La ciencia de los procesos naturales en los océanos. Ciencias físicas y geográficas. Ejemplos de geografía física. La geografía como ciencia.
Ministerio de Ciencia y Educación de Ucrania
Universidad Nacional de Táurida
A ellos. VIVernadsky
Facultad de Geografía
Departamento de Geografía Física y Oceanología
Yu. F. BEZRUKOV
OCEANOLOGIA
Fenómenos y procesos físicos en el océano.
Simferópol 2006
Prefacio
Introducción
1. Tema y tareas de la oceanología.
2. Principales Organizaciones Oceanológicas
2.1. Organizaciones internacionales
2.2. Importantes Instituciones Científicas Nacionales
3. Historia del estudio de los océanos
4. Características geográficas de los océanos
4.1. Características morfométricas y división del Océano Mundial
4.2. El océano mundial como un solo objeto natural.
4.3. Características geográficas de los océanos.
4.4. La estructura de la corteza oceánica y los principales elementos de la topografía del fondo.
5. Estructura y composición química del agua de mar
5.1. La estructura molecular del agua y sus anomalías.
5.2. La composición química del agua de mar.
5.3. Salinidad del agua de mar
5.4. Gases disueltos
6. Principales características físicas del agua de mar
6.1. Densidad, gravedad específica y volumen específico.
Ecuación de estado del agua de mar
6.2. Presión y compresibilidad del agua de mar
6.3. Propiedades termales del agua de mar
6.4. Difusión y ósmosis
7. Mezcla turbulenta en el océano
7.1. Tipos de mezcla turbulenta
7.2. Viscosidad (o fuerza de fricción interna)
7.3. Turbulencia marina
7.4. Elementos de la teoría estadística de la turbulencia
7.5. Intercambio turbulento en el océano
7.6. Estabilidad de capas en el mar
7.7. mezcla convectiva
8. Propiedades ópticas del agua de mar
8.1. emisión de luz
8.2. Balance de radiación de la Tierra e iluminación de la superficie del mar
8.3. Absorción y dispersión de la luz en el mar.
8.4. Transparencia y color del agua.
8.4. Bioluminiscencia y floración marina
9. Propiedades acústicas del agua de mar
9.1. Velocidad de propagación del sonido
9.2. Absorción y dispersión del sonido en el mar. Reverberación
9.3. refracción de los rayos de sonido. Canal de sonido submarino
9.4. Biohidroacústica
10. Interacción océano-atmósfera
10.1. La relación de los procesos en el océano y la atmósfera.
10.2. Variabilidad del proceso en el océano
10.3. Transferencia de calor en el sistema océano-atmósfera
10.3.1. Componentes del balance de calor del océano
10.4. Intercambio de humedad en el sistema océano-atmósfera
10.5. El Niño y La Niña
10.6. Calentamiento global: realidad y pronóstico
11. Distribución de temperatura y salinidad
en los océanos
11.1. Distribución de temperatura
11.2. Distribución de salinidad
12. Análisis termohalino de aguas oceánicas
12.1. Curvas T, S
12.2. Mezcla de dos y tres masas de agua
12.3. Mezcla de cuatro masas de agua
12.4. Geometría analítica de curvas T,S
12.5. Análisis estadístico T,S
13. Masas de agua de los océanos
14. Zonas frontales y frentes en el Océano Mundial
15. Zonificación físico-geográfica del Océano Mundial
16. Hielo marino
16.1. Clasificación de hielo
16.2. salinidad del hielo
16.3. Propiedades físicas del hielo.
16.4. Propiedades mecánicas del hielo.
16.5. deriva de hielo
16.6. Distribución del hielo en los océanos
17. La estructura biológica del océano
17.1. Zonas biológicas y provincias en el océano
17.2. hidrobiontes marinos
17.3. ecosistema marino
17.4. Pesca en el mar
18. Recursos naturales de los océanos
sistema de medidas ingles
Incluso los pueblos primitivos comenzaron a acumular conocimientos sobre lo que les rodea. A medida que la humanidad se desarrolló, este conocimiento se hizo más y más. Las personas buscaban conocer el mundo que les rodeaba lo más profundamente posible. Poco a poco, varias ciencias surgieron y comenzaron a desarrollarse. Algunos de ellos exploran la naturaleza, otros: la vida de las personas, su mundo espiritual, historia, cultura, economía.
La naturaleza en los viejos tiempos se llamaba "naturaleza". Por lo tanto, las ciencias de la naturaleza recibieron el nombre general de ciencias naturales. Estudian diversos cuerpos, sustancias y fenómenos naturales. El cuerpo puede llamarse cualquier objeto, cualquier ser vivo. Las sustancias son de lo que están hechos los cuerpos. Y los fenómenos, como ya sabes, son cualquier cambio que ocurre en la naturaleza.
Familiaricémonos con las ciencias básicas sobre la naturaleza.
Astronomía
El nombre de esta ciencia proviene de las palabras griegas "astron" - "estrella", "nomos" - "ley".
La astronomía es la ciencia de los cuerpos celestes: su origen, estructura, composición, movimiento en el espacio exterior.
El mundo de los cuerpos celestes, tal vez, nos parece una parte particularmente misteriosa de la naturaleza. Y probablemente, todos, más de una vez mirando el cielo estrellado distante y hechizante, sintieron que todas las personas y toda la Tierra eran una pequeña parte de un mundo enorme e inmenso: el Universo. La astronomía ya ha descubierto muchos de los misterios del universo y continúa resolviéndolos, golpeando la imaginación de las personas con nuevos descubrimientos.
Física
Traducido del griego, la palabra "fisis" significa. té "naturaleza".
La física es una ciencia que estudia diversos fenómenos naturales.
A menudo nos encontramos con muchos de estos fenómenos en la vida cotidiana. Por ejemplo, el movimiento de los cuerpos, los cambios que se producen en los cuerpos cuando se calientan y se enfrían, la electricidad, el sonido, la luz. Es la física la que responde a las preguntas de por qué resplandecen los relámpagos y retumba el trueno, cómo se produce un eco, qué es un arcoíris... Pero la física no solo explica lo que se puede ver en la naturaleza. Es la base de la tecnología. Sin conocimientos de física, es imposible crear un automóvil, un avión, un refrigerador, una grúa o una computadora. Es difícil incluso imaginar cómo sería nuestra vida si la ciencia de la física no existiera.
Química
El origen del nombre de esta ciencia no se conoce exactamente, quizás de la palabra griega "chemeusis" - "mezclar".
La química es la ciencia de las sustancias y sus transformaciones.
Ya sabes que los cuerpos están hechos de sustancias. El agua, el oxígeno, el dióxido de carbono, el azúcar, el almidón y la sal de mesa son ejemplos de sustancias. Hay muchos de ellos ahora, varios millones. Cada sustancia tiene sus propias propiedades. Bajo ciertas condiciones, algunas sustancias pueden producir otras. No hay milagro, no hay magia en tales transformaciones. Gracias a la química se ha aprendido a obtener en laboratorios y plantas químicas aquellas sustancias que se necesitan en la economía y en la vida cotidiana.
Geografía
Esta es otra ciencia de la tierra. Su nombre proviene de las palabras griegas "geo" - "tierra", "grafo" - "escribo", es decir, "descripción de la tierra".
En efecto, la geografía describe nuestro planeta: qué océanos y continentes tiene, mares, lagos y ríos, tierras bajas, cerros y montañas, qué países, ciudades y pueblos surgieron en la Tierra, cuál es la vida y economía de los pueblos que habitan nuestro planeta. Muchas preguntas son estudiadas por la geografía. Como puede ver, se refieren no solo a la naturaleza, sino también a la vida y las actividades económicas de las personas. Sobre en qué secciones principales se divide la geografía y qué estudian, así como qué ciencias geográficas existen, aprenderá del siguiente párrafo.
Biología
Traducido del griego, la palabra "bios" significa "vida", "logos" - "ciencia, enseñanza".
La biología es la ciencia de la naturaleza viva.
Sin vida, es imposible imaginar nuestro planeta. Una variedad de criaturas (bacterias, protozoos, hongos, plantas, animales) habitaban los océanos y la tierra, las llanuras y las montañas, el suelo e incluso cuevas profundas y misteriosas. Nosotros mismos somos parte de la naturaleza. La biología responde a muchas preguntas: qué seres vivos hay en la Tierra y cuántos hay, cómo se organiza y funciona un cuerpo vivo, cómo se reproducen y desarrollan los organismos, cómo están conectados entre sí y con la naturaleza inanimada.
Ecología
El nombre de esta ciencia proviene de las palabras griegas "ekos" - "casa", "logos" - "ciencia, enseñanza".
La ecología es la ciencia de la relación de los organismos entre sí y con su entorno, la interacción del hombre y la naturaleza.
La ecología se originó como parte de la biología, pero ahora más y más personas hablan de ella como una ciencia independiente: la ciencia del hogar natural de la humanidad. La palabra "ecología" se escucha a menudo en la radio, la televisión y aparece en los periódicos. Esto se debe a que nuestro hogar natural está en peligro. Para salvarlo, cada persona debe estar al menos un poco familiarizada con el medio ambiente.
Las personas siempre han buscado conocer el mundo que les rodea. Poco a poco, varias ciencias surgieron y comenzaron a desarrollarse. Las ciencias de la naturaleza se llaman ciencias naturales. Estudian diversos cuerpos, sustancias y fenómenos naturales. Las ciencias básicas de la naturaleza incluyen la astronomía, la física, la química, la geografía, la biología, la geología y la ecología. La astronomía es la ciencia de los cuerpos celestes. La física considera varios fenómenos naturales. La química es la ciencia de las sustancias y sus transformaciones. La geografía estudia nuestro planeta. La biología es la ciencia de la naturaleza viva. La ecología es la ciencia de la relación de los organismos entre sí y con su entorno, la interacción del hombre y la naturaleza.
- ¿Cuál es el nombre común de las ciencias naturales?
- ¿Qué son los cuerpos, sustancias y fenómenos de la naturaleza? Da ejemplos de cuerpos y sustancias que encuentres en la vida cotidiana.
- Haz una lista de las ciencias naturales que conoces.
- ¿Qué estudia cada una de las ciencias naturales (astronomía, física, química, geografía, biología, ecología)?
- El gran científico inglés Isaac Newton escribió: “No sé los demás, pero me siento como un niño que deambula todo el día a la orilla del agua, encontrando una concha o una piedra pulida por una ola, mientras un enorme océano de verdad se extiende ante él, sin límites, inexplorado.” ¿Cómo explicas estas palabras?
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El Océano Mundial, que cubre el 71% de la superficie terrestre, sorprende por la complejidad y variedad de procesos que se desarrollan en él.
Desde la superficie hasta las mayores profundidades, las aguas del océano están en continuo movimiento. Estos movimientos complejos del agua, desde las enormes corrientes oceánicas hasta los remolinos más pequeños, son excitados por las fuerzas que forman las mareas y sirven como manifestación de la interacción de la atmósfera y el océano.
La masa de agua del océano en latitudes bajas acumula el calor recibido del sol y transfiere este calor a las latitudes altas. La redistribución del calor, a su vez, excita ciertos procesos atmosféricos. Entonces, en el área de convergencia de corrientes frías y cálidas en el Atlántico Norte, surgen poderosos ciclones. Llegan a Europa y, a menudo, determinan el clima en todo su espacio hasta los Urales.
La materia viva del océano está distribuida de manera muy desigual en las profundidades. En diferentes regiones del océano, la biomasa depende de las condiciones climáticas y del suministro de sales de nitrógeno y fósforo a las aguas superficiales. El océano es el hogar de una gran variedad de plantas y animales. Desde bacterias y algas verdes unicelulares de fitoplancton hasta los mamíferos más grandes de la tierra: las ballenas, cuyo peso alcanza las toneladas 150. Todos los organismos vivos forman un solo sistema biológico con sus propias leyes de existencia y evolución.
Los sedimentos sueltos se acumulan muy lentamente en el fondo del océano. Esta es la primera etapa en la formación de rocas sedimentarias. Para que los geólogos que trabajan en tierra puedan descifrar correctamente la historia geológica de un territorio en particular, es necesario estudiar en detalle los procesos modernos de sedimentación.
Al final resultó que en las últimas décadas, la corteza terrestre debajo del océano tiene una gran movilidad. En el fondo del océano se forman cadenas montañosas, profundos valles de grietas y conos volcánicos. En una palabra, el fondo del océano "vive" violentamente y, a menudo, hay terremotos tan fuertes que enormes olas devastadoras de tsunamis atraviesan rápidamente la superficie del océano.
Tratando de explorar la naturaleza del océano, esta grandiosa esfera de la tierra, los científicos enfrentan ciertas dificultades, para superar las cuales tienen que aplicar los métodos de todas las principales ciencias naturales: física, química, matemáticas, biología, geología. Generalmente se habla de Oceanología como una unión de varias ciencias, una federación de ciencias unidas por el tema de estudio. En este enfoque del estudio de la naturaleza del océano, existe un deseo natural de profundizar en sus secretos y una necesidad urgente de conocer profunda y exhaustivamente los rasgos característicos de su naturaleza.
Estas tareas son muy complejas y deben ser resueltas por un gran equipo de científicos y especialistas. Para imaginar exactamente cómo se hace esto, considere las tres áreas más relevantes de la ciencia oceánica:
- interacción océano-atmósfera;
- la estructura biológica del océano;
- geología del fondo oceánico y sus recursos minerales.
El trabajo incansable a largo plazo del buque de investigación soviético más antiguo "Vityaz" se ha completado. Llegó al puerto marítimo de Kaliningrado. Ha finalizado el vuelo de despedida número 65, que duró más de dos meses.
Aquí está la última entrada de "viaje" en la bitácora del barco de un veterano de nuestra flota oceanográfica, quien, en treinta años de viajes, dejó más de un millón de millas detrás de la popa.
En una conversación con un corresponsal de Pravda, el jefe de la expedición, el profesor A. A. Aksenov, señaló que el vuelo 65 del Vityaz, como todos los anteriores, fue exitoso. Durante una compleja investigación en las regiones de aguas profundas del Mar Mediterráneo y el Océano Atlántico, se han obtenido nuevos datos científicos que enriquecerán nuestro conocimiento de la vida del mar.
Vityaz tendrá su sede temporalmente en Kaliningrado. Se supone que luego se convertirá en la base para la creación del Museo del Océano Mundial.
Durante varios años, científicos de muchos países han estado trabajando en el proyecto internacional GAAP (Programa de Investigación de Procesos Atmosféricos Globales). El objetivo de este trabajo es encontrar un método fiable para la predicción del tiempo. No hay necesidad de explicar cuán importante es esto. Será posible saber con antelación sobre sequías, inundaciones, aguaceros, fuertes vientos, calor y frío…
Hasta ahora, nadie puede dar tal pronóstico. ¿Cuál es la principal dificultad? Es imposible describir con precisión los procesos de interacción entre el océano y la atmósfera con ecuaciones matemáticas.
Casi toda el agua que cae sobre la tierra en forma de lluvia y lluvia ingresa a la atmósfera desde la superficie del océano. Las aguas del océano en los trópicos se vuelven muy calientes y las corrientes llevan este calor a latitudes altas. Sobre el océano hay enormes torbellinos, ciclones que determinan el clima en tierra.
El océano es la cocina del clima... Pero hay muy pocas estaciones meteorológicas permanentes en el océano. Se trata de unas pocas islas y varias estaciones flotantes automáticas.
Los científicos están tratando de construir un modelo matemático de la interacción entre el océano y la atmósfera, pero debe ser real y preciso, y esto carece de muchos datos sobre el estado de la atmósfera sobre el océano.
Se encontró que la solución eran mediciones muy precisas y continuas desde barcos, aviones y satélites meteorológicos en una pequeña área del océano. Tal experimento internacional llamado "Tropex" se llevó a cabo en la zona tropical del Océano Atlántico en 1974 y se obtuvieron datos muy importantes para construir un modelo matemático.
Es necesario conocer todo el sistema de corrientes en el océano. Las corrientes transportan calor (y frío), sales minerales nutritivas necesarias para el desarrollo de la vida. Hace mucho tiempo, los marineros comenzaron a recopilar información sobre las corrientes. Comenzó en los siglos XV y XVI, cuando los barcos de vela se hicieron a la mar abierto. Hoy en día, todos los navegantes saben que existen mapas detallados de corrientes superficiales y los utilizan. Sin embargo, en los últimos 20 a 30 años, se han realizado descubrimientos que han demostrado cuán inexactos son los mapas actuales y cuán complejo es el panorama general de la circulación oceánica.
En la zona ecuatorial de los océanos Pacífico y Atlántico, se exploraron, midieron y cartografiaron poderosas corrientes profundas. Son conocidas como la Corriente de Cromwell en el Pacífico y la Corriente de Lomonosov en el Océano Atlántico.
En el oeste del océano Atlántico se descubrió la profunda contracorriente Antilo-Guayana. Y debajo de la famosa Corriente del Golfo resultó ser la Corriente Contraria al Golfo.
En 1970, los científicos soviéticos realizaron un estudio muy interesante. Se han instalado una serie de estaciones de boyas en la zona tropical del Océano Atlántico. Las corrientes a varias profundidades se registraron continuamente en cada estación. Las mediciones tuvieron una duración de medio año, y periódicamente se realizaron levantamientos hidrológicos en el área de mediciones para obtener datos sobre el patrón general del movimiento del agua. Después de procesar y resumir los materiales de medición, surgió un patrón general muy importante. Resulta que la idea previamente existente de una naturaleza relativamente uniforme de la corriente constante de los vientos alisios, que es excitada por los vientos alisios del norte, no corresponde a la realidad. No existe tal corriente, este enorme río en bancos líquidos.
Enormes remolinos, remolinos, de decenas e incluso cientos de kilómetros de tamaño, se mueven en la zona de la corriente de los vientos alisios. El centro de dicho vórtice se mueve a una velocidad de unos 10 cm/s, pero en la periferia del vórtice, la velocidad del flujo es mucho mayor. Este descubrimiento de científicos soviéticos fue confirmado más tarde por investigadores estadounidenses, y en 1973 se rastrearon remolinos similares en expediciones soviéticas que operaban en el Pacífico Norte.
En 1977-1978. Se estableció un experimento especial para estudiar la estructura de remolinos de las corrientes en el área del Mar de los Sargazos en el oeste del Atlántico Norte. En un área grande, las expediciones soviéticas y estadounidenses midieron continuamente las corrientes durante 15 meses. Esta enorme cantidad de material aún no se ha analizado por completo, pero la formulación del problema en sí requirió mediciones masivas especialmente diseñadas.
La atención especial a los llamados remolinos sinópticos en el océano se debe al hecho de que son los remolinos los que transportan la mayor parte de la energía actual. En consecuencia, su estudio cuidadoso puede acercar mucho más a los científicos a la solución del problema del pronóstico del tiempo a largo plazo.
En los últimos años se ha descubierto otro fenómeno muy interesante asociado con las corrientes oceánicas. Al este y al oeste de la poderosa Corriente del Golfo, se encontraron los llamados anillos (anillos) muy estables. Como un río, la Corriente del Golfo tiene fuertes meandros. En algunos lugares, los meandros se cierran y se forma un anillo en el que la temperatura del hogar difiere marcadamente en la periferia y en el centro. Tales anillos también se han rastreado en la periferia de la poderosa corriente de Kuroshio en la parte noroeste del Océano Pacífico. Las observaciones especiales de los anillos en los océanos Atlántico y Pacífico han demostrado que estas formaciones son muy estables y mantienen una diferencia significativa en la temperatura del agua en la periferia y en el interior del anillo durante 2 o 3 años.
En 1969, por primera vez, se utilizaron sondas especiales para medir continuamente la temperatura y la salinidad a varias profundidades. Antes de esto, la temperatura se medía con termómetros de mercurio en varios puntos a diferentes profundidades, y el agua se elevaba desde las mismas profundidades en botellas. Luego se determinó la salinidad del agua y se trazaron en un gráfico los valores de salinidad y temperatura. Se obtuvo la distribución de profundidad de estas propiedades del agua. Las mediciones en puntos individuales (discretos) ni siquiera nos permitieron suponer que la temperatura del agua cambia con la profundidad de manera tan compleja como lo mostraron las mediciones continuas con la sonda.
Resultó que toda la masa de agua desde la superficie hasta las grandes profundidades se divide en capas delgadas. La diferencia de temperatura entre capas horizontales adyacentes alcanza varias décimas de grado. Estas capas, de varios centímetros a varios metros de espesor, a veces existen durante varias horas, a veces desaparecen en unos pocos minutos.
Las primeras mediciones, realizadas en 1969, les parecieron a muchos un fenómeno aleatorio en el océano. No puede ser, decían los escépticos, que las poderosas olas y corrientes del océano no mezclen el agua. Pero en los años siguientes, cuando se realizó el sondeo de la columna de agua con instrumentos de precisión en todo el océano, resultó que la estructura de capas delgadas de la columna de agua se encontraba en todas partes y siempre. Las razones de este fenómeno no están del todo claras. Hasta aquí lo explican así: por un motivo u otro, aparecen numerosos límites bastante claros en la columna de agua, separando capas con distintas densidades. En el límite de dos capas de diferente densidad surgen muy fácilmente ondas internas que mezclan el agua. En el proceso de destrucción de las ondas internas, surgen nuevas capas homogéneas y los límites de las capas se forman en otras profundidades. Entonces, este proceso se repite muchas veces, la profundidad y el grosor de las capas con límites definidos cambian, pero la naturaleza general de la columna de agua permanece sin cambios.
En 1979 se inició la fase piloto del Programa Internacional para el Estudio de los Procesos Atmosféricos Globales (PGAP). Varias docenas de barcos, estaciones de observación automática en el océano, aviones especiales y satélites meteorológicos, toda esta masa de instalaciones de investigación está funcionando en todo el espacio del Océano Mundial. Todos los participantes en este experimento trabajan según un único programa coordinado para que, comparando los materiales del experimento internacional, sea posible construir un modelo global del estado de la atmósfera y el océano.
Si tenemos en cuenta que, además de la tarea general, la búsqueda de un método confiable de pronóstico del tiempo a largo plazo, es necesario conocer muchos hechos particulares, entonces la tarea general de la física oceánica parecerá muy, muy complicada: medir métodos, instrumentos, cuyo funcionamiento se basa en el uso de los circuitos electrónicos más modernos, son bastante difíciles de procesar la información recibida con el uso obligatorio de una computadora; construcción de modelos matemáticos muy complejos y originales de procesos que se desarrollan en la columna de agua del océano y en el límite con la atmósfera; la creación de extensos experimentos en regiones características del océano. Estas son las características generales de la investigación moderna en el campo de la física oceánica.
Surgen dificultades especiales en el estudio de la materia viva en el océano. Hace relativamente poco tiempo se obtuvieron los materiales necesarios para una caracterización general de la estructura biológica del océano.
Solo en 1949 se descubrió vida a profundidades de más de 6000 m Más tarde, la fauna de aguas profundas, la fauna de los ultraabismales, resultó ser el objeto más interesante de investigación especial. A tales profundidades, las condiciones de existencia son muy estables en una escala de tiempo geológico. Sobre la base de la similitud de la fauna ultraabismal, es posible establecer las antiguas conexiones de las depresiones oceánicas individuales y restaurar las condiciones geográficas del pasado geológico. Entonces, por ejemplo, al comparar la fauna de aguas profundas del Mar Caribe y el Océano Pacífico Oriental, los científicos han encontrado que en el pasado geológico no existía el Istmo de Panamá.
Un poco más tarde, se hizo un descubrimiento sorprendente: se descubrió en el océano un nuevo tipo de animal, los pogonóforos. Un estudio exhaustivo de su anatomía, una clasificación sistemática compuso el contenido de una de las obras más destacadas de la biología moderna: la monografía "Pogonóforos" de A. V. Ivanov. Estos dos ejemplos muestran lo difícil que resultó estudiar la distribución de la vida en el océano, y más aún las leyes generales que rigen el funcionamiento de los sistemas biológicos en el océano.
Comparando hechos dispares, comparando la biología de los principales grupos de plantas y animales, los científicos han llegado a importantes conclusiones. La producción biológica total del océano mundial resultó ser algo menor que un valor similar que caracteriza a toda la superficie terrestre, a pesar de que la superficie oceánica es 2,5 veces mayor que la superficie terrestre. Esto se debe a que las áreas de alta productividad biológica son la periferia del océano y las áreas de levantamiento de aguas profundas. El resto del océano es un desierto casi sin vida, donde solo se pueden encontrar grandes depredadores. Los oasis separados en el desierto del océano son solo pequeños atolones de coral.
Otro hallazgo importante se refiere a las características generales de las cadenas alimentarias en el océano. El primer eslabón de la cadena alimentaria es el fitoplancton de algas verdes unicelulares. El siguiente eslabón es el zooplancton, luego los peces planctívoros y los depredadores. Animales de ordeño: el bentos, que también es alimento para peces, es de gran importancia.
La reproducción en cada eslabón del precio de los alimentos es tal que la biomasa producida es 10 veces superior a su consumo. En otras palabras, el 90% de, por ejemplo, el fitoplancton muere naturalmente y solo el 10% sirve como alimento para el zooplancton. También se ha establecido que los crustáceos zooplanctónicos realizan migraciones diurnas verticales en busca de alimento. Más recientemente, fue posible detectar aglomeraciones de bacterias en la dieta de los crustáceos zooplanctónicos, y este tipo de alimento representaba hasta el 30% del volumen total. El resultado general de los estudios modernos de biología oceánica es que se ha encontrado un enfoque y se ha construido el primer modelo matemático de bloques del sistema ecológico del océano abierto. Este es el primer paso hacia la regulación artificial de la productividad biológica de los océanos.
¿Qué métodos usan los biólogos en el océano?
En primer lugar, una variedad de artes de pesca. Los pequeños organismos del plancton se capturan con redes cónicas especiales. Como resultado de la pesca, se obtiene una cantidad promedio de plancton en unidades de peso por unidad de volumen de agua. Estas redes pueden atrapar horizontes individuales de la columna de agua o "filtrar" agua desde una profundidad determinada hasta la superficie. Los animales del fondo son atrapados por varias herramientas remolcadas por el fondo. Los peces y otros organismos nekton son capturados por redes de arrastre de profundidad media.
Se utilizan métodos peculiares para estudiar las relaciones alimentarias de varios grupos de plancton. Los organismos se "etiquetan" con sustancias radiactivas y luego determinan la cantidad y la tasa de pastoreo en el siguiente eslabón de la cadena alimentaria.
En los últimos años se han utilizado métodos físicos para determinar indirectamente la cantidad de plancton en el agua. Uno de estos métodos se basa en el uso de un rayo láser que, por así decirlo, sondea la capa superficial del agua en el océano y proporciona datos sobre la cantidad total de fitoplancton. Otro método físico se basa en el uso de la capacidad de los organismos del plancton para brillar: la bioluminiscencia. Una sonda-batómetro especial se sumerge en agua y, a medida que se hunde, se registra la intensidad de la bioluminiscencia como indicador de la cantidad de plancton. Estos métodos caracterizan muy rápida y completamente la distribución del plancton en una variedad de puntos de sondeo.
Un elemento importante en el estudio de la estructura biológica del océano es la investigación química. El contenido de elementos biogénicos (sales minerales de nitrógeno y fósforo), oxígeno disuelto y una serie de otras características importantes del hábitat de los organismos se determina mediante métodos químicos. Las determinaciones químicas cuidadosas son especialmente importantes cuando se estudian regiones costeras altamente productivas: zonas de afloramiento. Aquí, con vientos regulares y fuertes desde la orilla, se produce un fuerte hundimiento del agua, acompañado del ascenso de aguas profundas y su expansión en la zona poco profunda de la plataforma. Las aguas profundas contienen en forma disuelta una cantidad importante de sales minerales de nitrógeno y fósforo. Como resultado, el fitoplancton florece en la zona de surgencia y, en última instancia, se forma un área de concentraciones comerciales de peces.
La predicción y registro de la especificidad del hábitat en la zona de surgencia se realiza por métodos químicos. Por lo tanto, en biología, la cuestión de los métodos de investigación aceptables y aplicables se está resolviendo en nuestro tiempo de una manera compleja. Si bien utilizan ampliamente los métodos tradicionales de la biología, los investigadores utilizan cada vez más los métodos de la física y la química. El procesamiento de materiales, así como su generalización en forma de modelos optimizados, se lleva a cabo utilizando los métodos de las matemáticas modernas.
En el campo de la geología oceánica, se han obtenido tantos datos nuevos en los últimos 30 años que muchas ideas tradicionales han tenido que cambiar drásticamente.
Hace solo 30 años, medir la profundidad del fondo del océano era extremadamente difícil. Era necesario bajar al agua un lote pesado con una carga suspendida de un cable de acero largo. Al mismo tiempo, los resultados a menudo eran erróneos y los puntos con profundidades medidas estaban separados entre sí por cientos de kilómetros. Por lo tanto, dominó la idea de las vastas extensiones del fondo del océano como llanuras gigantes.
En 1937, por primera vez, se aplicó un nuevo método de medición de profundidades, basado en el efecto de la reflexión de la señal de sonido desde el fondo.
El principio de medir la profundidad con una ecosonda es muy simple. Un vibrador especial montado en la parte inferior del casco del barco emite señales acústicas pulsantes. Las señales se reflejan desde la superficie inferior y son captadas por el dispositivo receptor de la ecosonda. El tiempo de ida y vuelta de la señal depende de la profundidad, y se dibuja un perfil de fondo continuo en la cinta a medida que el barco se mueve. Una serie de tales perfiles, separados por distancias relativamente pequeñas, permite dibujar líneas de igual profundidad: isóbatas en el mapa y representar el relieve del fondo.
Las mediciones de profundidad con una ecosonda han cambiado las ideas previas de los científicos sobre la topografía del fondo del océano.
Cómo se ve?
Una franja que se extiende desde la costa se denomina plataforma continental. Las profundidades en la plataforma continental no suelen superar los 200-300 m.
En la zona superior de la plataforma continental se produce una continua y rápida transformación del relieve. La costa retrocede bajo el embate de las olas, y al mismo tiempo aparecen bajo el agua grandes acumulaciones de material detrítico. Es aquí donde se forman grandes depósitos de arena, grava y guijarros, un excelente material de construcción, triturado y clasificado por la propia naturaleza. Diversos asadores, terraplenes, rejas, a su vez, construyen la costa en otro lugar, separan lagunas, obstruyen desembocaduras de ríos.
En la zona tropical del océano, donde el agua es muy limpia y cálida, crecen grandiosas estructuras de coral: arrecifes costeros y de barrera. Se extienden por cientos de kilómetros. Los arrecifes de coral sirven de refugio a una gran variedad de organismos y junto a ellos forman un complejo y extraordinario sistema biológico. En una palabra, la zona superior de la plataforma "vive" con una tormentosa vida geológica.
A profundidades de 100 a 200 m, los procesos geológicos parecen congelarse. El relieve se nivela, hay muchos afloramientos de lecho rocoso en el fondo. La destrucción de las rocas es muy lenta.
En el borde exterior de la plataforma, frente al océano, la pendiente de la superficie del fondo se vuelve más pronunciada. A veces las pendientes alcanzan los 40-50°. Este es el talud continental. Su superficie está cortada por cañones submarinos. Aquí tienen lugar procesos tensos, a veces catastróficos. El limo se acumula en las laderas de los cañones submarinos. A veces, la estabilidad de las acumulaciones se rompe repentinamente y una corriente de lodo cae por el fondo del cañón.
El flujo de lodo llega a la boca del cañón, y aquí se deposita la masa principal de arena y escombros grandes, formando un cono aluvial, un delta submarino. Un flujo turbio va más allá del pie continental. Muy a menudo, se unen abanicos aluviales separados y se forma una franja continua de sedimentos sueltos de gran espesor en el pie continental.
El 53% del área del fondo está ocupado por el lecho oceánico, área que hasta hace poco tiempo era considerada una llanura. De hecho, el relieve del fondo oceánico es bastante complejo: levantamientos de diversas estructuras y orígenes lo dividen en enormes cuencas. Las dimensiones de las cuencas oceánicas se pueden estimar a partir de al menos un ejemplo: las cuencas norte y este del Océano Pacífico cubren un área más grande que toda América del Norte.
Una gran área de las cuencas en sí está dominada por un relieve montañoso, a veces hay montes submarinos separados. La altura de las montañas del océano alcanza los 5-6 km, y sus picos a menudo se elevan sobre el agua.
En otras áreas, el fondo del océano está atravesado por enormes oleajes de varios cientos de kilómetros de ancho. Por lo general, las islas volcánicas se encuentran en estos ejes. En el Océano Pacífico, por ejemplo, está el Muro de Hawai, en el que hay una cadena de islas con volcanes activos y lagos de lava.
Los conos volcánicos se elevan desde el fondo del océano en muchos lugares. A veces, la cima del volcán llega a la superficie del agua y luego aparece una isla. Algunas de estas islas están siendo gradualmente destruidas y escondidas bajo el agua.
En el Océano Pacífico, se han descubierto varios cientos de conos volcánicos con claras huellas de la acción de las olas en cimas planas, sumergidos a una profundidad de 1000-1300 m.
La evolución de los volcanes puede ser diferente. Los corales formadores de arrecifes se asientan en la cima del volcán. Con un hundimiento lento, los corales forman un arrecife y, con el tiempo, se forma una isla anular, un atolón con una laguna en el medio. El crecimiento de los arrecifes de coral puede llevar mucho tiempo. Se han realizado perforaciones en algunos atolones del Pacífico para determinar el espesor de la secuencia de piedra caliza de coral. Resultó que llega a 1500. Esto significa que la cima del volcán descendió lentamente, durante unos 20 mil años.
Al estudiar la topografía del fondo y la estructura geológica de la corteza sólida del océano, los científicos han llegado a nuevas conclusiones. La corteza terrestre debajo del fondo del océano resultó ser mucho más delgada que en los continentes. En los continentes, el espesor de la capa sólida de la Tierra, la litosfera, alcanza los 50-60 km, y en el océano no supera los 5-7 km.
También resultó que la litosfera de la tierra y el océano es diferente en la composición de las rocas. Debajo de una capa de rocas sueltas, productos de la destrucción de la superficie terrestre, se encuentra una poderosa capa de granito, sobre la cual subyace una capa de basalto. No hay una capa de granito en el océano y los depósitos sueltos yacen directamente sobre los basaltos.
Aún más importante fue el descubrimiento de un grandioso sistema de cadenas montañosas en el fondo del océano. El sistema montañoso de dorsales oceánicas se extiende por todos los océanos a lo largo de 80.000 km. En tamaño, las cordilleras submarinas son comparables solo a las montañas más grandes de la tierra, como el Himalaya. Las crestas de las cordilleras submarinas suelen estar cortadas por gargantas profundas, que se denominaron valles de grietas o grietas. Su continuación también se puede rastrear en la tierra.
Los científicos se han dado cuenta de que el sistema global de grietas es un fenómeno muy importante en el desarrollo geológico de todo nuestro planeta. Comenzó un período de cuidadoso estudio del sistema de zonas de ruptura, y pronto se obtuvieron datos tan significativos que hubo un cambio brusco en las ideas sobre la historia geológica de la Tierra.
Ahora los científicos han recurrido nuevamente a la hipótesis medio olvidada de la deriva continental, expresada por el científico alemán A. Wegener a principios de siglo. Se hizo una cuidadosa comparación de los contornos de los continentes separados por el Océano Atlántico. Al mismo tiempo, el geofísico J. Bullard combinó los contornos de Europa y América del Norte, África y América del Sur no a lo largo de las costas, sino a lo largo de la línea media del talud continental, aproximadamente a lo largo de la isóbata de 1000 m. Las costas coincidían con tanta exactitud que incluso los escépticos empedernidos no podían dudar del enorme movimiento horizontal real de los continentes.
Particularmente convincentes fueron los datos obtenidos durante los estudios geomagnéticos en el área de las dorsales oceánicas. Resultó que la lava basáltica en erupción se desplazó gradualmente a ambos lados de la cresta de la cordillera. Así, se obtuvo evidencia directa de la expansión de los océanos, la expansión de la corteza terrestre en la región de la grieta y, de acuerdo con esto, la deriva de los continentes.
La perforación profunda en el océano, que se lleva a cabo desde hace varios años desde el buque estadounidense Glomar Challenger, ha vuelto a confirmar el hecho de la expansión de los océanos. Incluso establecieron el valor promedio de la expansión del Océano Atlántico: unos pocos centímetros por año.
También fue posible explicar el aumento de la sismicidad y el vulcanismo en la periferia de los océanos.
Todos estos nuevos datos formaron la base para la creación de una hipótesis (a menudo llamada teoría, sus argumentos son tan convincentes) de la tectónica (movilidad) de las placas litosféricas.
La formulación original de esta teoría pertenece a los científicos estadounidenses G. Hess y R. Dietz. Más tarde fue desarrollado y complementado por científicos soviéticos, franceses y otros. El significado de la nueva teoría se reduce a la idea de que la capa rígida de la Tierra, la litosfera, se divide en placas separadas. Estas placas experimentan movimientos horizontales. Las fuerzas que ponen en movimiento las placas litosféricas son generadas por corrientes convectivas, es decir, corrientes de la profunda sustancia líquida de fuego de la Tierra.
La expansión de las placas hacia los lados se acompaña de la formación de dorsales oceánicas, en cuyas crestas aparecen grietas abiertas. A través de las grietas hay una efusión de lava basáltica.
En otras áreas, las placas litosféricas convergen y chocan. En estas colisiones, por regla general, nace una subducción del borde de una placa debajo de otra. En la periferia de los océanos, se conocen estas modernas zonas de empuje inferior, donde a menudo ocurren fuertes terremotos.
La teoría de la tectónica de placas litosféricas está confirmada por muchos hechos obtenidos durante los últimos quince años en el océano.
La base general de las ideas modernas sobre la estructura interna de la Tierra y los procesos que ocurren en sus profundidades es la hipótesis cosmogónica del académico O. Yu. Schmidt. Según él, la Tierra, al igual que otros planetas del sistema solar, se formó al unir la materia fría de una nube de polvo. Se produjo un mayor crecimiento de la Tierra al capturar nuevas porciones de la sustancia del meteorito al pasar a través de una nube de polvo que alguna vez rodeó al Sol. A medida que el planeta creció, los meteoritos pesados (hierro) se hundieron y emergieron meteoritos ligeros (piedra). Este proceso (separación, diferenciación) fue tan poderoso que dentro del planeta la sustancia se fundió y se dividió en una parte refractaria (pesada) y una parte fusible (más liviana). Al mismo tiempo, también actuó el calentamiento radiactivo en las partes internas de la Tierra. Todos estos procesos llevaron a la formación de un núcleo interno pesado, un núcleo externo más liviano, manto inferior y superior. Los datos y cálculos geofísicos muestran que en las entrañas de la Tierra se oculta una gran energía, que es realmente capaz de transformaciones decisivas de la capa sólida: la litosfera.
Basado en la hipótesis cosmogónica de O. 10. Schmidt, el académico A. P. Vinogradov desarrolló una teoría geoquímica del origen del océano. A.P. Vinogradov, mediante cálculos precisos, así como experimentos para estudiar la diferenciación de la sustancia fundida de los meteoritos, estableció que la masa de agua del océano y de la atmósfera terrestre se formó en el proceso de desgasificación de la sustancia del manto superior. Este proceso continúa hasta el día de hoy. En el manto superior, en efecto, se produce una continua diferenciación de la materia, y su parte más fusible penetra en la superficie de la litosfera en forma de lava basáltica.
Las ideas sobre la estructura de la corteza terrestre y su dinámica se están refinando gradualmente.
En 1973 y 1974 se llevó a cabo una inusual expedición submarina en el Océano Atlántico. En un área preseleccionada de la dorsal mesoatlántica, se realizaron inmersiones en aguas profundas de sumergibles y se estudió en detalle una pequeña pero muy importante área del fondo del océano.
Explorando el fondo desde embarcaciones de superficie durante la preparación de la expedición, los científicos estudiaron la topografía del fondo en detalle y descubrieron un área dentro de la cual había un desfiladero profundo, cortando a lo largo de la cresta de una cresta submarina: un valle de grietas. En la misma zona existe una falla transformante bien pronunciada, que es transversal con respecto a la cresta de la dorsal y al desfiladero del rift.
Una estructura de fondo tan típica (un desfiladero de grietas, una falla transformante, volcanes jóvenes) fue inspeccionada desde tres submarinos. A la expedición asistieron el batiscafo francés "Archimedes" con el buque especial "Marseille le Bian" proporcionando su operación, el submarino francés "Siana" con el buque "Norua", el buque de investigación estadounidense "Knorr", el submarino estadounidense "Alvin " con el buque "Lulu".
Se realizaron un total de 51 inmersiones profundas durante dos temporadas.
Al realizar inmersiones en aguas profundas hasta 3000 m, las tripulaciones de los submarinos encontraron algunas dificultades.
Lo primero que inicialmente complicó mucho la investigación fue la imposibilidad de determinar la ubicación del vehículo submarino en condiciones de un terreno muy disecado.
El vehículo submarino debía moverse manteniendo una distancia no mayor a 5 m del fondo.En pendientes pronunciadas y cruzando estrechos valles, el batiscafo y los submarinos no podían utilizar el sistema de balizas acústicas, ya que los montes submarinos impedían el paso de las señales. Por esta razón, se puso en funcionamiento un sistema a bordo en embarcaciones de apoyo, con la ayuda de la cual se determinó la ubicación exacta del submarino. Desde la embarcación de apoyo monitorearon el vehículo submarino y dirigieron su movimiento. A veces había un peligro directo para el vehículo submarino, y una vez que surgió tal situación.
El 17 de julio de 1974, el submarino Alvin quedó literalmente atascado en una grieta estrecha e intentó salir de la trampa durante dos horas y media. La tripulación de Alvin mostró una inventiva y una compostura asombrosas: después de dejar la trampa, no salieron a la superficie, pero continuaron investigando durante otras dos horas.
Además de las observaciones y mediciones directas desde vehículos submarinos, al fotografiar y recolectar muestras, se realizaron perforaciones en el área de expedición desde el famoso buque especial "Glomar Challenger".
Finalmente, se llevaron a cabo periódicamente mediciones geofísicas a bordo del buque de investigación Knorr, que complementaron el trabajo de los observadores de vehículos submarinos.
Como resultado, se realizaron observaciones de 91 km de ruta en una pequeña zona del fondo, se tomaron 23 mil fotografías, se recolectaron más de 2 toneladas de muestras de rocas y se realizaron más de 100 videos.
Los resultados científicos de esta expedición (se la conoce como "Famosa") son muy importantes. Por primera vez, los sumergibles se utilizaron no solo para observar el mundo submarino, sino también para realizar investigaciones geológicas, similares a los estudios detallados que realizan los geólogos en tierra.
Por primera vez, se obtuvo evidencia directa del movimiento de las placas litosféricas a lo largo de los límites. En este caso, se investigó el límite entre las placas americana y africana.
Se determinó el ancho de la zona, que se ubica entre placas litosféricas en movimiento. Inesperadamente, resultó que esta zona, donde la corteza terrestre forma un sistema de grietas y donde la lava de basalto fluye hacia la superficie inferior, es decir, se forma una nueva corteza terrestre, esta zona tiene un ancho de menos de un kilómetro.
Se hizo un descubrimiento muy importante en las laderas de las colinas submarinas. En una de las inmersiones del sumergible Siana se encontraron fragmentos sueltos fisurados en una ladera, muy diferentes a varios fragmentos de lava basáltica. Después de que Siana emergiera, se descubrió que era mineral de manganeso. Un estudio más detallado del área de distribución de minerales de manganeso condujo al descubrimiento de un antiguo depósito hidrotermal en la superficie del fondo. Las inmersiones repetidas arrojaron nuevos materiales que prueban que, de hecho, debido a la aparición de aguas termales desde las profundidades del fondo, los minerales de hierro y manganeso se encuentran en esta pequeña sección del fondo.
Durante la expedición, surgieron muchos problemas técnicos y hubo fallas, pero la valiosa experiencia de la investigación geológica con un propósito, adquirida durante dos temporadas, también es un resultado importante de este extraordinario experimento oceanológico.
Los métodos para estudiar la estructura de la corteza terrestre en el océano difieren en algunas características. El relieve del fondo se estudia no solo con la ayuda de ecosondas, sino también con localizadores de barrido lateral y ecosondas especiales que dan una imagen del relieve dentro de una franja de ancho igual a la profundidad del lugar. Estos nuevos métodos brindan resultados más precisos y representan con mayor precisión la topografía en los mapas.
En los buques de investigación, se realizan estudios gravimétricos utilizando gravímetros a bordo y se examinan las anomalías magnéticas. Estos datos permiten juzgar la estructura de la corteza terrestre bajo el océano. El principal método de investigación es el sondeo sísmico. Se coloca una pequeña carga explosiva en la columna de agua y se produce una explosión. Un receptor especial registra la hora de llegada de las señales reflejadas. Los cálculos determinan la velocidad de propagación de las ondas longitudinales provocadas por una explosión en el espesor de la corteza terrestre. Los valores de velocidad característicos permiten dividir la litosfera en varias capas de diferente composición.
Actualmente se utilizan como fuente dispositivos neumáticos o una descarga eléctrica. En el primer caso, se libera (casi instantáneamente) en el agua un pequeño volumen de aire comprimido en un dispositivo especial con una presión de 250-300 atm. A poca profundidad, la burbuja de aire se expande bruscamente y esto imita una explosión. La repetición frecuente de tales explosiones, provocadas por un dispositivo llamado pistola de aire, da un perfil continuo de sondeo sísmico y, por lo tanto, un perfil bastante detallado de la estructura de la corteza terrestre a lo largo de la tachuela.
De manera similar, se usa un perfilógrafo con una chispa eléctrica (chispa). En esta versión de equipo sísmico, la potencia de la descarga que excita las oscilaciones suele ser pequeña y se utiliza un chispero para estudiar la potencia y distribución de capas no consolidadas de sedimentos del fondo.
Para estudiar la composición de los sedimentos del fondo y obtener sus muestras, se utilizan varios sistemas de desagües y cucharas de fondo. Las tuberías de puesta a tierra tienen, dependiendo de la tarea de estudio, un diámetro diferente, suelen llevar una carga pesada para una máxima penetración en el suelo, en ocasiones llevan un pistón en su interior y llevan uno u otro contactor (rompecorazones) en el extremo inferior. El tubo se sumerge en agua y sedimentos en el fondo hasta una cierta profundidad (pero generalmente no más de 12-15 m), y el núcleo extraído de esta manera, generalmente llamado columna, sube a la cubierta del barco.
Las cucharas de agarre, que son dispositivos tipo almeja, parecen cortar un pequeño monolito de la capa superficial del suelo del fondo, que se entrega a la cubierta de la embarcación. Se han desarrollado modelos de agarre inferior autoflotante. Permiten prescindir de un cable y un cabrestante de cubierta y simplifican enormemente el método de obtención de una muestra. En las regiones costeras del océano a poca profundidad, se utilizan tubos de suelo de vibropistón. Con su ayuda, es posible obtener columnas de hasta 5 m de largo en suelos arenosos.
Obviamente, todos los dispositivos enumerados no se pueden utilizar para obtener muestras (núcleos) de rocas de fondo compactadas y con un espesor de decenas y cientos de metros. Estas muestras se obtienen utilizando plataformas de perforación convencionales montadas en barcos. Para profundidades relativamente pequeñas de la plataforma (hasta 150-200 m), se utilizan embarcaciones especiales que llevan una plataforma de perforación y se instalan en el punto de perforación en varios anclajes. El mantenimiento de la embarcación en la punta se realiza ajustando la tensión de las cadenas que van a cada una de las cuatro anclas.
A profundidades de miles de metros en mar abierto, el fondeo de un barco es técnicamente inviable. Por lo tanto, se ha desarrollado un método especial de posicionamiento dinámico.
El barco de perforación se dirige a un punto determinado, y la precisión de determinar la ubicación la proporciona un dispositivo de navegación especial que recibe señales de satélites terrestres artificiales. Luego, se instala un dispositivo bastante complejo, como una baliza acústica, en la parte inferior. Las señales de esta baliza son recibidas por el sistema instalado en el barco. Después de recibir la señal, dispositivos electrónicos especiales determinan el desplazamiento de la embarcación e instantáneamente envían un comando a los propulsores. Se enciende el grupo de hélices deseado y se restablece la posición de la embarcación. En la cubierta del buque de perforación profunda, hay una plataforma de perforación con una plataforma de perforación rotatoria, un gran conjunto de tuberías y un dispositivo especial para levantar y atornillar tuberías.
El buque de perforación "Glomar Challenger" (hasta ahora el único) lleva a cabo trabajos en el proyecto internacional de perforación en aguas profundas en el océano abierto. Ya se han perforado más de 600 pozos, y la profundidad máxima de perforación de pozos fue de 1300 m Los materiales de perforación en aguas profundas han arrojado tantos hechos nuevos e inesperados que el interés en su estudio es extraordinario. En el estudio del fondo del océano, se utilizan muchas técnicas y métodos diferentes, y se esperan nuevos métodos que utilicen nuevos principios de medición en un futuro próximo.
En conclusión, debe hacerse una breve mención de una tarea en el programa general de investigación oceánica, el estudio de la contaminación. Las fuentes de contaminación de los océanos son variadas. Descarga de efluentes industriales y domésticos de empresas y ciudades costeras. La composición de los contaminantes aquí es extremadamente diversa: desde desechos de la industria nuclear hasta detergentes sintéticos modernos. Las descargas de los barcos que navegan por el océano crean una contaminación significativa y, a veces, los derrames de petróleo catastróficos durante accidentes con petroleros y pozos de petróleo en alta mar. Hay otra forma de contaminar el océano: a través de la atmósfera. Las corrientes de aire transportan a grandes distancias, por ejemplo, el plomo que ingresa a la atmósfera con los gases de escape de los motores de combustión interna. En el proceso de intercambio de gases con la atmósfera, el plomo ingresa al agua y se encuentra, por ejemplo, en aguas antárticas.
Las definiciones de contaminación ahora están organizadas en un sistema de observación internacional dedicado. Al mismo tiempo, se asignan a los buques correspondientes observaciones sistemáticas del contenido de contaminantes en el agua.
La mayor distribución en el océano es la contaminación por petróleo. Para su control no solo se utilizan métodos químicos de determinación, sino mayoritariamente métodos ópticos. Los aviones y helicópteros están equipados con dispositivos ópticos especiales, con la ayuda de los cuales determinan los límites del área cubierta con una película de aceite e incluso el grosor de la película.
La naturaleza del Océano Mundial, este, en sentido figurado, un enorme sistema ecológico de nuestro planeta, aún no ha sido suficientemente estudiado. Los descubrimientos recientes en varias áreas de la oceanología proporcionan evidencia de esta evaluación. Los métodos para estudiar el océano mundial son bastante diversos. Sin duda, en el futuro, a medida que se encuentren y apliquen nuevos métodos de investigación, la ciencia se enriquecerá con nuevos descubrimientos.
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Recordamos:¿Qué es el océano mundial? ¿En qué partes se divide? ¿Cuáles son las formas principales del fondo del océano? ¿Cómo cambia la temperatura de las aguas del océano? ¿Cuáles son los tipos de movimiento del agua en el océano? ¿Bajo la influencia de qué causas se forman las olas del mar, los tsunamis, las corrientes oceánicas, los flujos y reflujos? ¿Cuáles son las características de las plantas y animales marinos y cómo se distribuyen en el océano? ¿Qué riquezas de los océanos son aprovechadas por el hombre? ¿Cuál es el impacto humano negativo en el océano? ¿Cómo hacer frente a la contaminación de las aguas de los océanos?
Palabras clave:naves de expedición, estaciones a la deriva, sumergibles, satélites artificiales y naves espaciales.
1. Explorando el océano en el pasado. El océano siempre ha asombrado a la gente con sus extensiones, poder, distancias misteriosas. Los pueblos antiguos intentaron a su manera explicar fenómenos incomprensibles en el océano. En su imaginación, no surgieron procesos naturales, sino espíritus marinos y luego deidades. Para los antiguos griegos era Poseidón y para los romanos era Neptuno.
En la actualidad, los marineros de todos los países no se olvidan de su patrón Neptuno y organizan unas vacaciones en su honor.
Si no quedan tantos territorios inexplorados en la tierra, en las profundidades del océano todavía hay muchas cosas desconocidas e incluso misteriosas. En primer lugar, la gente se familiarizó con lo que sucede en la superficie del océano y en las partes costeras y poco profundas.
Los primeros exploradores del océano fueron buzos en busca de perlas y esponjas marinas. Se sumergieron sin ningún dispositivo y pudieron permanecer bajo el agua solo unos minutos.
2. Investigación moderna del océano mundial. Pasó mucho tiempo antes de que los investigadores obtuvieran trajes duros y pesados: trajes espaciales conectados a la nave mediante una manguera y un cable. En los años cuarenta del siglo XX, J.I. Cousteau inventó el equipo de buceo. Esto abrió el camino para que una amplia gama de personas exploraran las profundidades del mar: arqueólogos, geólogos, oceanólogos y buzos (Fig. 110).
A pesar de los peligros que aguardan a los investigadores en el océano, su estudio no se detiene.
La exploración del océano se lleva a cabo con la ayuda de barcos de expedición especiales, estaciones a la deriva, satélites terrestres artificiales y vehículos submarinos. Uno de ellos, un batiscafo, se llama dirigible submarino (Fig. 111).
Arroz. 111. Batiscafo
En el batiscafo "Trieste" en 1960, el científico suizo Jacques Picard y su asistente descendieron a la Fosa de las Marianas a una profundidad de aproximadamente 10,500 m A veces, las casas submarinas: los laboratorios se instalan a una profundidad de 10-20 metros.
Un papel importante en el estudio de los océanos y mares pertenece a los satélites terrestres artificiales y las naves espaciales. Desde los satélites, por ejemplo, estudian las corrientes marinas, monitorean la corriente cálida de la Corriente del Golfo, las olas del mar y el hielo.
El océano se estudia exhaustivamente. Se aclaran las propiedades del agua, su movimiento a diferentes profundidades, las características de los organismos marinos y su distribución, se miden las profundidades, se toman y estudian muestras de sedimentos del fondo.
Si es necesario estudiar grandes áreas del océano, científicos de diferentes países unen sus esfuerzos. Docenas de embarcaciones especiales, aeronaves, vehículos submarinos y satélites terrestres artificiales están involucrados en tales estudios.
Los resultados de la investigación son de gran importancia para la navegación, pesca, exploración y extracción de minerales.
1. ¿Cómo se estudia el océano mundial? 2. ¿Qué papel juegan los satélites terrestres artificiales y las naves espaciales en la exploración de los océanos? 3. ¿Por qué es necesario estudiar el océano? 4* ¿Sabes cuándo se celebra la fiesta de Neptuno y con qué ritual se acompaña?
La tierra cubre menos del 30% de la superficie de nuestro planeta. El resto está cubierto por mares y océanos. A ellos se asocian decenas de misterios y sorprendentes fenómenos naturales. Y, a pesar de que los científicos han explicado con éxito las causas de estos fenómenos, siguen siendo magníficas obras de la naturaleza que asombran la imaginación de las personas. Averigüemos acerca de 10 fenómenos inusuales y emocionantes asociados con los océanos.
¡Los icebergs no siempre se ven perfectamente blancos!
No es ningún secreto que la temperatura del agua en el océano difiere en diferentes latitudes geográficas. En el ecuador, la capa superficial puede calentarse hasta +28°C y más, mientras que en áreas cercanas a los polos, no más de +2°C. Por lo tanto, los grandes icebergs pueden flotar en el Ártico y la Antártida durante décadas. Y a veces se convierten... ¡en icebergs rayados!
Los icebergs rayados se forman cuando el agua se descongela primero y luego se vuelve a congelar. En el medio entran pequeñas partículas de suciedad, minerales, etc. Después de la congelación, el color de la capa fresca del iceberg es diferente a los demás. Gracias a este proceso, se pueden observar muchas rayas multicolores en la superficie del bloque de hielo. Es decir, no todos los icebergs son blancos o transparentes, como se muestra en las imágenes. En algunas de ellas podemos observar un sorprendente juego de colores y matices. Además, cuanto más viejo es el iceberg, más rayas tiene. Mirándolos, puede parecer que la naturaleza misma adornó estos bloques de hielo con una mano hábil.
9. Bañera de hidromasaje
Whirlpool: un embudo enorme con un tiro más bajo que aspira todo lo que está cerca
La palabra "remolino" parece advertir deliberadamente a las personas que se debe temer este fenómeno. Curiosamente, fue utilizado por primera vez por el famoso escritor Edgar Allan Poe. Lo describió como una "corriente destructiva". De hecho, el remolino oceánico es un poderoso embudo con un empuje más bajo, que absorbe de manera lenta pero segura todo lo que está cerca. Son de tres tipos: permanentes (siempre existentes en el mismo lugar), estacionales (causadas por ciertas condiciones climáticas) y episódicas (que ocurren, por ejemplo, durante terremotos).
En los mares y océanos, los remolinos suelen ser causados por la colisión de maremotos o reflujos con las corrientes que se aproximan. Al mismo tiempo, el agua en ellos puede moverse a velocidades de cientos de kilómetros por hora.
Es interesante: El ancho de los remolinos a veces alcanza los 3-5 kilómetros. No solo los yates pequeños y los barcos de pesca, sino también los grandes transatlánticos pueden convertirse en víctimas de tales fenómenos. Quizás recuerdes el impactante incidente cuando, en 2011, frente a la costa de Japón, un barco con cien pasajeros a bordo fue arrastrado al remolino formado después de un terremoto.
Anteriormente, la gente creía en las leyendas de que los remolinos los arrastrarían hasta el fondo del océano. Pero los científicos han desacreditado tales mitos.
8. Marea roja
La Marea Roja más grande se puede observar en el Golfo de Florida
Las ondas de tonos rojos y naranjas brillantes saturados son un fenómeno natural increíblemente hermoso. Pero disfrutar de las mareas rojas a menudo no es saludable, porque están plagadas de no pocos peligros.
Las floraciones de algas (que hacen que el agua se vuelva escarlata) pueden ser tan intensas que las plantas comienzan a producir todo tipo de toxinas y productos químicos. Algunos de ellos se disuelven en agua, otros entran en el aire. Las toxinas dañan la vida acuática, las aves marinas e incluso los humanos.
La Marea Roja más grande del planeta se observa anualmente frente a la costa del Golfo de Florida en junio-julio.
7. Brinicle (carámbano salado)
Brinicle extiende una red de hielo por el fondo del mar, de la que no puede salir ni un solo ser vivo
Una asombrosa obra de la naturaleza: un carámbano salado, es algo inimaginable. Cuando finalmente se forma un brinicle, parece algo así como un cristal sumergido en el agua. Los carámbanos salados se forman cuando el agua del hielo derretido se filtra en el mar. Teniendo en cuenta que se necesitan temperaturas del aire y del agua muy bajas para la formación de carámbanos salados, solo se pueden observar en las aguas frías del Ártico y frente a la costa de la Antártida.
Es interesante: Brinicles están llenos de gran peligro para la flora y la fauna del océano. En el momento del contacto con ellos, las estrellas de mar, los peces e incluso las algas se congelan y congelan o reciben cortes significativos.
El modelo generalmente aceptado para la formación de brinicles fue descrito por la oceanógrafa Silje Martin ya en 1974. Durante más de 30 años, solo los científicos pudieron presenciar este vívido desempeño oceánico. Pero en 2011, un camarógrafo de la BBC capturó en video la formación de un carámbano marino.
Un chorro de agua salada que sale de un bloque de hielo está tan frío que el líquido que lo rodea se congela casi instantáneamente. Segundos después de que un brinicle ingresa al océano, se forma una frágil armadura de hielo poroso a su alrededor. Cuando se alcanza la masa crítica, el carámbano cae al fondo. Luego comienza a desentrañar aún más sus frías redes. Cualquier animal atrapado en ellos está condenado a muerte. Frente a los operadores, el "carámbano asesino" brotó varios metros en 3 horas y llegó al fondo del océano. Luego de eso, en unos 15 minutos, el brinicle destruyó toda la vida marina que se encontraba en un radio de cuatro metros.
6. La ola más larga de la Tierra
Brasileños llaman al proceso de formación de la ola más larga Pororoca
Las condiciones climáticas tienen un gran impacto en las aguas del océano. No es de extrañar que algunos fenómenos naturales se puedan observar solo en una estación determinada con una combinación de muchos factores que contribuyen a ellos.
Entonces, la ola más larga del planeta se puede ver en Brasil no más de 2 veces al año. A fines de febrero y luego a principios de marzo, un gran volumen de agua del Océano Atlántico sube por la desembocadura del río Amazonas. Cuando la corriente del río choca con las fuerzas de marea del océano, se forma la ola más larga de la Tierra. En Brasil, este fenómeno se llama Pororoca. La altura de las olas formadas durante este fenómeno alcanza a veces los 3,5-4 metros. Y puedes escuchar el sonido de la ola media hora antes de que se estrelle contra la orilla con un rugido. A veces, Pororoka destruye casas costeras o arranca árboles.
5. Flores heladas
Miles de increíbles flores heladas en aguas árticas
Pocas personas conocen la existencia de estas delicadas y encantadoras flores. Las flores heladas se forman muy raramente, solo en hielo joven en agua de mar fría. Su formación ocurre a bajas temperaturas en clima tranquilo. El diámetro de tales formaciones generalmente no supera los cuatro centímetros, pero parecen copias de cristal de flores reales. Contienen mucha sal, lo que explica el aspecto cristalizado de las flores heladas.
Es interesante: Si se forman millones de estas flores en una pequeña área del mar, ¡comienzan a “soltar” sal en el aire!
El mar no solo puede crear condiciones para la vida y sustentarla. Se cambia a sí mismo, como un organismo vivo. Y las flores heladas son un ejemplo de una de las obras de arte más hermosas creadas por los océanos.
4. Olas asesinas
Las olas asesinas rebeldes pueden alcanzar una altura de 25 metros o más. Las razones de su formación no se conocen con certeza.
Como regla general, no es difícil determinar el momento de formación de la ola. Pero existen las llamadas olas asesinas, que, de hecho, aparecen de la nada y no muestran signos de su aproximación.
Es interesante: Por lo general, las olas asesinas se encuentran en el océano abierto, lejos de la tierra. Pueden aparecer incluso con tiempo despejado en ausencia de vientos fuertes. Las razones aún no han sido establecidas. Su tamaño es simplemente colosal. La altura de las olas asesinas errantes puede alcanzar los 30 metros, ¡y a veces más!
Durante mucho tiempo, los científicos consideraron que las olas errantes eran una ficción de los marineros, porque no encajaban en ningún modelo matemático existente sobre la aparición y el comportamiento de las olas. El hecho es que desde el punto de vista de la oceanología clásica, una ola con una altura de más de 20,7 metros no puede existir en condiciones terrestres. También hubo una falta de evidencia confiable de su existencia. Pero el 1 de enero de 1995, en la plataforma petrolera noruega Dropner, ubicada en el Mar del Norte, los instrumentos registraron una ola de 25,6 metros de altura. Lo llamaron la ola Dropner. Pronto comenzó la investigación en el marco del proyecto MaxWave. Los especialistas monitorearon la superficie del agua de la Tierra utilizando dos satélites de radar lanzados por la Agencia Espacial Europea. En solo 3 semanas, se registraron en los océanos 10 olas aisladas de más de 25 metros de altura.
Después de eso, los científicos se vieron obligados a analizar de nuevo los casos de muerte de grandes barcos: portacontenedores y superpetroleros. Las olas rebeldes se han incluido entre las causas probables de estas catástrofes. Posteriormente se comprobó que en 1980 el carguero inglés de 300 metros Derbyshire se hundió frente a las costas de Japón tras chocar con una ola gigante que atravesó la escotilla de carga e inundó las bodegas. Luego murieron 44 personas.
Las olas asesinas son la pesadilla de un marinero que aparece en muchas historias y leyendas. Ocultan algo misterioso y siniestro. Parece mentira que predecir la aparición de semejante muro de agua sea casi imposible. La idea de olas asesinas definitivamente te hará reconsiderar tu relación con el océano. Es poco probable que sigas creyendo que con tiempo tranquilo puedes navegar en un barco o yate lejos de la costa sin temer por tu vida.
3. El punto de encuentro del Mar Báltico con el Norte
A la izquierda está el Mar del Norte, a la derecha está el Báltico. Sorprendentemente, sus aguas no se mezclan.
En la provincia danesa de Skagen, se puede observar un fenómeno sorprendente que anteriormente causó mucha controversia entre los científicos. En un lugar pintoresco, se encuentran 2 mares vecinos: el Báltico y el Norte. Sorprendentemente, no se mezclan, como separados por una pared invisible. El color del agua en cada mar es diferente, esto te permite determinar visualmente la frontera entre ellos.
Según los oceanólogos, la densidad de las aguas del mar difiere, al igual que su salinidad (es 1,5 veces mayor en el Mar del Norte). Debido a esto, cada mar permanece en su propio lado de la "cuenca", sin mezclarse con el vecino y sin ceder ante él. Además de la composición del agua, el límite es tan pronunciado debido a las corrientes opuestas en los dos estrechos. Chocando entre sí, forman ondas que chocan.
Curiosamente, el encuentro del Mar del Norte con el Mar Báltico se menciona en la literatura religiosa, en el Corán. No está claro cómo los antiguos musulmanes llegaron al territorio de la Dinamarca moderna para ver esta vista fantástica.
2. Bioluminiscencia
El resplandor del océano en las aguas costeras es una vista fantástica.
La bioluminiscencia del agua es un fenómeno que se ve increíble en fotografías y es aún más espectacular en la realidad. El brillo del océano se debe a las algas más simples: los dinoflagelados, que constituyen la mayor parte del plancton.
Una molécula diminuta, el sustrato luciferina, se oxida bajo la influencia de la enzima luciferasa y el oxígeno. La energía liberada no se convierte en calor, sino que excita las moléculas de la sustancia, que emite fotones. El tipo de luciferina determina la frecuencia de la luz, es decir, el color del resplandor.
Lo mejor es observar el resplandor del océano durante la reproducción de algas unicelulares (generalmente, no más de 3 semanas al año). Hay tantas luces diminutas que el agua del mar se vuelve como la leche, sin embargo, está pintada de azul brillante. Sin embargo, se debe tener cuidado al admirar la bioluminiscencia del mar o del océano: muchas algas producen toxinas que son peligrosas para la salud humana. Por lo tanto, durante el período de su reproducción y la mayor intensidad del brillo, aún será mejor observar una marea brillante en la orilla. ¡Y definitivamente de noche! Puede parecer que enormes reflectores están ocultos bajo el agua, iluminándola desde las profundidades.
1. Fenómeno del Mar Lácteo
¡El resplandor del océano, causado por el fenómeno de la bioluminiscencia, a veces se puede ver incluso desde el espacio!
El fenómeno del Mar de Leche se observa en el Océano Índico, y esta es una de las manifestaciones del proceso de bioluminiscencia.
Es interesante: En ciertas áreas del océano, se crean las condiciones ideales para la reproducción de bacterias. Luego, enormes volúmenes de agua salada comienzan a brillar y se colorean con luces de color azul claro. A veces, las bacterias iluminan áreas de agua tan grandes que pueden verse fácilmente incluso desde el espacio. ¡Tal espectáculo no dejará indiferente a nadie!
Este fenómeno se viene observando desde hace más de un siglo. Los marineros de la antigüedad solían observar el brillo del agua, les hacía mirar con entusiasmo las profundidades del océano. Sin embargo, si las personas anteriores no pudieron encontrar una explicación para este fenómeno, en nuestro tiempo se sabe todo sobre su naturaleza. Pero esto no impide que el brillo del agua sea una vista fantástica.
Tales fenómenos muestran toda la belleza y diversidad de los majestuosos océanos. Mirándolos, involuntariamente te sorprendes pensando que la civilización humana, no importa cuán avanzada sea, ¡no podrá crear nada como esto! Después de todo, las personas son solo huéspedes temporales en este asombroso planeta. Y no debemos destruir, sino preservar todo el esplendor de la naturaleza para las generaciones futuras.