета за „универзален растворувач“.

Гарант за стабилна температура на воздухот

Водата полека се загрева поради високиот топлински капацитет, но, сепак, процесот на ладење се случува многу побавно. Ова овозможува да се летно времегодини да се акумулира топлина во океаните и морињата. Ослободувањето топлина се случува во зима, поради што нема остра промена на температурата на воздухот на територијата на нашата планета во текот на целата година. Океаните и морињата се оригиналниот и природен топлински акумулатор на Земјата.

Површински напон

Заклучок

Фактот дека мразот не тоне, туку лебди на површината, се објаснува со неговата помала густина во споредба со водата (специфичната густина на водата е 1000 kg/m³, на мразот - околу 917 kg/m³). Оваа теза е точна не само за мразот, туку и за кое било друго физичко тело. На пример, густината на хартиениот брод или есенскиот лист е многу помала од густината на водата, што ја обезбедува нивната пловност.

Сепак, способноста на водата да има помала густина во цврста состојба е многу ретка во природата, со исклучок на општо правило. Само металот и леано железо (легура на металното железо и неметалниот јаглерод) имаат слични својства.

- најмалиот океан на Земјата по површина, кој се наоѓа помеѓу Евроазија и Северна Америка. Површина 14,75 милиони квадратни метри. km, просечна длабочина 1225 m, најголема длабочина 5527 m во Гренландското Море. Волуменот на вода е 18,07 милиони km³.

Овој океан се одликува со суровата клима, изобилството на мраз и релативно плитки длабочини. Животот таму целосно зависи од размената на вода и топлина со соседните океани.

Арктичкиот океан е најмалиот од океаните на Земјата. Тоа е најплитко. Океанот се наоѓа во центарот на Арктикот, кој го зафаќа целиот простор наоколу северен Пол, вклучувајќи го и океанот, соседните делови на континентите, островите и архипелагот.

Значителен дел од областа на океанот е составена од мориња, од кои повеќето се маргинални, а само едно е внатрешно. Постојат многу острови во океанот лоцирани во близина на континентите.

Историја на истражување на океаните. Истражувањето на Арктичкиот океан е приказна за херојските подвизи на многу генерации морнари, патници и научници од голем број земји. Во античко време, руските луѓе - Поморите - тргнаа на патувања на кревки дрвени чамци и чамци. Тие ја поминаа зимата на Грумант (Шпитсберген) и отпловија до устието на Об. Тие ловеле риби, ловеле морски животни и добро ги познавале условите за пловидба во поларните води.

Користејќи информации за руските патувања, Британците и Холанѓаните се обидоа да ги најдат најкратките рути од Европа до земјите на истокот (Кина и Индија). Како резултат на патувањето на Вилем Баренц на крајот на 16 век. беше составена карта на западниот дел на океанот.

Систематското проучување на бреговите на океанот започна со Големата северна експедиција (1733-1743). Нејзините учесници постигнаа научен подвиг - тие одеа и го мапираа брегот од устието на Печора до Беринговиот теснец.

Првите информации за природата на циркуполарните области на океанот беа собрани во крајот на XIXВ. за време на наносот на Фрам Нансен и патувањето на Полот на почетокот на дваесеттиот век. Г.Седова на шунерот „Св. Фока“.

Можноста за преминување на океанот во една навигација беше докажана во 1932 година со експедицијата на мразокршачот Сибирјаков. Учесниците на оваа експедиција, под раководство на О. Ју.

Нашата земја разви нови методи за проучување на овој океан. Во 1937 година, првата поларна станица „Северен пол“ (SP-1) беше основана на ледена плочка која лебди. Четворица поларни истражувачи, предводени од И.Д.

За да го проучуваат океанот, тие сега користат авиони кои слетуваат на ледени санти и вршат еднократни набљудувања. Сликите од вселената даваат информации за промените во состојбата на атмосферата над океанот и движењето на мразот.

Како резултат на сите овие студии, акумулирана е голема количина на материјал за природата на Арктичкиот океан: за климата, органскиот свет; беше разјаснета структурата на долната топографија, беа проучувани долните струи.

Многу тајни за природата на Арктичкиот океан се веќе познати, но останува уште многу да откријат идните генерации, вклучително и некои од вас.

Долната топографија има сложена структура. Централниот дел на океанот го поминуваат планински венци и длабоки раседи. Помеѓу гребените има длабокоморски вдлабнатини и басени. Карактеристична карактеристика на океанот е големата полица, која сочинува повеќе од една третина од површината на океанското дно.

Климатските карактеристики се одредени од поларната положба на океанот. Над него преовладуваат арктичките воздушни маси. Маглата е честа во лето. Арктичките воздушни маси се многу потопли од воздушните маси што се формираат над Антарктикот. Причината за тоа е резервите на топлина во водите на Арктичкиот океан, кој постојано се надополнува со топлината на водите на Атлантикот, а во помала мера и на Тихиот Океан. Така, чудно е што Арктичкиот океан не се лади, туку значително ги загрева огромните копнени површини на северната хемисфера, особено во зимските месеци.

Под влијание на западните и југозападните ветрови од северниот дел на Атлантикот, моќен проток на топли води на северноатлантската струја влегува во Арктичкиот Океан. По должината на брегот на Евроазија, водите се движат од запад кон исток. Низ целиот океан од Беринговиот теснец до Гренланд, водата се движи во спротивна насока - од исток кон запад.

Најмногу карактеристична особинаприродата на овој океан е присуството на мраз. Нивното формирање е поврзано со ниската температура и релативно ниската соленост на површинските водни маси, кои се десолинизирани од голема количина на речна вода што тече од континентите.

Отстранувањето на мразот до другите океани е тешко. Затоа овде преовладува повеќегодишен мраз со дебелина од 2-4 m или повеќе. Ветровите и струите предизвикуваат движење и компресија на мразот, формирање на габи.

Најголемиот дел од организмите во океанот се алги, кои можат да живеат во ладна вода, па дури и на мраз. Органски светбогат е само во регионот на Атлантикот и на полицата во близина на устието на реките. Овде се формира планктон, на дното растат алги, а живеат риби (треска, навага, камбала). Китовите, фоките и моржовите живеат во океанот. Арктикот е населен со поларни мечки и морски птици кои водат колонијален начин на живот и живеат на бреговите. Целото население на џиновските „птичји колонии“ се храни во океанот.

Во Арктичкиот Океан има две природни зони. Границата на поларниот (арктички) појас на југ приближно се совпаѓа со работ на континенталниот гребен. Овој најдлабок и најсуров дел од океанот е покриен со мраз што лебди. Во лето, ледените санти се покриени со слој од топена вода. Овој појас е несоодветен за живи организми.

Делот од океанот во непосредна близина на копното припаѓа на субполарниот (субарктички) појас. Тоа се главно морињата на Арктичкиот Океан. Природата овде не е толку сурова. Во лето, водата од брегот е без мраз и е многу десолинирана од реките. Топлите води од Атлантикот што продираат овде создаваат услови за развој на планктон, со кој се хранат рибите.

Видови економската активноство океанот. Арктичкиот океан е од исклучителна важност за земјите чии брегови ги мијат неговите води. Суровата природа на океанот го отежнува барањето минерали. Но, наоѓалиштата на нафта и природен гас веќе се истражени на полицата на Кара и Баренцовото море, во близина на брегот на Алјаска и Канада.

Биолошкото богатство на океанот е мало. Во Атлантскиот регион ловат риба и добиваат алги и ловат фоки. Производството на китови во океанот е строго ограничено.

Постојат многу начини за истражување на Арктикот. Автоматски научни комплекси - метеоролошки и океанографски станици, пловци за рамнотежа на маса, кои се замрзнати во мразот и овозможуваат да се одреди зголемувањето или промената на масата на ледената покривка (патем, таквата пловка работи на SP-37) - во голема мера го олеснуваат собирањето податоци, но имаат свои ограничувања. Се разбира, би било примамливо да седите во канцеларија додека податоците пристигнуваат преку сателитски комуникации од систем, на пример, автоматски хидролошки станици - прицврстување или пловни пловци. Но, за една година, повеќе од 50% од таквите (многу скапи) пловци обично се губат - во овој регион условите за работа се доста тешки дури и за опремата специјално дизајнирана за ова поради динамиката на ледените полиња (гмечење, компресија).

Друг начин за добивање научни податоци е преку далечинско набљудување на Земјата. Научните сателити (за жал, не руските) овозможуваат да се добијат информации за условите на мраз во видливиот, инфрацрвениот, радарскиот и микробрановиот опсег. Овие податоци главно се користат за применети цели: за водење на бродови, за пребарување на соодветни ледени санти за станици за лебдење; на самите движечки станици, тие помагаат во работата - на пример, на SP-36 тие беа искористени за лоцирање на локација погодна за изградба на писта. Сепак, сателитски информации мора да се проверат со споредување со вистински набљудувања - директно измерена дебелина на мразот, неговата старост (сеуште не е можно директно да се измерат овие податоци од сателит).

Научните станици (веќе населени) може да се постават и со замрзнување на бродови во мраз (овој метод беше тестиран од Фридтјоф Нансен). Одвреме-навреме се спроведуваат такви проекти; примери ја вклучуваат француската јахта Тара или американско-канадскиот проект SHEBA кој вклучува брод што плови во морето Бофор. Сличен проект се размислуваше и за нуклеарниот мразокршач Арктика, но на крајот беше напуштен од различни причини. Сепак, замрзнатите бродови обезбедуваат само добра основа за животот на научниот персонал и снабдување со енергија за научниот комплекс. За да се соберат научни податоци, луѓето сепак ќе мора да одат на мразот за да ги исклучат надворешните влијанија. Покрај тоа, замрзнувањето на бродовите е скапо (и го одвлекува вниманието на бродовите од нивната главна работа).


„Според мое мислење, лебдечкиот мраз е природна платформа за оптоварување, најоптимална и за хостирање на научен комплекс и за луѓето во кои живеат“, вели Владимир Чурун. „Тоа ви овозможува да лебдите долго време и да добивате чисти научни податоци без никакво надворешно влијание. Се разбира, луѓето на ледената плоча се лишени од некаква удобност, но во име на науката мораме да го трпиме ова. Се разбира, добивањето научни податоци мора да се изврши на сеопфатен начин, користејќи ги сите расположливи средства - станици за лебдење, воздушни експедиции, сателитско набљудување, автоматски пловци и бродови за научна експедиција.

„Научната програма на SP-36 беше доста обемна и успешна“, објаснува Владимир Чурун за Popular Mechanics. „Вклучуваше метеоролошки, аеролошки и хидролошки набљудувања, како и студии за својствата на мразот и снежната покривка. Но, истражувањата поврзани со јоносферата и магнетно полеЗемјите, на кои им беше посветено значително внимание на станиците за лебдење во советско време, сега се префрлени на стационарни поларни станици на копното и на островите“.

Воздух

Почетокот на работата на станицата не е означен со свечениот момент на подигање на руското знаме над кабинетот. Официјално, дрифтинг станицата започнува со работа од моментот кога ќе се пренесе првиот временски извештај до ААРИ, а од таму до глобалната метеоролошка мрежа. Бидејќи, како што знаеме, „Арктикот е кујна на времето“, овие податоци им даваат на метеоролозите исклучително вредни информации. Проучувањето на барични (притисок, брзина и насока на ветерот на различни височини) и температурни профили на атмосферата со помош на сонди до надморска височина до 30 km се користи не само за предвидување на времето - овие податоци подоцна може да се користат за фундаментални научни цели, како на пр. како модели за рафинирање на атмосферската физика, и за применети - на пример, поддршка на летови на авиони. За сите овие податоци одговорни се метеоролозите и аеролозите.

Работата на метеорологот можеби изгледа едноставна - зема метеоролошки податоци и ги испраќа до Росхидромет. За да го направите ова, збир на сензори се наоѓа на 10-метарски временски јарбол кој ја мери брзината и насоката на ветерот, температурата и влажноста, видливоста и притисокот. Сите информации, вклучително и од далечинските сензори (температура на снег и мраз, интензитет на сончево зрачење), течат до метеоролошката станица. Иако податоците се земаат од станицата од далечина, не е секогаш можно да се вршат мерења без да се оди на метеоролошката локација. „Чашите на анемометрите и заштитата од радијација на метеоролошката кабина, каде што се наоѓаат сензорите за температура и влажност, се замрзнуваат, тие треба да се исчистат од мраз (за да се пристапи до врвот на јарболот, вториот е „кршлив“ ), објаснува SP-36 метеорологот инженер Илја Бобков.- А За време на периодот на топење, јажињата за типот треба постојано да се зајакнуваат за да се одржи јарболот стабилен. Покрај тоа, станицата не е дизајнирана да работи во такви тешки услови на мраз, под - 40 ° C, така што инсталиравме уред за греење таму - редовна ламба со блескаво од 40 вати. Се разбира, постојат станици дизајнирани за толку ниски температури, но тие се помалку прецизни“.

Над 10 m е работната површина на аеролозите. „Ги проучуваме горните слоеви на атмосферата користејќи аеролошки сонди“, објаснува водечкиот аеролошки инженер на SP-36 Сергеј Овчиников. - Сондата е кутија со тежина од 140 g, прицврстена е за балон - топка со волумен од околу 1,5 m 3 исполнета со водород, која се добива хемискиво генератор на гас под висок притисок - од феросилициум во прав, каустична сода и вода. Сондата има вграден GPS приемник, телеметриски предавател, како и сензори за температура, притисок и влажност. На секои две секунди сондата пренесува информации заедно со нејзините координати до станицата за примање на земјата“. Координатите на сондата овозможуваат да се пресмета неговото движење, брзината на ветерот и насоката на различни надморски височини (висината се одредува со барометриски метод). Електрониката на сондата се напојува со батерија наполнета со вода, која прво се чува во вода неколку минути (елекот за спасување со светилници за итни случаи се опремени со слични извори на енергија).

„Сондите се лансираат секој ден во 0 и 12 часот по Гринич, доколку дозволат временските услови; при силни ветрови сондата едноставно „закова“ на земјата. За помалку од една година се случија 640 пуштања, вели Сергеј Овчиников. „Просечната висина на искачување беше 28.770 m, максималната беше 32.400 m. Брзината на искачување на сондата беше околу 300 m во минута, така што максималната висина ја достигна за околу еден час и половина, балонот како лифт отекува, а потоа пука, а сондата паѓа на земја. Точно, речиси е невозможно да се најде, така што уредот е за еднократна употреба, иако скап.

Вода

„Главниот акцент во нашата работа е на мерењето на тековните параметри, како и на температурата, електричната спроводливост и густината на водата“, вели океанологот SP-36 Сергеј Кузмин. последните годиниФлотата на инструменти е значително ажурирана и сега можеме да добиеме резултати со висока точност што одговараат на светското ниво. Сега користиме инструменти за профилирање кои ни овозможуваат да ја измериме брзината на проток со помош на попречниот Доплер ефект во неколку слоеви.

„Главно ги проучувавме атлантските струи, чија горна граница е на длабочина од 180-220 m, а јадрото - 270-400 m. Покрај проучувањето на струите, беше обезбедено секојдневно проучување на водената колона со помош на сонда која ја мери електричната спроводливост и температурата; на секои шест дена, се спроведуваа студии на длабочина до 1000 m за да се „фатат“ водите на Атлантикот, и еднаш неделно сондата се спушташе на целата максимална должина на кабелот - 3400 m за проучување на длабоките морски слоеви. „Во некои области“, објаснува Сергеј Кузмин, „може да се забележи геотермален ефект во длабоките слоеви“.

Задачата на океанолозите на SP-36, исто така, вклучуваше собирање примероци за последователна анализа од страна на хидрохемичарите. „Три пати во текот на зимата - во пролет, лето и есен - земавме јадро мраз, кое потоа се стопи на собна температура, добиената вода беше помината низ филтер, а потоа повторно замрзната“, вели Сергеј. - И филтерот и мразот беа специјално спакувани за последователна анализа. На ист начин беа собрани примероци од снег и субглацијална вода. Исто така, беа земени примероци од воздух со помош на аспиратор, кој пумпаше воздух низ неколку филтри кои ги задржуваа најмалите честички. Претходно, на овој начин беше можно, на пример, да се открие полен на некои растителни видови што лета во поларните региони од Канада и руската тајга.

Зошто да ги проучуваме струите? „Со споредба со податоците акумулирани во претходните години, климатските трендови може да се утврдат“, одговара Сергеј. - Таквата анализа ќе овозможи да се разбере, на пример, однесувањето на мразот во Арктичкиот океан, што е исклучително важно не само од фундаментална гледна точка, туку и од чисто применета гледна точка - на пример, кога развивање Природни извориАрктик“.

Снег

Програмата за посебни метеоролошки истражувања опфати неколку делови. Проучена е структурата на снежната и ледената покривка, нејзините термофизички и радијациони својства - односно како го рефлектира и апсорбира сончевото зрачење. „Факт е дека снегот има висока рефлексивност и според оваа карактеристика, на пример на сателитски снимки, тој многу наликува на облак“, објаснува метеорологот Сергеј Шутилин. - Особено во зима, кога температурата на двете места е неколку десетици степени под нулата. Ги проучував термофизичките својства на снегот во зависност од температурата, ветерот, облачноста и сончевото зрачење“. Беше измерена и пенетрацијата на сончевото зрачење (се разбира, во текот на поларниот ден) преку снег и мраз до различни длабочини (вклучително и во вода). Морфологијата на снегот и неговите термофизички својства, исто така, беа проучувани - температура на различни длабочини, густина, порозност и фракционо состав на кристали во различни слоеви. Овие податоци, заедно со карактеристиките на радијацијата, ќе помогнат да се разјасни описот на снежната и ледената покривка во модели на различни нивоа - и глобални и регионални климатски модели.

Во текот на поларниот ден, беа извршени мерења на ултравиолетовото зрачење што стигнува до површината на Земјата, а во текот на поларната ноќ, беа користени анализатори на гас за проучување на концентрациите на јаглерод диоксид, озон на ниво на земја и метан, чиишто емисии на Арктикот очигледно се поврзани со геолошки процеси. Со помош на специјален анализатор на гас, исто така беше можно да се добијат, според Сергеј Шутилин, уникатни податоци за протокот на јаглерод диоксид и водена пареа низ површината на снегот и мразот: „Претходно постоеше модел според кој се топи вода од брегот паднал во океанот, океанот се прекрил со мраз, а под него се одвивале анаеробни процеси. И откако површината беше ослободена од мразот, проток на јаглерод диоксид влезе во атмосферата. Откривме дека протокот оди во спротивна насока: кога нема мраз, тој оди во океанот, а кога има мраз, оди во атмосферата! Сепак, ова може да зависи и од областа - на пример, мерењата на SP-35, кој се доближи до југ и до полиците на морињата во источната хемисфера, се во согласност со горната хипотеза. Затоа се потребни повеќе истражувања“.

Мразот сега добива најголемо внимание, бидејќи е јасен показател за процесите што се случуваат на Арктикот. Затоа, неговото проучување е исклучително важно. Пред сè, ова е проценка на рамнотежата на ледената маса. Се топи во лето и расте во зима, така што редовните мерења на нејзината дебелина со помош на мерни шипки на одредено место овозможуваат да се процени стапката на топење или раст на ледената лента, а овие податоци потоа може да се искористат за рафинирање на различни модели на повеќегодишно формирање мраз. „На СП-36, депонијата зафаќаше површина од 80x100 m, а од октомври до мај на неа пораснаа 8.400 тони мраз“, вели Владимир Чурун. „Можете да замислите колку мраз порасна на целата ледена лента со димензии 5x6 km!

„Зедовме и неколку јадра млади и стари мраз, кои ќе бидат испитани во ААРИ. хемиски состав, механички својства, морфологија“, вели истражувачот на мразот SP-36 Никита Кузњецов. „Оваа информација може да се користи за усовршување на различни климатски модели, а исто така, на пример, за инженерски цели, вклучително и за изградба на мразокршачи“.

Покрај тоа, на SP-36, беа спроведени студии за процесите на минување на различни бранови во морски мраз: бранови настанати при судири на ледени санти, како и преминување од морската средина во мраз. Овие податоци се снимаат со помош на високо чувствителни сеизмометри и последователно се користат за применети модели на интеракција на мраз со цврсти материи. Според водечкиот инженерски истражувач на мраз на SP-36, Леонид Панов, ова овозможува да се проценат оптоварувањата на различни инженерски конструкции - бродови, платформи за дупчење итн. - од гледна точка на отпорност на мраз: „Познавање на карактеристиките од интеракцијата на мразот со брановите, можно е да се пресметаат јачините својства на мразот, што значи точно да се предвиди каде ќе се скрши. Ваквите методи ќе овозможат далечинско откривање на минување на пукнатини и поткопување во опасните области, на пример, во близина на нафтоводи и гасоводи“.

Не е одморалиште

Кога го прашав Владимир како глобалните климатски промени (имено - глобално затоплување) додека работеше на станица за лебдење, тој само се насмевна како одговор: „Се разбира, површината на мразот и неговата дебелина на Арктикот се намалени - ова е целосно регистриран научен факт. Но, на станицата што лебди, во локалниот простор на ледената лента, глобалното затоплување воопшто не се чувствува. Конкретно, во ова презимување ја забележавме минималната температура во последните десет години (-47,3°C). Ветерот не беше многу силен - максималните налети беа 19,4 m/s. Но, генерално зимата од февруари до април беше многу студена. Значи, и покрај глобалното затоплување, Арктикот не стана потопол, попријатен или поудобен. Овде сè уште е исто толку студено, студените ветрови сè уште дуваат, мразот е сè уште ист насекаде наоколу. И сè уште нема надеж дека Чукотка наскоро ќе стане одморалиште“.

Дмитриј Мамонтов.