Teadus ookeanide looduslikest protsessidest. Füüsikaline ja geograafiline teadus. Näited füüsilisest geograafiast. Geograafia kui teadus
Ukraina teadus- ja haridusministeerium
Taurida riiklik ülikool
Nemad. V.I.Vernadski
geograafiateaduskond
Füüsilise geograafia ja okeanoloogia osakond
Yu.F. BEZRUKOV
OKEANOLOOGIA
Füüsikalised nähtused ja protsessid ookeanis
Simferopol 2006
Eessõna
Sissejuhatus
1. Okeanoloogia õppeaine ja ülesanded
2. Suured okeanoloogilised organisatsioonid
2.1. Rahvusvahelised organisatsioonid
2.2. Olulised riiklikud teadusasutused
3. Ookeanide uurimise ajalugu
4. Ookeanide geograafilised omadused
4.1. Maailmamere morfomeetrilised omadused ja jagunemine
4.2. Maailma ookean kui ühtne loodusobjekt
4.3. Ookeanide geograafilised omadused
4.4. Ookeani maakoore struktuur ja põhja topograafia põhielemendid
5. Merevee struktuur ja keemiline koostis
5.1. Vee molekulaarstruktuur ja selle anomaaliad
5.2. Merevee keemiline koostis
5.3. Merevee soolsus
5.4. Lahustunud gaasid
6. Merevee peamised füüsikalised omadused
6.1. Tihedus, erikaal ja erimaht.
Merevee oleku võrrand
6.2. Merevee rõhk ja kokkusurutavus
6.3. Merevee termilised omadused
6.4. Difusioon ja osmoos
7. Turbulentne segunemine ookeanis
7.1. Turbulentse segamise tüübid
7.2. Viskoossus (või sisehõõrdejõud)
7.3. Mere turbulents
7.4. Turbulentsi statistilise teooria elemendid
7.5. Turbulentne vahetus ookeanis
7.6. Kihtide stabiilsus meres
7.7. konvektiivne segamine
8. Merevee optilised omadused
8.1. valguse emissioon
8.2. Maa kiirgusbilanss ja merepinna valgustus
8.3. Valguse neeldumine ja hajumine meres
8.4. Vee läbipaistvus ja värvus
8.4. Bioluminestsents ja mereõitsemine
9. Merevee akustilised omadused
9.1. Heli levimise kiirus
9.2. Heli neeldumine ja hajumine meres. Reverberatsioon
9.3. helikiirte murdumine. Veealune helikanal
9.4. Biohüdroakustika
10. Ookeani ja atmosfääri vastasmõju
10.1. Ookeani ja atmosfääri protsesside seos
10.2. Protsessi varieeruvus ookeanis
10.3. Soojusülekanne ookeani-atmosfääri süsteemis
10.3.1. Ookeani soojusbilansi komponendid
10.4. Niiskuse vahetus ookeani-atmosfääri süsteemis
10.5. El Niño ja La Niña
10.6. Globaalne soojenemine: tegelikkus ja prognoos
11. Temperatuuri ja soolsuse jaotus
Ookeanides
11.1. Temperatuuri jaotus
11.2. Soolsuse jaotus
12. Ookeani vete termohaliini analüüs
12.1. T, S-kõverad
12.2. Kahe ja kolme veemassi segamine
12.3. Nelja veemassi segamine
12.4. T,S-kõverate analüütiline geomeetria
12.5. Statistiline T,S-analüüs
13. Ookeanide veemassid
14. Frontaalvööndid ja rinded Maailma ookeanis
15. Maailmamere füüsikalis-geograafiline tsoneerimine
16. Merejää
16.1. Jää klassifikatsioon
16.2. Jää soolsus
16.3. Jää füüsikalised omadused
16.4. Jää mehaanilised omadused
16.5. jää triiv
16.6. Jää levik ookeanides
17. Ookeani bioloogiline ehitus
17.1. Bioloogilised tsoonid ja provintsid ookeanis
17.2. mere hüdrobionte
17.3. mere ökosüsteem
17.4. Mere kalapüük
18. Ookeanide loodusvarad
Inglise mõõdusüsteem
Isegi primitiivsed inimesed hakkasid koguma teadmisi selle kohta, mis neid ümbritseb. Inimkonna arenedes muutusid need teadmised aina enamaks. Inimesed püüdsid ümbritsevat maailma võimalikult sügavalt tundma õppida. Järk-järgult tekkisid ja hakkasid arenema mitmesugused teadused. Mõned neist uurivad loodust, teised - inimeste elu, nende vaimset maailma, ajalugu, kultuuri, majandust.
Loodust nimetati vanasti "looduseks". Seetõttu said loodusteadused üldnimetuse loodusteadused. Nad uurivad erinevaid kehasid, aineid ja loodusnähtusi. Keha võib nimetada mis tahes objektiks, ükskõik milliseks elusolendiks. Ained on need, millest kehad koosnevad. Ja nähtused, nagu te juba teate, on kõik looduses toimuvad muutused.
Tutvume loodust puudutavate alusteadustega.
Astronoomia
Selle teaduse nimi pärineb kreeka sõnadest "astron" - "täht", "nomos" - "seadus".
Astronoomia on teadus taevakehadest: nende tekkest, ehitusest, koostisest, liikumisest avakosmoses.
Taevakehade maailm tundub meile võib-olla eriti salapärane osa loodusest. Ja ilmselt tundsid kõik, kes vaatasid rohkem kui korra kaugesse, lummavasse tähistaevasse, et kõik inimesed ja kogu Maa on väike osa tohutust tohutust maailmast - universumist. Astronoomia on juba avastanud paljud universumi saladused ja jätkab nende lahendamist, rabades inimeste kujutlusvõimet uute avastustega.
Füüsika
Kreeka keelest tõlgituna tähendab sõna "physis". tee "loodus".
Füüsika on teadus, mis uurib erinevaid loodusnähtusi.
Me puutume igapäevaelus sageli kokku paljude selliste nähtustega. Näiteks kehade liikumine, kehade kuumutamisel ja jahutamisel toimuvad muutused, elekter, heli, valgus. Just füüsika vastab küsimustele, miks välk välgub ja müristab, kuidas tekib kaja, mis on vikerkaar... Kuid füüsika ei seleta ainult seda, mida looduses näha võib. See on tehnoloogia alus. Ilma füüsikateadmisteta on võimatu luua autot, lennukit, külmikut, kraanat ega arvutit. Raske on isegi ette kujutada, milline oleks meie elu, kui füüsikateadust poleks olemas.
Keemia
Selle teaduse nime päritolu pole täpselt teada, võib-olla kreeka sõnast "chemeusis" - "segamine".
Keemia on teadus ainetest ja nende muundumisest.
Te juba teate, et kehad koosnevad ainetest. Vesi, hapnik, süsinikdioksiid, suhkur, tärklis, lauasool on kõik ainete näited. Praegu on neid palju – mitu miljonit. Igal ainel on oma omadused. Teatud tingimustel võivad mõned ained tekitada teisi. Sellistes transformatsioonides pole imet ega maagiat. Tänu keemiale on inimesed õppinud hankima laborites ja keemiatehastes neid aineid, mida majanduses ja igapäevaelus vaja läheb.
Geograafia
See on teine maateadus. Selle nimi pärineb kreeka sõnadest "geo" - "maa", "grafo" - "ma kirjutan", st "maa kirjeldus".
Tõepoolest, geograafia kirjeldab meie planeeti: millised ookeanid ja mandrid sellel on, mered, järved ja jõed, madalikud, künkad ja mäed, millised riigid, linnad ja külad tekkisid Maal, milline on meie planeedil elavate rahvaste elu ja majandus. Geograafia uurib palju küsimusi. Nagu näete, ei puuduta need mitte ainult loodust, vaid ka inimeste elu ja majandustegevust. Selle kohta, millisteks põhiosadeks geograafia jaguneb ja mida nad uurivad, ning millised geograafiateadused eksisteerivad, saate teada järgmisest lõigust.
Bioloogia
Kreeka keelest tõlgituna tähendab sõna "bios" "elu", "logos" - "teadus, õpetus".
Bioloogia on teadus elusloodusest.
Ilma eluta on meie planeeti võimatu ette kujutada. Ookeanides ja maismaal, tasandikel ja mägedes, pinnases ja isegi sügavates salapärastes koobastes asustasid mitmesugused olendid – bakterid, algloomad, seened, taimed, loomad. Me ise oleme osa loodusest. Bioloogia annab vastuse paljudele küsimustele: millised elusolendid on Maal ja kui palju neid on, kuidas eluskeha on paigutatud ja toimib, kuidas organismid paljunevad ja arenevad, kuidas nad on omavahel ja eluta loodusega seotud.
Ökoloogia
Selle teaduse nimi pärineb kreeka sõnadest "ekos" - "maja", "logos" - "teadus, õpetus".
Ökoloogia on teadus organismide suhetest omavahel ja nende keskkonnaga, inimese ja looduse vastasmõjust.
Ökoloogia sai alguse bioloogia osana, kuid nüüd räägitakse sellest üha enam kui iseseisvast teadusest – inimkonna loomuliku kodu teadusest. Sõna "ökoloogia" kuuleb sageli raadios, televisioonis ja see ilmub ajalehtedes. See on tingitud asjaolust, et meie loomulik kodu on ohus. Selle säästmiseks peaks iga inimene olema keskkonnaga vähemalt veidi tuttav.
Inimesed on alati püüdnud ümbritsevat maailma tundma õppida. Järk-järgult tekkisid ja hakkasid arenema mitmesugused teadused. Loodusteadusi nimetatakse loodusteadusteks. Nad uurivad erinevaid kehasid, aineid ja loodusnähtusi. Loodusteaduste hulka kuuluvad astronoomia, füüsika, keemia, geograafia, bioloogia, geoloogia ja ökoloogia. Astronoomia on taevakehade teadus. Füüsika käsitleb erinevaid loodusnähtusi. Keemia on teadus ainetest ja nende muundumisest. Geograafia uurib meie planeeti. Bioloogia on teadus elusloodusest. Ökoloogia on teadus organismide suhetest omavahel ja nende keskkonnaga, inimese ja looduse vastasmõjust.
- Mis on loodusteaduste üldnimetus?
- Mis on kehad, ained ja loodusnähtused? Tooge näiteid kehadest ja ainetest, millega igapäevaelus kokku puutute.
- Loetlege loodusteadused, mida teate.
- Mida kõik loodusteadused (astronoomia, füüsika, keemia, geograafia, bioloogia, ökoloogia) uurivad?
- Suur inglise teadlane Isaac Newton kirjutas: „Ma ei tea, kuidas teistel on, aga ma tunnen end nagu laps, kes eksleb terve päeva veepiiril ja leiab kas merekarbi või laine poolt poleeritud kivi, samas kui tohutu tõeookean. laiub tema ees, piiritu, uurimata. Kuidas sa neid sõnu seletad?
Saidi otsing.
Maailma ookean, mis katab 71% Maa pinnast, rabab selles arenevate protsesside keerukuse ja mitmekesisusega.
Ookeani veed on pidevas liikumises pinnast kuni suurima sügavuseni. Neid keerulisi vee liikumisi hiiglaslikest ookeanihoovustest väikseimate pööristeni erutavad tõusulainet tekitavad jõud ja need on atmosfääri ja ookeani vastasmõju ilmingud.
Ookeani veemass madalatel laiuskraadidel akumuleerib päikeselt saadud soojust ja kannab selle soojuse üle kõrgetele laiuskraadidele. Soojuse ümberjaotumine omakorda ergastab teatud atmosfääriprotsesse. Niisiis tekivad Põhja-Atlandi külmade ja soojade hoovuste lähenemise piirkonnas võimsad tsüklonid. Nad jõuavad Euroopasse ja määravad sageli ilma kogu selle ruumis kuni Uuraliteni.
Ookeani elusaine on sügavustes jaotunud väga ebaühtlaselt. Ookeani erinevates piirkondades sõltub biomass kliimatingimustest ning pinnavete varustamisest lämmastiku- ja fosforisooladega. Ookean on koduks suurele hulgale taimedele ja loomadele. Alates bakteritest ja üherakulistest rohelistest fütoplanktoni vetikatest kuni maakera suurimate imetajateni – vaaladeni, kelle kaal ulatub 150 tonnini.Kõik elusorganismid moodustavad ühtse bioloogilise süsteemi, millel on oma eksisteerimise ja evolutsiooni seadused.
Lahtised setted kogunevad väga aeglaselt ookeani põhja. See on settekivimite moodustumise esimene etapp. Selleks, et maal töötavad geoloogid saaksid konkreetse territooriumi geoloogilise ajaloo õigesti dešifreerida, on vaja üksikasjalikult uurida tänapäevaseid settimisprotsesse.
Nagu viimastel aastakümnetel selgus, on ookeanialusel maakoorel suur liikuvus. Ookeani põhjas moodustuvad mäeahelikud, sügavad lõhede orud ja vulkaanikoonused. Ühesõnaga ookeani põhi "elab" ägedalt ja sageli on seal nii tugevad maavärinad, et tohutud laastavad tsunamilained jooksevad kiiresti üle ookeani pinna.
Püüdes uurida ookeani - seda suurejoonelist maakera - olemust, seisavad teadlased silmitsi teatud raskustega, millest ülesaamiseks peavad nad rakendama kõigi peamiste loodusteaduste meetodeid: füüsika, keemia, matemaatika, bioloogia, geoloogia. Okeanoloogiast räägitakse tavaliselt kui erinevate teaduste liidust, teaduste ühendusest, mida ühendab õppeaine. Sellises lähenemises ookeani olemuse uurimisele on loomulik soov tungida sügavamale selle saladustesse ning tungiv vajadus sügavalt ja igakülgselt tunda selle olemuse iseloomulikke jooni.
Need ülesanded on väga keerulised ja neid peab lahendama suur teadlaste ja spetsialistide meeskond. Et täpselt ette kujutada, kuidas seda tehakse, kaaluge ookeaniteaduse kolme kõige olulisemat valdkonda:
- ookeani ja atmosfääri vastasmõju;
- ookeani bioloogiline struktuur;
- ookeanipõhja geoloogia ja selle maavarad.
Nõukogude vanima uurimislaeva "Vityaz" pikaajaline väsimatu töö on lõppenud. See saabus Kaliningradi meresadamasse. Üle kahe kuu kestnud 65. hüvastijätulend on lõppenud.
Siin on viimane "reisiv" sissekanne laevapäevikusse meie okeanograafilise laevastiku veterani kohta, kes kolmekümneaastase reisi jooksul lahkus rohkem kui miljon miili tagasi.
Ekspeditsiooni juht professor A. A. Aksenov märkis vestluses Pravda korrespondendiga, et Vityazi 65. lend, nagu ka kõik eelmised, oli edukas. Vahemere ja Atlandi ookeani süvamerepiirkondades läbiviidud kompleksuuringute käigus on saadud uusi teaduslikke andmeid, mis rikastavad meie teadmisi mere elust.
Vityaz asub ajutiselt Kaliningradis. Eeldatakse, et siis saab sellest maailmamere muuseumi loomise alus.
Paljude riikide teadlased on juba mitu aastat tegelenud rahvusvahelise projektiga GAAP (Global Atmospheric Process Research Program). Käesoleva töö eesmärgiks on leida usaldusväärne meetod ilmaennustamiseks. Pole vaja selgitada, kui oluline see on. Põua, üleujutuste, vihmasaju, tugeva tuule, kuumuse ja külma kohta saab ette teada ...
Seni ei oska keegi sellist prognoosi anda. Mis on peamine raskus? Ookeani ja atmosfääri vastasmõju protsesse on matemaatiliste võrranditega võimatu täpselt kirjeldada.
Peaaegu kogu vesi, mis vihma ja vihmana maale langeb, siseneb ookeani pinnalt atmosfääri. Troopikas muutuvad ookeaniveed väga kuumaks ja hoovused kannavad selle soojuse kõrgetele laiuskraadidele. Ookeani kohal on tohutud pöörised – tsüklonid, mis määravad maismaa ilma.
Ookean on ilma köök... Aga püsivaid ilmajaamu on ookeanis väga vähe. Need on mõned saared ja mitmed automaatsed ujuvjaamad.
Teadlased püüavad luua matemaatilist mudelit ookeani ja atmosfääri vastastikmõjust, kuid see peab olema reaalne ja täpne ning sellel puuduvad paljud andmed ookeani kohal valitseva atmosfääri seisukorra kohta.
Lahenduseks leiti väga täpsed ja pidevad mõõtmised laevadelt, lennukitelt ja meteoroloogilistelt satelliitidelt väikesel ookeanialal. Selline rahvusvaheline eksperiment nimega "Tropex" viidi Atlandi ookeani troopilises vööndis läbi 1974. aastal ja saadi väga olulisi andmeid matemaatilise mudeli koostamiseks.
On vaja tunda kogu ookeani hoovuste süsteemi. Voolud kannavad soojust (ja külma), elu arenguks vajalikke toitvaid mineraalsooli. Ammu aega tagasi hakkasid meremehed koguma teavet hoovuste kohta. See sai alguse 15.-16. sajandil, mil purjelaevad avaookeanile tõusid. Tänapäeval teavad kõik meremehed, et on olemas üksikasjalikud pinnahoovuste kaardid, ja kasutavad neid. Viimase 20-30 aasta jooksul on aga tehtud avastusi, mis on näidanud, kui ebatäpsed on praegused kaardid ja kui keeruline on ookeanide tsirkulatsiooni üldpilt.
Vaikse ja Atlandi ookeani ekvatoriaalvööndis uuriti, mõõdeti ja kaardistati võimsaid süvahoovusi. Neid tuntakse Vaikses ookeanis Cromwelli hoovusena ja Atlandi ookeanis Lomonosovi hoovusena.
Atlandi ookeani lääneosas avastati sügav Antilo-Guajaana vastuvool. Ja kuulsa Golfi hoovuse all osutus Counter-Gulf Stream.
1970. aastal viisid Nõukogude teadlased läbi väga huvitava uuringu. Atlandi ookeani troopilisse vööndisse on paigaldatud rida poide jaamu. Igas jaamas registreeriti pidevalt erineva sügavusega hoovusi. Mõõtmised kestsid pool aastat ning mõõtmisalal tehti perioodiliselt hüdroloogilisi uuringuid, et saada andmeid vee üldise liikumise mustri kohta. Pärast mõõtmismaterjalide töötlemist ja kokkuvõtete tegemist tekkis väga oluline üldine muster. Selgub, et varem olemasolev ettekujutus püsiva passaattuulevoolu suhteliselt ühtlasest olemusest, mida erutavad põhjapasaattuuled, ei vasta tegelikkusele. Sellist oja pole, see tohutu jõgi vedelate kallastel.
Passaadivoolu tsoonis liiguvad tohutud, kümnete ja isegi sadade kilomeetrite suurused keerised. Sellise keerise kese liigub kiirusega umbes 10 cm/s, kuid keerise perifeerias on voolukiirus palju suurem. Seda nõukogude teadlaste avastust kinnitasid hiljem ka Ameerika teadlased ning 1973. aastal leiti sarnaseid pööriseid ka Vaikse ookeani põhjaosas tegutsenud Nõukogude ekspeditsioonidel.
Aastatel 1977-1978. Põhja-Atlandi lääneosas Sargasso mere piirkonnas hoovuste pöörisstruktuuri uurimiseks loodi spetsiaalne eksperiment. Suurel alal mõõtsid Nõukogude ja Ameerika ekspeditsioonid 15 kuu jooksul pidevalt hoovusi. Seda tohutut materjali ei ole veel täielikult analüüsitud, kuid probleemi sõnastamine ise nõudis massiivseid spetsiaalselt kavandatud mõõtmisi.
Eriline tähelepanu nn sünoptilistele pööristele ookeanis on tingitud sellest, et just keerised kannavad endas suurimat osa praegusest energiast. Järelikult võib nende hoolikas uurimine viia teadlased palju lähemale pikamaa ilmaennustuse probleemi lahendamisele.
Viimastel aastatel on avastatud veel üks kõige huvitavam nähtus, mis on seotud ookeanihoovustega. Võimsast Golfi hoovusest idas ja läänes leiti väga stabiilsed nn rõngad (rõngad). Nagu jõgi, on ka Golfi hoovus tugevate käänudega. Kohati looklevad sulguvad, tekib rõngas, mille äärealadel ja keskel erineb kolde temperatuur järsult. Selliseid rõngaid on jälgitud ka võimsa Kuroshio hoovuse äärealadel Vaikse ookeani loodeosas. Atlandi ja Vaikse ookeani rõngaste erivaatlused on näidanud, et need moodustised on väga stabiilsed, säilitades veetemperatuuri märkimisväärse erinevuse rõnga perifeerias ja sees 2-3 aastat.
1969. aastal kasutati esimest korda spetsiaalsete sondide pidevat temperatuuri ja soolsuse mõõtmist erinevatel sügavustel. Enne seda mõõdeti elavhõbedatermomeetritega mitmes punktis erineval sügavusel temperatuuri ning pudelites tõsteti vett samadelt sügavustelt. Seejärel määrati vee soolsus ning kanti graafikule soolsuse ja temperatuuri väärtused. Saadi nende veeomaduste sügavusjaotus. Mõõtmised üksikutes punktides (diskreetsed) ei võimaldanud isegi eeldada, et vee temperatuur muutub koos sügavusega nii keerulisel viisil, nagu näitasid sondiga pidevad mõõtmised.
Selgus, et kogu veemass maapinnast kuni suurte sügavusteni jaguneb õhukesteks kihtideks. Külgnevate horisontaalsete kihtide temperatuuride erinevus ulatub mitme kümnendiku kraadini. Need mitme sentimeetri kuni mitme meetri paksused kihid eksisteerivad mõnikord mitu tundi, mõnikord kaovad mõne minutiga.
Esimesed 1969. aastal tehtud mõõtmised tundusid paljudele juhusliku nähtusena ookeanis. Ei saa olla, ütlesid skeptikud, et võimsad ookeanilained ja hoovused vett ei sega. Kuid järgnevatel aastatel, kui veesamba sondeerimist täppisinstrumentidega kogu ookeanis läbi viidi, selgus, et veesamba õhukesekihilist struktuuri leiti kõikjal ja alati. Selle nähtuse põhjused pole täiesti selged. Seni seletavad nad seda nii: ühel või teisel põhjusel tekib veesambasse arvukalt üsna selgeid piire, mis eraldavad erineva tihedusega kihte. Kahe erineva tihedusega kihi piiril tekivad väga kergesti siselained, mis segavad vett. Sisemiste lainete hävimise käigus tekivad uued homogeensed kihid ja kihtide piirid tekivad erinevatel sügavustel. Nii korratakse seda protsessi mitu korda, esinemissügavus ja teravate piiridega kihtide paksus muutuvad, kuid veesamba üldine olemus jääb muutumatuks.
1979. aastal algas globaalsete atmosfääriprotsesside uurimise rahvusvahelise programmi (PGAP) pilootfaas. Mitukümmend laeva, automaatsed vaatlusjaamad ookeanis, spetsiaalsed lennukid ja meteoroloogilised satelliidid, kogu see uurimisrajatiste mass töötab kogu maailma ookeani ruumis. Kõik selles eksperimendis osalejad töötavad ühtse koordineeritud programmi järgi, et rahvusvahelise eksperimendi materjale kõrvutades oleks võimalik koostada globaalne atmosfääri ja ookeani seisundi mudel.
Kui võtta arvesse, et lisaks üldisele ülesandele – usaldusväärse pikaajalise ilmaennustuse meetodi otsimisele – on vaja teada palju konkreetseid fakte, siis tundub ookeanifüüsika üldülesanne väga-väga keeruline. : mõõtmismeetodid, instrumendid, mille töö põhineb kõige kaasaegsemate elektroonikaskeemide kasutamisel, on arvuti kohustusliku kasutamisega saadud teabe töötlemine üsna keeruline; ookeani veesambas ja atmosfääri piiril arenevate protsesside väga keeruliste ja originaalsete matemaatiliste mudelite ehitamine; ulatuslike katsete korraldamine ookeani iseloomulikes piirkondades. Need on ookeanifüüsika valdkonna kaasaegsete uuringute üldjooned.
Erilised raskused tekivad ookeanis leiduva elusaine uurimisel. Suhteliselt hiljuti saadi vajalikud materjalid ookeani bioloogilise struktuuri üldiseks iseloomustamiseks.
Alles 1949. aastal avastati elu enam kui 6000 m sügavuselt.Hiljem osutus süvamerefauna - ultraabyssaali fauna - kõige huvitavamaks eriuuringute objektiks. Sellistel sügavustel on eksisteerimistingimused geoloogilises ajaskaalas väga stabiilsed. Ülisügavuse fauna sarnasusest lähtuvalt on võimalik tuvastada üksikute ookeanisügavuste kunagisi seoseid ja taastada geoloogilise mineviku geograafilised tingimused. Nii näiteks on teadlased Kariibi mere ja Vaikse ookeani idaosa süvamerefauna võrdlemisel leidnud, et geoloogilises minevikus ei olnud Panama maakitsust.
Mõnevõrra hiljem tehti rabav avastus – ookeanist avastati uut tüüpi loomad, pogonofoorid. Nende anatoomia põhjalik uurimine, süstemaatiline klassifikatsioon moodustas kaasaegse bioloogia ühe silmapaistva teose - A. V. Ivanovi monograafia "Pogonofoorid" - sisu. Need kaks näidet näitavad, kui keeruliseks osutus elu jaotuse uurimine ookeanis ja veelgi enam ookeani bioloogiliste süsteemide toimimist reguleerivate üldiste seaduspärasuste uurimine.
Võrreldes erinevaid fakte, võrreldes peamiste taime- ja loomarühmade bioloogiat, on teadlased jõudnud olulistele järeldustele. Maailmamere bioloogiline kogutoodang osutus mõnevõrra väiksemaks kogu maismaaala iseloomustavast sarnasest väärtusest hoolimata asjaolust, et ookeani pindala on maismaa pindalast 2,5 korda suurem. See on tingitud asjaolust, et kõrge bioloogilise tootlikkusega piirkonnad on ookeani äärealad ja süvavee tõusu alad. Ülejäänud ookean on peaaegu elutu kõrb, kus leidub vaid suuri kiskjaid. Eraldi oaasid ookeanikõrbes on vaid väikesed koralliatollid.
Teine oluline leid puudutab ookeani toiduahelate üldisi omadusi. Toiduahela esimene lüli on üherakuline rohevetikate fütoplankton. Järgmine lüli on zooplankton, seejärel planktiivkalad ja kiskjad. Olulise tähtsusega on lüpsiloomad – bentos, kes on ka kalade toiduks.
Taastootmine igas toiduhinna lülis on selline, et toodetav biomass on 10 korda suurem selle tarbimisest. Teisisõnu, 90% näiteks fütoplanktonist sureb looduslikult ja ainult 10% on zooplanktoni toiduks. Samuti on kindlaks tehtud, et zooplanktoni koorikloomad sooritavad toidu otsimisel vertikaalset ööpäevast rännet. Hiljuti õnnestus zooplanktoni koorikloomade toidus tuvastada bakterite tükke ja seda tüüpi toit moodustas kuni 30% kogumahust. Tänapäevaste ookeanibioloogia uuringute üldtulemus on see, et on leitud lähenemine ja ehitatud avaookeani ökoloogilise süsteemi esimene plokk-matemaatiline mudel. See on esimene samm ookeanide bioloogilise produktiivsuse kunstliku reguleerimise suunas.
Milliseid meetodeid kasutavad bioloogid ookeanis?
Esiteks mitmesugused püügivahendid. Väikesi planktoniorganisme püütakse spetsiaalsete koonusvõrkudega. Kalapüügi tulemusena saadakse keskmine planktoni kogus kaaluühikutes veemahuühiku kohta. Need võrgud suudavad püüda veesamba üksikuid horisonte või "filtreerida" vett teatud sügavusest maapinnani. Põhjaloomad püütakse kinni erinevate mööda põhja veetavate tööriistadega. Kalu ja muid nektonorganisme püütakse keskmise sügavusega traalidega.
Erinevate planktonirühmade toiduvahekordade uurimiseks kasutatakse omapäraseid meetodeid. Organismid "sildistavad" radioaktiivsete ainetega ja määravad seejärel toiduahela järgmises lülis karjatamise koguse ja kiiruse.
Viimastel aastatel on vees planktoni hulga kaudseks määramiseks kasutatud füüsikalisi meetodeid. Üks neist meetoditest põhineb laserkiire kasutamisel, mis justkui uurib ookeani pinnakihti ja annab andmeid fütoplanktoni koguhulga kohta. Teine füüsikaline meetod põhineb planktoni organismide hõõgumisvõime – bioluminestsentsi – kasutamisel. Vette kastetakse spetsiaalne batomeeter-sond, mille vajumisel registreeritakse planktoni hulga indikaatorina bioluminestsentsi intensiivsus. Need meetodid iseloomustavad väga kiiresti ja täielikult planktoni levikut erinevates helipunktides.
Oluliseks elemendiks ookeani bioloogilise struktuuri uurimisel on keemilised uuringud. Biogeensete elementide (lämmastiku ja fosfori mineraalsoolad), lahustunud hapniku ja mitmete muude organismide elupaiga oluliste omaduste sisaldus määratakse keemiliste meetoditega. Hoolikad keemilised määramised on eriti olulised kõrge tootlikkusega rannikualade – tõusevööndite – uurimisel. Siin toimub regulaarsete ja tugevate kaldatuulte korral tugev veevaring, millega kaasneb sügavvee tõus ja nende levik riiuli madalas osas. Süvaveed sisaldavad lahustunud kujul märkimisväärses koguses lämmastiku ja fosfori mineraalsooli. Selle tulemusena õitseb fütoplankton tõusevööndis ja lõpuks moodustub kalade kaubandusliku kontsentratsiooni ala.
Tõusuvööndi elupaiga eripära ennustamine ja registreerimine toimub keemiliste meetoditega. Seega lahendatakse bioloogias meie ajal kompleksselt vastuvõetavate ja rakendatavate uurimismeetodite küsimust. Kuigi teadlased kasutavad laialdaselt traditsioonilisi bioloogia meetodeid, kasutavad teadlased üha enam füüsika ja keemia meetodeid. Materjalide töötlemine ja nende üldistamine optimeeritud mudelite kujul toimub kaasaegse matemaatika meetodite abil.
Ookeani geoloogia vallas on viimase 30 aasta jooksul saadud nii palju uusi fakte, et paljusid traditsioonilisi ideid on tulnud drastiliselt muuta.
Vaid 30 aastat tagasi oli ookeanipõhja sügavuse mõõtmine ülimalt keeruline. Vette oli vaja langetada raske krunt pikale terastrossile riputatud koormaga. Samas olid tulemused sageli ekslikud ning mõõdetud sügavusega punkte eraldas üksteisest sadu kilomeetreid. Seetõttu domineeris idee ookeanipõhja tohututest avarustest kui hiiglaslikest tasandikest.
1937. aastal hakati esmakordselt kasutama uut sügavuste mõõtmise meetodit, mis põhines põhjast helisignaali peegeldumisel.
Sügavuse mõõtmise põhimõte kajaloodiga on väga lihtne. Laeva kere alumisse ossa paigaldatud spetsiaalne vibraator kiirgab pulseerivaid helisignaale. Signaalid peegelduvad alumiselt pinnalt ja neid võtab vastu kajaloodi vastuvõtuseade. Signaali edasi-tagasi aeg sõltub sügavusest ja laeva liikumisel joonistatakse lindile pidev põhjaprofiil. Selliste suhteliselt väikeste vahemaadega eraldatud profiilide seeria võimaldab joonistada kaardil võrdse sügavusega jooni - isobate ja kujutada põhjareljeefi.
Sügavusmõõtmised kajaloodiga on muutnud teadlaste varasemaid ettekujutusi ookeanipõhja topograafiast.
Kuidas see välja näeb?
Kaldalt ulatuvat riba nimetatakse mandrilavaks. Sügavus mandrilaval ei ületa tavaliselt 200-300 m.
Mandrilava ülemises tsoonis toimub reljeefi pidev ja kiire transformatsioon. Rannik taandub lainete pealetungi all ja samal ajal tekivad vee alla suured killustikukogumid. Just siin moodustuvad suured liiva, kruusa, veerise lademed - suurepärane ehitusmaterjal, mida loodus ise purustab ja sorteerib. Erinevad sääred, muldkehad, latid ehitavad omakorda rannikut teise kohta, eraldavad laguunid, blokeerivad jõesuudmeid.
Ookeani troopilises vööndis, kus vesi on väga puhas ja soe, kasvavad grandioossed korallstruktuurid - ranniku- ja tõkkerifid. Need ulatuvad sadade kilomeetrite pikkuseks. Korallrifid on pelgupaigaks väga erinevatele organismidele ning moodustavad koos nendega keeruka ja erakordse bioloogilise süsteemi. Ühesõnaga riiuli ülemine tsoon "elab" tormilise geoloogilise eluga.
100-200 m sügavusel tunduvad geoloogilised protsessid jäätuvat. Reljeef tasaneb, põhjas on palju aluspõhjapaljandeid. Kivide hävimine on väga aeglane.
Ookeani poole jääval riiuli välisserval muutub põhjapinna nõlv järsemaks. Mõnikord ulatuvad kalded 40-50 °. See on mandri nõlv. Selle pinda lõikavad veealused kanjonid. Siin toimuvad pingelised, kohati katastroofilised protsessid. Muda koguneb veealuste kanjonite nõlvadele. Kohati katkeb kuhjumiste stabiilsus ootamatult ja mööda kanjoni põhja kukub alla mudajuga.
Mudavool jõuab kanjoni suudmeni ja siin moodustab põhiline liiva ja suure prahi mass ladestamisel alluviaalse koonuse - veealuse delta. Hägune vool ulatub mandrijalast kaugemale. Üsna sageli ühinevad eraldi loopealsed ja mandrijalamile moodustub pidev suure paksusega lahtiste setete riba.
53% põhjaalast on hõivatud ookeani põhjaga, ala, mida kuni viimase ajani peeti tasandikuks. Tegelikult on ookeanipõhja reljeef üsna keeruline: erineva struktuuri ja päritoluga tõusud jagavad selle tohututeks nõgudeks. Ookeanibasseinide mõõtmeid saab hinnata vähemalt ühe näite põhjal: Vaikse ookeani põhja- ja idabasseinid hõlmavad kogu Põhja-Ameerikast suurema ala.
Suurel alal vesikondades domineerib künklik reljeef, mõnikord on seal eraldi meremäed. Ookeani mägede kõrgus ulatub 5-6 km-ni ja nende tipud tõusevad sageli vee kohal.
Teistes piirkondades läbivad ookeanipõhja tohutud, mitmesaja kilomeetri laiused õrnalt kaldus lained. Tavaliselt asuvad nendel šahtidel vulkaanilised saared. Vaikses ookeanis on näiteks Hawaii müür, millel on saarte ahel aktiivsete vulkaanide ja laavajärvedega.
Paljudes kohtades kerkivad ookeani põhjast vulkaanilised koonused. Mõnikord ulatub vulkaani tipp veepinnani ja siis ilmub saar. Mõned neist saartest hävivad järk-järgult ja peidetakse vee alla.
Vaiksest ookeanist on avastatud mitusada vulkaanikoonust, millel on selged lainete jäljed tasastel tippudel, mis on vee all 1000–1300 m sügavusel.
Vulkaanide areng võib olla erinev. Vulkaani tipus asuvad elama riffe moodustavad korallid. Aeglase uppumisega ehitavad korallid rifi ja aja jooksul moodustub rõngassaar - atoll, mille keskel on laguun. Korallriffide kasv võib võtta väga kaua aega. Mõnel Vaikse ookeani atollil on puuritud korallide lubjakivide järjestuse paksuse määramiseks. Selgus, et see ulatub 1500. See tähendab, et vulkaani tipp laskus aeglaselt - umbes 20 tuhat aastat.
Uurides põhja topograafiat ja ookeani tahke maakoore geoloogilist struktuuri, on teadlased jõudnud uutele järeldustele. Maakoor ookeanipõhja all osutus palju õhemaks kui mandritel. Mandritel ulatub Maa tahke kesta - litosfääri - paksus 50-60 km-ni ja ookeanis ei ületa see 5-7 km.
Samuti selgus, et maa ja ookeani litosfäär on kivimite koostiselt erinev. Lahtise kivimikihi – maapinna hävimisproduktide – all on võimas graniidikiht, mida katab basaldikiht. Ookeanis ei ole graniidikihti ja lahtised ladestused asuvad otse basaltidel.
Veelgi olulisem oli suurejoonelise mäeahelike süsteemi avastamine ookeani põhjas. Ookeani keskosade mäestikusüsteem ulatub üle kõigi ookeanide 80 000 km ulatuses. Oma suuruselt on veealused ahelikud võrreldavad ainult suurimate maismaa mägedega, nagu Himaalaja. Veealuste mäeharjade harju lõikavad tavaliselt mööda sügavad kurud, mida nimetati lõheorgudeks ehk riftideks. Nende jätkumist saab jälgida ka maismaal.
Teadlased on mõistnud, et globaalne lõhede süsteem on väga oluline nähtus kogu meie planeedi geoloogilises arengus. Algas riftivööndite süsteemi hoolika uurimise periood ja peagi saadi nii olulisi andmeid, et Maa geoloogilise ajalooga seotud ettekujutused muutusid järsult.
Nüüd on teadlased taas pöördunud pooleldi unustatud mandrite triivi hüpoteesi poole, mille väljendas sajandi alguses saksa teadlane A. Wegener. Võrreldi hoolikalt Atlandi ookeaniga eraldatud mandrite kontuure. Samal ajal ühendas geofüüsik J. Bullard Euroopa ja Põhja-Ameerika, Aafrika ja Lõuna-Ameerika piirjooned mitte piki rannikujooni, vaid piki mandrinõlva keskjoont, ligikaudu piki 1000 m pikkust isobati.Mõlema ookeani piirjooned kaldad langesid nii täpselt kokku, et isegi paadunud skeptikud ei saanud kahelda mandrite tegelikus tohutus horisontaalses liikumises.
Eriti veenvad olid andmed, mis saadi geomagnetiliste uuringute käigus ookeani keskharjade piirkonnas. Selgus, et pursanud basaltlaava nihkus järk-järgult mõlemale poole mäeharja harja. Nii saadi otseseid tõendeid ookeanide paisumise, maakoore leviku kohta lõhe piirkonnas ja vastavalt sellele ka mandrite triivimisele.
Ameerika laevalt Glomar Challenger juba mitu aastat tehtud süvapuurimine ookeanis on taas kinnitanud ookeanide paisumise fakti. Nad määrasid isegi Atlandi ookeani paisumise keskmise väärtuse - paar sentimeetrit aastas.
Samuti oli võimalik seletada suurenenud seismilisust ja vulkanismi ookeanide äärealadel.
Kõik need uued andmed moodustasid aluse litosfääriplaatide tektoonika (liikuvuse) hüpoteesi (mida sageli nimetatakse teooriaks, selle argumendid on nii veenvad) loomisele.
Selle teooria esialgne sõnastus kuulub Ameerika teadlastele G. Hessile ja R. Dietzile. Hiljem töötasid selle välja ja täiendasid Nõukogude, Prantsuse ja teised teadlased. Uue teooria tähendus taandub ideele, et Maa jäik kest – litosfäär – on jagatud eraldi plaatideks. Need plaadid kogevad horisontaalset liikumist. Litosfääri plaate liikuma panevad jõud tekitavad konvektiivvoolud, st Maa sügava tuli-vedelaine voolud.
Laamide külgedele levimisega kaasneb ookeani keskahelike moodustumine, mille harjadele tekivad haigutavad lõhelõhed. Läbi lõhede valgub basaltse laava.
Teistes piirkondades litosfääri plaadid koonduvad ja põrkuvad. Nendes kokkupõrgetes sünnib reeglina ühe plaadi serva subduktsioon teise alla. Ookeanide äärealadel on teada sellised kaasaegsed allatõukealad, kus esineb sageli tugevaid maavärinaid.
Litosfääri laamtektoonika teooriat kinnitavad paljud faktid, mis on saadud viimase viieteistkümne aasta jooksul ookeanist.
Maa sisestruktuuri ja selle soolestikus toimuvate protsesside tänapäevaste ideede üldine alus on akadeemik O. Yu. Schmidti kosmogooniline hüpotees. Tema sõnul tekkis Maa, nagu ka teised päikesesüsteemi planeedid, tolmupilve külma aine kokkukleepimisel. Maa edasine kasv toimus tänu sellele, et Päikest kunagi ümbritsenud tolmupilve läbimisel püüti kinni uued meteoriidiosakesed. Planeedi kasvades uppusid rasked (raud)meteoriidid ja tekkisid kerged (kivi)meteoriidid. See protsess (eraldamine, eristumine) oli nii võimas, et planeedi sees aine sulas ja jagunes tulekindlaks (raskeks) osaks ja sulavaks (kergemaks) osaks. Samal ajal mõjus ka radioaktiivne kuumutamine Maa sisemistes osades. Kõik need protsessid viisid raske sisemise tuuma, kergema välissüdamiku, alumise ja ülemise vahevöö moodustumiseni. Geofüüsikalised andmed ja arvutused näitavad, et Maa soolestikus on peidus tohutu energia, mis on tõesti võimeline tahke kesta – litosfääri – otsustavateks muundudeks.
Toetudes O. 10. Schmidti kosmogoonilisele hüpoteesile, töötas akadeemik A. P. Vinogradov välja geokeemilise teooria ookeani tekke kohta. A. P. Vinogradov tegi täpsete arvutuste ja meteoriitide sulaaine diferentseerumise uurimise katsetega kindlaks, et ookeani ja Maa atmosfääri veemass tekkis ülemise vahevöö aine degaseerimisel. See protsess kestab tänaseni. Ülemises vahevöös toimub tõepoolest aine pidev diferentseerumine ja selle kõige sulavam osa tungib basaltlaava kujul läbi litosfääri pinna.
Mõtteid maakoore struktuuri ja selle dünaamika kohta hakatakse tasapisi täpsustama.
Aastatel 1973 ja 1974 viidi läbi ebatavaline veealune ekspeditsioon Atlandi ookeanil. Kesk-Atlandi seljandiku eelvalitud piirkonnas viidi läbi sukeldumisaluste süvamere sukeldumised ja uuriti üksikasjalikult väikest, kuid väga olulist ookeanipõhja piirkonda.
Uurides ekspeditsiooni ettevalmistamise ajal põhja pealispinnalt laevadelt, uurisid teadlased põhja topograafiat ja avastasid ala, mille sees oli sügav kuristik, mis lõikas mööda veealuse seljandiku harja – lõheorgu. Samas piirkonnas on hästi väljendunud teisendusmurd, mis on harja harja ja lõhekuru suhtes risti.
Sellist tüüpilist põhjakonstruktsiooni - lõhede kuru, transformatsioonimurd, noored vulkaanid - uuriti kolmelt allveelaevalt. Ekspeditsioonist võtsid osa Prantsuse batüskaaf "Archimedes" spetsiaalse laevaga "Marseille le Bian", Prantsuse allveelaev "Siana" alusega "Norua", Ameerika uurimislaev "Knorr", Ameerika allveelaev "Alvin". " laevaga "Lulu" .
Kokku tehti kahe hooaja jooksul 51 süvasukeldumist.
Süvamere sukeldumisel kuni 3000 m kõrgusele tekkis allveelaevade meeskondadel mõningaid raskusi.
Esimene asi, mis algselt uurimistööd oluliselt keerulisemaks muutis, oli suutmatus määrata allveesõiduki asukohta tugevalt tükeldatava maastiku tingimustes.
Allveesõiduk pidi liikuma, hoides põhjast distantsi mitte rohkem kui 5 m. Järskudel nõlvadel ja kitsaid orgusid ületades ei saanud batüskaf ja allveelaevad kasutada akustiliste majakade süsteemi, kuna meremäed takistasid signaalide läbipääsu. Sel põhjusel pandi tugilaevadel tööle pardasüsteem, mille abil tehti kindlaks allveelaeva täpne asukoht. Tugilaevalt jälgisid nad allveesõidukit ja juhtisid selle liikumist. Mõnikord tekkis otsene oht allveesõidukile ja kord tekkis selline olukord.
17. juulil 1974 jäi allveelaev Alvin sõna otseses mõttes kitsasse prakku kinni ja tegi kahe ja poole tunni jooksul katseid lõksust välja pääseda. Alvini meeskond näitas üles hämmastavat leidlikkust ja meelekindlust – pärast lõksust väljumist nad pinnale ei tõusnud, vaid jätkasid uurimistööd veel kaks tundi.
Lisaks otsevaatlustele ja mõõtmistele allveesõidukitelt, tehti pildistamisel ja proovide kogumisel ekspeditsioonialal puurimine kuulsalt erilaevalt "Glomar Challenger".
Lõpuks viidi uurimislaeva Knorr pardal regulaarselt läbi geofüüsikalisi mõõtmisi, mis täiendasid allveesõidukite vaatlejate tööd.
Selle tulemusena tehti väikesel põhjaalal 91 km marsruudivaatlusi, tehti 23 tuhat fotot, koguti üle 2 tonni kivimiproove ja tehti üle 100 video.
Selle ekspeditsiooni (seda tuntakse kui "kuulus") teaduslikud tulemused on väga olulised. Esmakordselt ei kasutatud sukeldajaid mitte ainult veealuse maailma vaatlemiseks, vaid ka sihipäraseks geoloogiliseks uuringuks, sarnaselt geoloogide maismaal läbiviidavatele üksikasjalikele uuringutele.
Esimest korda saadi otseseid tõendeid litosfääriplaatide liikumise kohta mööda piire. Sel juhul uuriti Ameerika ja Aafrika plaatide vahelist piiri.
Määrati tsooni laius, mis paikneb liikuvate litosfääriplaatide vahel. Ootamatult selgus, et see vöönd, kus maakoor moodustab pragude süsteemi ja kus basaltlaava voolab välja põhjapinnale ehk tekib uus maakoor, on selle tsooni laius alla kilomeetri.
Väga oluline avastus tehti veealuste küngaste nõlvadel. Ühes Siana sukeldumises leiti mäenõlvalt lõhenenud lahtised killud, mis erinevad väga erinevatest basaltlaava fragmentidest. Pärast Siaana pinnale kerkimist leiti, et see oli mangaanimaak. Mangaanimaakide levikuala üksikasjalikum uuring viis põhjapinnal iidse hüdrotermilise maardla avastamiseni. Korduvad sukeldumised andsid uusi materjale, mis tõestasid, et põhjasügavusest tekkivate termaalvete tõttu on selles väikeses põhjaosas raua- ja mangaanimaagid.
Ekspeditsiooni käigus tekkis palju tehnilisi probleeme ja esines tõrkeid, kuid kahe hooaja jooksul kogutud sihipärase geoloogilise uurimistöö väärtuslik kogemus on ka selle erakordse okeanoloogilise eksperimendi oluline tulemus.
Maakoore struktuuri uurimise meetodid ookeanis erinevad mõne tunnuse poolest. Põhjareljeefi ei uurita mitte ainult kajaloodide abil, vaid ka külgskaneerimise lokaatorite ja spetsiaalsete kajaloodidega, mis annavad pildi reljeefist koha sügavusega võrdse laiusega riba sees. Need uued meetodid annavad täpsemaid tulemusi ja kujutavad topograafiat kaartidel täpsemalt.
Uurimislaevadel tehakse gravimeetrilisi uuringuid pardal asuvate gravimeetrite abil ja uuritakse magnetanomaaliaid. Need andmed võimaldavad hinnata maakoore ehitust ookeani all. Peamine uurimismeetod on seismiline sondeerimine. Veesambasse asetatakse väike lõhkelaeng ja tehakse plahvatus. Spetsiaalne vastuvõtja registreerib peegeldunud signaalide saabumisaja. Arvutused määravad maakoore paksuses toimunud plahvatusest põhjustatud pikisuunaliste lainete levimiskiiruse. Iseloomulikud kiiruse väärtused võimaldavad jagada litosfääri mitmeks erineva koostisega kihiks.
Praegu kasutatakse allikana pneumaatilisi seadmeid või elektrilahendust. Esimesel juhul eraldub vees (peaaegu koheselt) väike kogus õhku, mis on surutud spetsiaalses seadmes kokku rõhuga 250-300 atm. Madalal sügavusel paisub õhumull järsult ja see imiteerib plahvatust. Selliste plahvatuste sage kordumine, mille põhjustab seade, mida nimetatakse õhurelvadeks, annab pideva seismilise sondeerimise profiili ja seega üsna üksikasjaliku maakoore struktuuri profiili kogu kleepumise ulatuses.
Sarnaselt kasutatakse ka elektrilise sädemevahega (sädemevahega) profilograafi. Selles seismiliste seadmete versioonis on võnkumisi ergastava lahenduse võimsus tavaliselt väike ning põhjasetete konsolideerimata kihtide võimsuse ja jaotuse uurimiseks kasutatakse sädemeallikat.
Põhjasetete koostise uurimiseks ja nende proovide saamiseks kasutatakse erinevaid pinnasetorude ja põhjahaaratsite süsteeme. Maandustorud on olenevalt uuringu ülesandest erineva läbimõõduga, tavaliselt kannavad nad suurt koormust, et maksimaalselt maasse tungida, mõnikord on neil sees kolb ja alumises otsas kannavad üht või teist kontaktorit (südamiku kaitselülitit). Toru uputatakse põhjas vee ja sette sisse teatud sügavusele (kuid tavaliselt mitte rohkem kui 12-15 m) ning sel viisil ekstraheeritud südamik, mida tavaliselt nimetatakse kolonniks, tõuseb laeva tekile.
Haaratsid, mis on clamshell-tüüpi seadmed, justkui lõikavad põhjapinnase pinnakihist välja väikese monoliidi, mis toimetatakse laeva tekile. Välja on töötatud iseujuvad põhjahaardemudelid. Need võimaldavad teha ilma kaabli ja tekivintsita ning lihtsustavad oluliselt proovi võtmise meetodit. Ookeani rannikualadel madalal sügavusel kasutatakse vibrokolbtorusid. Nende abiga on võimalik saada kuni 5 m pikkuseid sambaid liivastel muldadel.
Ilmselgelt ei saa kõiki loetletud seadmeid kasutada tihendatud ja kümnete ja sadade meetrite paksuste põhjakivimite proovide (südamike) saamiseks. Need proovid saadakse tavapäraste laevale paigaldatavate puurimisseadmete abil. Suhteliselt väikese riiuli sügavuse jaoks (kuni 150-200 m) kasutatakse spetsiaalseid anumaid, mis kannavad puurimisseadet ja paigaldatakse puurimispunkti mitmele ankrule. Laeva punktis hoidmine toimub nelja ankru külge minevate kettide pinge reguleerimise teel.
Tuhandete meetrite sügavusel avaookeanis on laeva ankurdamine tehniliselt võimatu. Seetõttu on välja töötatud spetsiaalne dünaamilise positsioneerimise meetod.
Puurimislaev läheb etteantud punkti ning asukoha määramise täpsuse tagab spetsiaalne navigatsiooniseade, mis võtab vastu signaale maa tehissatelliitidelt. Seejärel paigaldatakse põhjale üsna keeruline seade, näiteks akustiline majakas. Selle majaka signaalid võtab vastu laevale paigaldatud süsteem. Pärast signaali saamist määravad spetsiaalsed elektroonilised seadmed laeva veeväljasurve ja annavad koheselt tõukuritele käsu. Soovitud propellerite rühm lülitatakse sisse ja laeva asend taastatakse. Süvapuurimislaeva tekil on puurseade koos pöörleva puurseadmega, suur torude komplekt ja spetsiaalne seade torude tõstmiseks ja kruvimiseks.
Puurimislaev "Glomar Challenger" (seni ainus) tegeleb rahvusvahelise avaookeani süvamere puurimisprojektiga. Puuritud on juba üle 600 kaevu, puurimise maksimaalne sügavus oli 1300 m. Süvamere puurimise materjalid on toonud nii palju uusi ja ootamatuid fakte, et huvi nende uurimise vastu on erakordne. Ookeanipõhja uurimisel kasutatakse palju erinevaid tehnikaid ja meetodeid ning lähiajal on oodata uusi, uusi mõõtmisprintsiipe kasutavaid meetodeid.
Kokkuvõtteks tuleks lühidalt mainida üht ülesannet ookeaniuuringute üldprogrammis – reostuse uurimist. Ookeani saasteallikad on erinevad. Ranniku ettevõtete ja linnade tööstus- ja olmeheitvee ärajuhtimine. Siinsete saasteainete koostis on äärmiselt mitmekesine: tuumatööstuse jäätmetest tänapäevaste sünteetiliste pesuaineteni. Olulist reostust tekitavad ookeanilaevade heited ning mõnikord ka katastroofilised naftareostused tankerite ja avamere naftapuuraukude õnnetustes. Ookeani saastamiseks on veel üks viis – atmosfääri kaudu. Õhuvoolud kannavad suurte vahemaade taha, näiteks pliid, mis sisenevad atmosfääri koos sisepõlemismootorite heitgaasidega. Gaasivahetuse käigus atmosfääriga satub plii vette ja seda leidub näiteks Antarktika vetes.
Reostuse määratlused on nüüd organiseeritud spetsiaalseks rahvusvaheliseks vaatlussüsteemiks. Samal ajal määratakse vastavatele laevadele süstemaatilised vaatlused vee saasteainete sisalduse kohta.
Suurim levik ookeanis on naftareostus. Selle kontrollimiseks ei kasutata mitte ainult keemilisi määramismeetodeid, vaid enamasti optilisi meetodeid. Lennukid ja helikopterid on varustatud spetsiaalsete optiliste seadmetega, mis määravad õlikilega kaetud ala piirid ja isegi kile paksuse.
Maailma ookeani olemust, piltlikult öeldes meie planeedi tohutut ökoloogilist süsteemi, pole veel piisavalt uuritud. Selle hinnangu tõestuseks on hiljutised avastused okeanoloogia erinevates valdkondades. Maailma ookeani uurimise meetodid on üsna mitmekesised. Kahtlemata rikastub teadus tulevikus uute uurimismeetodite leidmisel ja rakendamisel uute avastustega.
Kui leiate vea, tõstke esile mõni tekstiosa ja klõpsake Ctrl+Enter.
Me mäletame: Mis on maailma ookean? Millisteks osadeks see on jagatud? Millised on ookeanipõhja peamised kujundid? Kuidas muutub ookeanivee temperatuur? Millised on vee liikumise tüübid ookeanis? Milliste põhjuste mõjul tekivad merelained, tsunamid, ookeanihoovused, mõõnad ja hoovused? Millised on meretaimede ja -loomade omadused ning kuidas need ookeanis levivad? Milliseid ookeanide rikkusi inimene kasutab? Milline on inimese negatiivne mõju ookeanile? Kuidas tulla toime ookeanide vete reostusega?
Märksõnad:ekspeditsioonilaevad, triivimisjaamad, sukelaparaadid, tehissatelliidid ja kosmoselaevad.
1. Ookeani uurimine minevikus. Ookean on inimesi alati hämmastanud oma avaruste, jõu, salapäraste kaugustega. Muistsed inimesed püüdsid omal moel seletada arusaamatuid nähtusi ookeanis. Nende ettekujutuses ei tekkinud mitte looduslikud protsessid, vaid merevaimud ja seejärel jumalused. Vanade kreeklaste jaoks oli see Poseidon ja roomlaste jaoks Neptuun.
Praegu ei unusta kõigi riikide meremehed oma patrooni Neptuuni ja korraldavad tema auks puhkuse.
Kui maismaale pole veel nii palju uurimata alasid, siis ookeanisügavustes on veel palju tundmatut ja isegi salapärast. Eelkõige tutvuti sellega, mis toimub ookeani pinnal ja selle rannikualadel, madalates osades.
Esimesed ookeani uurijad olid pärlite ja merekäsnade sukeldujad. Nad sukeldusid ilma igasuguste seadmeteta ja suutsid vee all viibida vaid mõne minuti.
2. Maailmamere kaasaegne uurimine. Möödus palju aega, enne kui teadlased said endale rasked kõvad ülikonnad – skafandrid, mis olid vooliku ja kaabli abil laevaga ühendatud. XX sajandi neljakümnendatel leiutas J.I. Cousteau akvalangivarustuse. See avas tee meresügavustega tutvumiseks paljudele inimestele: arheoloogidele, geoloogidele, okeanoloogidele ja sukeldujatele (joonis 110).
Vaatamata ohtudele, mis ootavad teadlasi ookeanis, ei peatu selle uurimine.
Ookeani uurimine toimub spetsiaalsete ekspeditsioonilaevade, triivimisjaamade, tehis-Maa satelliitide ja allveesõidukite abil. Ühte neist – batüskaafi – nimetatakse veealuseks õhulaevaks (joon. 111).
Riis. 111. Batüskaaf
Trieste batüskaafil 1960. aastal laskus Šveitsi teadlane Jacques Picard koos abilisega Mariaani süvikusse umbes 10 500 m sügavusele, mõnikord paigaldatakse veealused laborimajad 10-20 meetri sügavusele.
Ookeanide ja merede uurimisel on oluline roll maa tehissatelliitidel ja kosmoselaevadel. Satelliitidelt uurivad nad näiteks merehoovusi, jälgivad Golfi hoovuse sooja hoovust, merelaineid ja jääd.
Ookeani uuritakse põhjalikult. Selgitatakse vee omadusi, liikumist erinevatel sügavustel, mereorganismide omadusi ja levikut, mõõdetakse sügavusi, võetakse põhjasetete proove ja uuritakse neid.
Kui on vaja uurida suuri ookeanialasid, ühendavad oma jõupingutused erinevate riikide teadlased. Sellistesse uuringutesse on kaasatud kümneid spetsiaalseid laevu, lennukeid, allveesõidukeid ja Maa tehissatelliite.
Uurimistöö tulemused omavad suurt tähtsust meresõidu, kalapüügi, maavarade uurimise ja kaevandamise seisukohalt.
1. Kuidas uuritakse maailmameret? 2. Millist rolli mängivad ookeanide uurimisel maa tehissatelliidid ja kosmoseaparaadid? 3. Miks on vaja ookeani uurida? 4* Kas sa tead, millal toimub Neptuuni festivali ja milline rituaal sellega kaasneb?
Maapind katab vähem kui 30% meie planeedi pinnast. Ülejäänu katavad mered ja ookeanid. Nendega on seotud kümneid saladusi ja hämmastavaid loodusnähtusi. Ja hoolimata asjaolust, et teadlased on nende nähtuste põhjuseid edukalt selgitanud, jäävad need suurepärasteks loodusteosteks, mis hämmastab inimeste kujutlusvõimet. Uurime välja 10 ebatavalist ja põnevat ookeanidega seotud nähtust.
Jäämäed ei näe alati täiesti valged välja!
Pole saladus, et ookeani vee temperatuur on erinevatel geograafilistel laiuskraadidel erinev. Ekvaatoril võib pinnakiht soojeneda kuni +28°C ja kõrgemale, pooluste lähedal - mitte üle +2°C. Seetõttu võivad suured jäämäed Arktikas ja Antarktikas hõljuda aastakümneid. Ja mõnikord muutuvad nad ... triibulisteks jäämägedeks!
Triibulised jäämäed tekivad siis, kui vesi esmalt sulab ja seejärel uuesti külmub. Sinna vahele satuvad väikesed mustuseosakesed, mineraalid jms. Pärast külmutamist on värske jäämäe kihi värvus teistest erinev. Tänu sellele protsessile võib jääploki pinnal jälgida palju mitmevärvilisi triipe. See tähendab, et kõik jäämäed pole valged ega läbipaistvad, nagu piltidel näha. Mõnel neist võime jälgida hämmastavat värvide ja varjundite mängu. Veelgi enam, mida vanem on jäämägi, seda rohkem on sellel triipe. Neid vaadates võib tunduda, et loodus ise kaunistas neid jääplokke osava käega.
9. Mullivann
Whirlpool - tohutu madalama süvisega lehter, mis imeb kõike, mis läheduses on
Sõna "keeris" näib inimesi teadlikult hoiatavat, et seda nähtust tuleks karta. Huvitaval kombel kasutas seda esmakordselt kuulus kirjanik Edgar Allan Poe. Ta kirjeldas seda kui "hävitavat voolu". Tegelikult on ookeanikeeris võimas madalama tõukejõuga lehter, mis imeb aeglaselt, kuid kindlalt endasse kõike, mis läheduses on. Neid on kolme tüüpi – püsivad (olenevad alati samas kohas), hooajalised (tekitavad teatud kliimatingimustest) ja episoodilised (esinevad näiteks maavärinate ajal).
Meredes ja ookeanides tekivad keerised kõige sagedamini mõõna- või mõõnulainete kokkupõrkest lähenevate hoovustega. Samal ajal võib vesi neis liikuda kiirusega sadu kilomeetreid tunnis.
See on huvitav: Mullivannide laius ulatub mõnikord 3-5 kilomeetrini. Selliste nähtuste ohvriks võivad saada mitte ainult väikesed jahid ja kalapaadid, vaid ka suured liinilaevad. Võib-olla mäletate šokeerivat juhtumit, kui 2011. aastal Jaapani ranniku lähedal tõmmati maavärina järel tekkinud keerisesse laev, mille pardal oli sada reisijat.
Varem uskusid inimesed legende, et keerised tõmbavad nad kindlasti ookeani põhja. Kuid teadlased on sellised müüdid ümber lükanud.
8. Punane mõõn
Suurimat punast mõõna võib täheldada Florida lahes
Küllastunud helepunaste ja oranžide toonide lained on hämmastavalt ilus loodusnähtus. Kuid punaste loodete nautimine on liiga sageli ebatervislik, sest neid ei ähvarda väike oht.
Vetikate õitsemine (mille tõttu vesi muutub helepunaseks) võib olla nii intensiivne, et taimed hakkavad tootma kõikvõimalikke toksiine ja kemikaale. Osa neist lahustub vees, osa satub õhku. Toksiinid kahjustavad vee-elustikku, merelinde ja isegi inimesi.
Planeedi suurimat punast loodet täheldatakse igal aastal Florida lahe rannikul juunis-juulis.
7. Brinicle (soolane jääpurikas)
Brinicle laotab üle mere põhja jäävõrgu, millest ükski elusolend välja ei pääse
Hämmastav looduse töö – soolane jääpurikas, on midagi kujuteldamatut. Kui brinikkel lõpuks moodustub, näeb see välja nagu vette lastud kristall. Soolased jääpurikad tekivad siis, kui jää sulavast veest imbub merre. Arvestades, et soolaste jääpurikate tekkeks on vaja väga madalat õhu- ja veetemperatuuri, võib neid täheldada vaid Arktika külmades vetes ja Antarktika ranniku lähedal.
See on huvitav: Briniklid on ookeani taimestikule ja loomastikule väga ohtlikud. Nendega kokkupuute hetkel meritähed, kalad ja isegi vetikad kas külmuvad ja külmuvad või saavad olulisi kärpeid.
Üldtunnustatud briniklite moodustumise mudelit kirjeldas okeanograaf Silje Martin juba 1974. aastal. Rohkem kui 30 aastat võisid ainult teadlased olla tunnistajaks selle erksale ookeanilisele jõudlusele. Kuid 2011. aastal jäädvustas BBC kaameramees videole merejääpurika tekke.
Jääplokist välja voolav soolase vee vool on nii külm, et seda ümbritsev vedelik külmub peaaegu silmapilkselt. Mõni sekund pärast brinikli sisenemist ookeani moodustub selle ümber poorsest jääst habras soomus. Kriitilise massi saavutamisel langeb jääpurikas põhja. Siis hakkab ta oma külmi võrke edasi harutama. Iga nendesse sattunud loom on surmale määratud. Operaatorite ees tärkas "tapjajääpurikas" 3 tunniga mitu meetrit ja jõudis ookeanipõhja. Pärast seda hävitas brinicle umbes 15 minutiga kogu mereelustiku, mis oli nelja meetri raadiuses.
6. Pikim laine Maal
Brasiillased nimetavad pikima laine moodustumise protsessi Pororocaks
Ilmastikutingimused mõjutavad ookeanivett tohutult. Pole üllatav, et mõningaid loodusnähtusi võib täheldada ainult teatud aastaajal, kui neid soodustavad mitmed tegurid.
Nii et planeedi pikimat lainet võib Brasiilias näha mitte rohkem kui 2 korda aastas. Veebruari lõpus ja seejärel märtsi alguses tõuseb Atlandi ookeanist tohutu hulk vett Amazonase jõe suudmesse. Kui jõe hoovus põrkab kokku ookeani loodete jõududega, tekib Maa pikim laine. Brasiilias nimetatakse seda nähtust Pororocaks. Selle nähtuse käigus tekkinud lainete kõrgus ulatub mõnikord 3,5-4 meetrini. Ja laine mürinat on kuulda pool tundi enne seda, kui see mürinaga kaldale kukub. Mõnikord hävitab Pororoka rannaäärseid maju või juurib puid välja.
5. Härmas lilled
Tuhanded hämmastavad härmas lilled arktilistes vetes
Vähesed inimesed teavad nende õrnade, võluvate lillede olemasolust. Härmas õisi tekib üsna harva – ainult noorel jääl külmas merevees. Nende moodustumine toimub madalal temperatuuril tuulevaikse ilmaga. Selliste moodustiste läbimõõt ei ületa tavaliselt nelja sentimeetrit, kuid need näevad välja nagu tõeliste lillede kristallkoopiad. Need sisaldavad palju soola, mis seletab härmas lillede kristalliseerunud välimust.
See on huvitav: Kui väikesel merealal moodustub miljoneid neid lilli, hakkavad nad soola õhku "eralduma"!
Meri ei saa mitte ainult luua tingimusi eluks ja seda toetada. See muutub nagu elusorganism ise. Ja härmas lilled on näide ühest kaunimast ookeanide loodud kunstiteosest.
4. Tapalained
Kelmikad tapjalained võivad ulatuda 25 meetri kõrgusele või rohkemgi. Nende moodustumise põhjused pole täpselt teada.
Reeglina ei ole laine moodustumise hetke kindlaksmääramine keeruline. Kuid on nn tapjalaineid, mis tegelikult ilmuvad eikusagilt ega näita oma lähenemise märke.
See on huvitav: Tavaliselt leitakse tapjalaineid avaookeanis maismaast kaugel. Need võivad ilmuda isegi selge ilmaga tugeva tuule puudumisel. Põhjuseid pole veel kindlaks tehtud. Nende suurus on lihtsalt kolossaalne. Rändavate tapjalainete kõrgus võib ulatuda 30 meetrini ja mõnikord rohkemgi!
Pikka aega pidasid teadlased ekslevaid laineid meremeeste väljamõeldisteks, sest need ei sobinud ühegi olemasoleva matemaatilise lainete esinemise ja käitumise mudeliga. Fakt on see, et klassikalise okeanoloogia seisukohast ei saa laine, mille kõrgus on üle 20,7 meetri, maismaatingimustes eksisteerida. Samuti puudusid usaldusväärsed tõendid nende olemasolu kohta. Kuid 1. jaanuaril 1995 registreerisid instrumendid Põhjameres asuval Norra naftaplatvormil Dropner 25,6 meetri kõrguse laine. Nad nimetasid seda Dropneri laineks. Varsti algasid uuringud projekti MaxWave raames. Spetsialistid jälgisid Maa veepinda kahe Euroopa Kosmoseagentuuri poolt teele saadetud radarsatelliidi abil. Vaid 3 nädala jooksul registreeriti ookeanides 10 üksikut üle 25 meetri kõrgust lainet.
Pärast seda olid teadlased sunnitud vaatama uue pilguga hiiglaslike laevade – konteinerlaevade ja supertankerite – hukkumise juhtumeid. Nende katastroofide tõenäoliste põhjuste hulka on arvatud võltslained. Hiljem selgus, et 1980. aastal uppus Jaapani ranniku lähedal 300-meetrine Inglise kaubalaev Derbyshire pärast kokkupõrget hiiglasliku lainega, mis murdis läbi kaubaluugi ja ujutas trümmid üle. Siis suri 44 inimest.
Tapalained on meremehe õudusunenägu, mis esineb paljudes lugudes ja legendides. Nad peidavad endas midagi salapärast ja kurjakuulutavat. Tundub uskumatu, et sellise veeseina tekkimist on peaaegu võimatu ennustada. Mõte tapjatest lainetest paneb sind kindlasti oma suhet ookeaniga ümber mõtlema. Vaevalt jääte edaspidigi uskuma, et tuulevaikse ilmaga saate oma elu pärast kartmata paadi või jahiga rannikust kaugel sõita.
3. Läänemere kohtumispunkt põhjaga
Vasakul on Põhjameri, paremal Läänemeri. Üllataval kombel ei segune nende veed.
Taani Skageni provintsis võib täheldada hämmastavat nähtust, mis varem teadlaste seas palju poleemikat tekitas. Maalilises kohas kohtuvad 2 naabermerd - Läänemeri ja Põhjameri. Üllataval kombel ei segune need justkui nähtamatu seinaga eraldatud. Iga mere vee värvus on erinev, see võimaldab teil visuaalselt kindlaks määrata nendevahelise piiri.
Okeanoloogide hinnangul on merevee tihedus erinev, nagu ka soolsus (Põhjameres on see 1,5 korda suurem). Seetõttu jääb iga meri "valakonna" omale küljele, ei segune naaberriigiga ega allu sellele. Lisaks vee koostisele on piir nii selgelt väljendunud kahe väina vastassuunaliste hoovuste tõttu. Üksteise otsa joostes moodustavad nad kokkupõrkeid laineid.
Huvitaval kombel mainitakse Põhjamere kohtumist Läänemerega religioosses kirjanduses – Koraanis. Pole selge, kuidas muistsed moslemid tänapäeva Taani territooriumile seda fantastilist vaatepilti vaatama jõudsid.
2. Bioluminestsents
Ookeani kuma rannikuvetes on fantastiline vaatepilt
Vee bioluminestsents on nähtus, mis tundub fotodel hämmastav ja tegelikkuses veelgi suurejoonelisem. Ookeani kuma on tingitud kõige lihtsamatest vetikatest – dinoflagellaatidest, mis moodustavad suurema osa planktonist.
Pisike molekul – substraat lutsiferiin – oksüdeerub lutsiferaasi ensüümi ja hapniku mõjul. Vabanev energia ei muutu soojuseks, vaid ergastab aine molekule, mis kiirgavad footoneid. Lutsiferiini tüüp määrab valguse sageduse, see tähendab sära värvi.
Ookeani sära on kõige parem jälgida üherakuliste vetikate paljunemise ajal (tavaliselt mitte rohkem kui 3 nädalat aastas). Pisikesi tulesid on nii palju, et merevesi muutub aga erksiniseks värvituna piimaks. Mere või ookeani bioluminestsentsi imetledes tuleks aga olla ettevaatlik: paljud vetikad toodavad inimese tervisele ohtlikke mürke. Seetõttu on nende paljunemise ja sära suurima intensiivsusega perioodil siiski parem kaldal olles eredat mõõna jälgida. Ja kindlasti öösel! Võib tunduda, et vee alla on peidetud tohutud prožektorid, mis valgustavad seda sügavusest.
1. Piimamere fenomen
Bioluminestsentsi fenomenist põhjustatud ookeani sära on mõnikord näha isegi kosmosest!
India ookeanis täheldatakse Piimamere fenomeni ja see on üks bioluminestsentsprotsessi ilmingutest.
See on huvitav: Teatud piirkondades ookeanis luuakse ideaalsed tingimused bakterite paljunemiseks. Siis hakkavad hõõguma tohutud kogused soolast vett ja värvitakse helesiniste tuledega. Mõnikord valgustavad bakterid nii suuri veealasid, et neid on hästi näha isegi kosmosest. Selline vaatemäng ei jäta kedagi ükskõikseks!
Seda nähtust on täheldatud üle sajandi. Vee kuma nägid meremehed iidsetel aegadel sageli, see pani neid entusiastlikult ookeani sügavustesse piiluma. Kui aga varem inimesed sellele nähtusele seletust ei leidnud, siis meie ajal teatakse selle olemusest kõike. Kuid see ei takista vee sära olemast fantastiline vaatepilt.
Sellised nähtused näitavad kogu majesteetlike ookeanide ilu ja mitmekesisust. Neid vaadates tabad end tahes-tahtmata mõttelt, et inimtsivilisatsioon, ükskõik kui arenenud ta ka poleks, ei suuda midagi sellist luua! Lõppude lõpuks on inimesed sellel hämmastaval planeedil ainult ajutised külalised. Ja me ei tohi hävitada, vaid säilitada kogu looduse hiilgust tulevastele põlvedele.