Какие способы погружения в океаны. Как не потонуть в океане или секреты безопасного плавания

Главная

Краткие содержания

Стремление постичь неизведанное всегда вдохновляло человечество в его извечной борьбе с природой. И, пожалуй, одной из самых сильных страстей было стремление человека побывать там, где дотоле еще не ступала его нога.
Теперь, после покорения Антарктиды, в открытии и изучении которой ведущая роль принадлежит русским людям, на суше не осталось обширных «белых пятен». Человек из края в край пересек пустыни, тропические леса и болота, забрался на вершины величайших гор. И уже во многих из труднейших для освоения местах появились поселения пионеров. На карте земного шара остались лишь отдельные «белые пятнышки», еще не исследованные людьми, не по причине их особой недоступности, а главным образом потому, что они не представляли какого-либо интереса.
Человек уже не ограничивается исследованием поверхности земного шара, которую он знает сравнительно хорошо. Начаты активные исследования космоса. Недалек день, когда по пути, проложенному Ю. Гагариным, исследователи устремятся к другим планетам. На очереди осуществление проектов проникновения в недра земли и океана.
Мы хотим рассказать о завоевании человеком глубин океана. Мы не будем здесь упоминать о погружениях водолазов или ныряльщиков с аквалангом, хотя аквалангисты, такие, например, как Жак Кусто и его товарищи, многое сделали в исследованиях океана, правда, только в верхнем его слое, в 100-200 м. Это хотя и внушительные цифры, но они не превышают средней глубины «материковой отмели» - подводного продолжения материков, за которой следует резкий уклон дна к большим глубинам океана. В самое последнее время появились сообщения о достижении в акваланге глубины 250 м. Дыхание при этом погружении обеспечивалось специальной газовой смесью, состав которой держится в секрете.
Погружение на глубины в сотни и тысячи метров стало возможным благодаря применению прочных стальных цилиндров и сфер (шаров), выдерживающих огромные давления.
Первым исследователем, сконструировавшим глубоководную камеру (гидростат) и достигшим в ней больших глубин, был американский инженер Ганс Гартман. В 1911 г. в Средиземном море к востоку от Гибралтарского пролива он опускался в ней на глубину 458 м. Камера, рассчитанная на одного человека, опускалась с судна на стальном тросе. Она имела автоматический кислородный прибор, приспособление для поглощения углекислоты и электроосвещение (батареи в 12 в, помещенные внутри камеры). Для наблюдений в стенке гидростата был сделан иллюминатор. Сконструированная Гартманом специальная оптическая система позволяла производить фотографирование на расстоянии до 38 м, т. е. в пределах видимости человеческим глазом в прозрачной воде. Телефона для связи с судном в гидростате не было.
Аппарат Гартмана был довольно примитивным. Прежде всего не совсем удачной была сама цилиндрическая форма камеры; более выгодна, хотя и менее удобна для размещения экипажа сферическая форма. То, что погружение не окончилось трагически - дело случая. Вот что пишет Гартман о своем погружении: «Когда была достигнута большая глубина, как-то сразу возникла мысль об опасности, о ненадежности аппарата. На это указывал перемежающийся треск внутри камеры, похожий на пистолетные выстрелы. Мысль о том, что нет средств сообщить наверх и нет возможности дать тревожный сигнал, приводила в ужас. В это время давление было 735 фунтов на квадратный дюйм (52 кг/см2) поверхности аппарата. Не менее ужасна была мысль о возможности обрыва подъемного троса или о его запутывании. Стены камеры снова покрылись влагой, как это бывало и в предварительных опытах. Неизвестно, было ли это только отпотевание или вода ужасным давлением вгонялась через поры аппарата».
Более удачным оказался гидростат советского инженера Г. И. Даниленко, построенный ЭПРОНом в 1923 г. При помощи этого аппарата ЭПРОНом был найден английский военный корабль «Черный принц», затонувший в Балаклавской бухте в Черном море. По слухам, на нем находилось на 2 млн. фунтов стерлингов золотых монет, которые предназначались для выплаты жалования английским солдатам, участвовавшим в Крымской войне против России. «Черного принца» нашли, но золота на нем не оказалось. Позже выяснилбсь, что золото заблаговременно было сгружено в Константинополе.
С помощью этого же гидростата в 1931 г. в Финском заливе Балтийского моря была найдена канонерская лодка «Русалка», затонувшая в 1893 г. при переходе из Таллина в Хельсинки.
Дальнейшее усовершенствование глубоководного аппарата было осуществлено американцами в 1925 г. Новая камера представляла собою двухстенный стальной цилиндр с внутренним диаметром в 75 см. В ней могли разместиться 2 человека, один над другим. Под камерой находился удерживаемый электромагнитами балласт, который в случае надобности мог быть сброшен, после чего камера могла всплывать. Снаружи камера имела три пропеллера для вращения (вокруг вертикальной оси) и наклона ее в воде с целью удобства осмотра дна. Имелось приспособление для захвата морских организмов. Аппарат был снабжен телефоном, приборами для определения глубины (манометрами), компасом, электрическими грелками, хронометром, фотоаппаратурой, термометрами для измерения температуры воды и электроосвещением. Хотя камера была рассчитана на опускание до глубины одного километра, ее главным назначением было не достижение больших глубин, а исследование затопленных в Средиземном море древних городов - Карфагена и Позиллипо и отыскание затонувших кораблей.
В дальнейшем, с целью подъема затонувших судов, в конструкцию глубоководных камер были внесены новые усовершенствования: аппараты снабжались приспособлениями для просверливания отверстий в бортах судов, рычагами для закладывания подъемных крюков, новыми кислородными и воздухоочистительными приборами. Аппарат имел возможность небольших самостоятельных перемещений по дну. В таких гидростатах два человека могли находиться под водой в течение 4 часов.
Большинство из этих усовершенствований использованы Отисом Бартоном и Вильямом Бибом при создании нового глубоководного аппарата, названного ими батисферой (бати - глубоко, сфера - шар).
Идея создания батисферы относится к 1927-1928 гг., когда В. Биб - руководитель Отдела тропических исследований Нью-Йоркского зоологического общества, начал разрабатывать проекты глубоководных аппаратов для исследования жизни на больших глубинах океанов и морей. При этом необходимо было обеспечить огромную прочность аппарата, надежность приспособлений для нормального дыхания и безопасность спуска и подъема. Следовало использовать весь накопленный опыт глубоководных погружений и учесть все выгоды и недостатки сферической формы.
В 1929 г. Д. Бартон и В. Биб построили свою батисферу-стальной шар диаметром в 144 см с толщиной стенок 3,2 см и общим весом 2430 кг.
В 1930 г. они опустились в батисфере на глубину 240 м в Атлантическом океане у Бермудских островов, в 7-8 милях к югу от острова Нонсэч. Предварительно производились пробные спуски без экипажа. Несколько позднее они достигли в этом же районе глубины 435 м. После первых погружений Бартон подарил батисферу Нью-Йоркскому зоологическому обществу. И на ней в последующие годы было сделано еще несколько глубоководных погружений с наблюдателями и без них.
После ряда дальнейших усовершенствований батисферы 15 августа 1934 г. Биб и Бартон совершили свое известное погружение на глубину 923 м. Батисфера была снабжена телефоном и мощным прожектором в 1500 в. Трос, на котором опускали в море батисферу, имел длину только 1067 м, что и лимитировало глубину погружения.
Несмотря на тщательную подготовку и придирчивую проверку готовности аппарата и троса, опускание все же было сопряжено с известным риском. Дело в том, что при волнении возникают дополнительные динамические напряжения, кроме того, на тросе даже при слабом волнении могут появиться петли, которые при затягивании образуют так называемые «колышки», т. е. резкие искривления троса с надломом или обрывом отдельных его прядей. Достаточно много беспокойства доставила исследователям неуверенность в надежности соединения кварцевых иллюминаторов со стальной камерой и качество герметизации входной дверцы батисферы. Однажды при мелководном пробном погружении с людьми (это было 6.VIII. 1934 г.) вместо десяти гаек завинтили только четыре, считая, что при таком коротком и неглубоком погружении этого вполне достаточно. Но уже на глубине 1,2 м в кабину стала быстро проникать вода, уровень которой вскоре достиг 25 см. Биб потребовал по телефону немедленного подъема и стал после этого более внимательным и даже придирчивым при осмотре аппарата перед очередным погружением.
Другой случай грозил более серьезными неприятностями. Как-то Биб и Бартон решили заменить стальную пластинку в пазу иллюминатора кварцем и провести пробный спуск без людей на большую глубину. Когда батисферу после погружения подняли на поверхность, из батисферы у края иллюминатора под большим напором вырывалась тонкая струя воды. Заглянув в иллюминатор, Биб увидел, что почти вся камера была заполнена водою, а поверхность воды была покрыта какой-то странной рябью. «Я начал отвинчивать центральный болт люка,- пишет В. Биб.- После первых же поворотов послышался странный высокий певучий звук. Затем вырвался тончайший туман. Звук повторился снова и снова, давая мне время и возможность понять то, что я видел через иллюминатор батисферы: содержимое батисферы было под ужасающим давлением. Я очистил палубу перед люком от людей. Кинематографическая камера была помещена на верхней палубе, а вторая рядом, сбоку батисферы. Осторожно, понемногу, обдаваемые брызгами, двое из нас поворачивали медные болты. Я прислушивался, как постепенно высокий музыкальный тон нетерпеливой скованной стихии становился все ниже и ниже. Понимая, что может произойти, мы отклонились насколько было возможно назад от прямой линии «огня».
Внезапно, без малейшего предупреждения, болт был вырван из наших рук, и масса тяжелого металла пронеслась по палубе, как снаряд из орудия. Траектория была почти прямая, и медный болт врезался в стальную лебедку, находившуюся метрах в десяти, вырвав из нее полудюймовый кусок. За болтом последовала могучая плотная струя воды, которая быстро ослабевала и вырвалась водопадом из отверстия батисферы. Воздух смешивался с водой и производил впечатление горячего пара, а не сжатого воздуха, прошедшего через ледяную воду. Если бы я был на пути этого фонтана, я бы, конечно, был обезглавлен. Таким образом,- продолжает Биб,- я убедился в возможных результатах проникновения воды внутрь батисферы на глубине 2000 футов. В ледяной черноте мы были бы раздавлены и превращены в бесформенную массу такими легковесными веществами, как воздух и вода».
В данном случае авария произошла от дефекта прокладки в пазу иллюминатора. И что бы ни говорили об относительной безопасности спусков на большие глубины, это было, особенно на заре эпохи глубоководных погружений, сопряжено с большим риском. Пионеры погружений по праву могут называться смельчаками и героями.
Вильям Биб, будучи зоологом, естественно интересовался прежде всего жизнью на больших глубинах. Он сделал много интересных наблюдений над поведением животных в их естественной среде, обнаружил несколько новых видов глубоководных рыб.
«При погружении,- замечает ученый,- переживается целая гамма эмоций; первая связана с первыми признаками глубоководной жизни, что происходит на глубине 200 м и словно закрывает дверь за верхним миром. Зеленый цвет, цвет растений давно исчез из нашего нового космоса, точно так же, как и сами растения остались позади, далеко наверху».
Вот рассказы о двух погружениях, проделанных Вильямом Бибом у Бермудских островов 11 и 15 августа 1934 г. на глубинах 760 и 923 м.
11 августа. Глубина 250 м. Батисфера проходит через рой маленьких существ в виде червей с формой тел, удивительно напоминающей торпеду (щетинкочелюстные). Эти «торпеды» время от времени атаковывались небольшими рыбами. На глубине 320 м появились целые стаи моллюсков. Среди них иногда проплывали большие рыбы, казавшиеся гигантами, до 1 1/2 м длиной.
Погрузившись еще на 10 м ниже, Биб увидел значительно больше представителей морской фауны и по количеству экземпляров, и по разнообразию видов, чем предполагал. Здесь были медузы, рыбы-топорики, угри, масса креветок, которые имели интересный защитный рефлекс: они время от времени «взрывались», т. е. выбрасывали облако светящейся жидкости, чтобы ослепить врага. С увеличением глубины не замечалось обеднения жизни, наоборот, каждые следующие десятки метров приводили к неожиданным открытиям. На глубине 360 м в луче прожектора появились четыре струйных удлиненных рыбы, очень похожие на стрелы, видовую принадлежность которых Биб не смог определить. На смену им из мрака выплыла вовсе неизвестная науке рыба, 60 см длиною, с маленькими глазами и большой пастью.
На глубине 610 м ученый видел какое-то огромное тело неясных очертаний, которое снова промелькнуло вдалеке при обратном подъеме.
На 760 м (ниже в этот раз Биб не спускался), где батисфера задержалась на полчаса, Биб каждые 5 секунд передавал по телефону на палубу «Реди» (судно, с которого спускалась батисфера) о новых впечатлениях. Мимо иллюминатора проплывали меднобокие саблеротые рыбы, рыба-скелет, плоская рыба, похожая на луну-рыбу, 4 передвигающиеся вертикально рыбы с удлиненными и заостренными челюстями неизвестного рода и семейства. Наконец, появился еще один «незнакомец», названный В. Бибом «трехзвездным удильщиком», на концах каждого из трех длинных щупальцев которого имелся световой орган, испускавший довольно сильный бледно-желтый свет.
При подъеме Биб увидел изумительной красоты рыбу,- названную им пятилинейной рыбой-созвездием. Это была небольщая, примерно, 15 см длиною, почти круглая рыба. По бокам ее шли пять линий света - одна осевая «экваториальная» и по две изогнутых линии над и под ней, состоящих из ряда небольших пятен, испускающих бледно-желтый свет. Вокруг каждого пятна светилось небольшое пурпурного цвета кольцо.
Погружение 15 августа принесло много интересных находок и ярких впечатлений. На глубине 600 м повстречались большие, до 2 м, рыбы, со светящимися зубами, несущие свои собственные сигнальные огни на концах длинных стеблей, расположенных один под нижней челюстью, а другой у хвоста. Рыбы были разукрашены огнями, как океанский пароход. А потом к батисфере приблизилась гигантская рыба, которую Биб опять не сумел определить, не менее 6 м в длину. По-видимому, это был небольшой кит или китовая акула.
Помимо множества зоологических открытий и массы уникальных биологических наблюдений эти глубоководные погружения американских исследователей внесли существенный вклад и в физическую океанографию - науку о физических явлениях и процессах, протекающих в толще океана. Наиболее интересными были наблюдения над условиями освещенности на разных глубинах. Вот запись В. Биба, сделанная им при погружении на 760 л.
Спуск:
«Глубина 6 м. Лучи света похожи на лучи, проникающие сквозь окна церкви. При взгляде вверх я еще вижу конец кормы «Реди».
79 м - цвет быстро становится голубовато-зеленым.
183 м - вода - глубокая синева.
189 м - вода - темная, сочная синева.
290 м - вода черно-синего, мутного цвета.
610 м - полная, черная, как смоль, темнота.
Подъем:
527 м - становится определенно светлее. Немного вижу простым глазом.
518 м - могу сосчитать пальцы, приложив их к окну.
488 м - цвет воды - холодный бесцветный свет, который медленно усиливается.
305 м - цвет воды - серо-синий, самый бледный синий.
213 м - цвет воды приятный, сочный, стальной, голубой.
180 м - вода - красивого синего цвета, кажется, что можно свободно читать, но я вообще ничего не вижу».
Через 15 лет, 16 августа 1949 г. Д. Бартон спустился в батисфере недалеко от Лос-Анжелоса, на глубину 1372 м. Его шар весил 3170 кг, имел в диаметре 146 см и висел на тросе толщиною 12 мм.
При этом погружении Бартона постиг целый ряд неудач: куртка Бартона попала в прибор для регенерации воздуха и нарушила его работу, «что-то» легло на прожектор и его нельзя было повернуть, среднее окно было «чем-то непонятным» заслонено. Во время погружения, когда батисфера уже достигла значительной глубины, испортилось освещение. Когда на 1000 метрах Бартона спросили опускать ли его дальше, он ответил: «Вообще говоря, уже довольно. Я чувствую легкий приступ морской болезни. Опустите меня еще на 350 м». Бартон пробыл под водою два часа девятнадцать минут, при этом подъем занял 51 минуту.
Батисферы и гидростаты, хотя и имели ряд недостатков, но принесли много пользы в изучении морских глубин. У нас, в Советском Союзе, также велась работа по конструированию аппаратов для погружения в морские глубины. В 1936-1937 гг. во Всесоюзном научно-исследовательском институте рыбного хозяйства и океанографии (ВНИРО) инженерами Нелидовым, Михайловым и Кюнстлером была сконструирована батисфера для проведения океанографических и ихтиологических работ. Она состояла из двух стальных полусфер, скрепленных болтами. По проекту максимальная глубина, на которую была рассчитана камера - 600 м. Давление воды по мере погружения обеспечивало самоуплотнение полусфер в месте их соединения. Помимо входного люка, в батисфере ВНИРО имелись два иллюминатора, расположенные в верхней и нижней полусферах. Внизу находились стабилизаторы, препятствующие вращению на тросе. В батисфере (диаметр 175 см) мог поместиться только один человек. В 1944 г. по проекту инженера А. 3. Каплановского был построен гидростат ГКС-6, также рассчитанный на одного человека. Хотя по замыслу гидростат предназначался главным образом для аварийно-спасательных работ, он использовался Полярным научно-исследовательским институтом рыбного хозяйства и океанографии (ПИНРО) и для научных исследований. Менее чем за один год (с сентября 1953 по июль 1954 г.) в нем было совершено 82 погружения на глубину до 70 м. Гидростат позволил решить ряд задач, имеющих практическое значение: было исследовано поведение рыб в их естественной среде, наблюдалась работа трала и ряд других.
Опыт работы с гидростатом ГКС-6 был использован Гипрорыбфлотом при проектировании (1959 г.) нового гидростата, рассчитанного на погружение до 600 м и снабженного прожектором, кино- и фотоаппаратурой, компасом, глубомером и другими приборами и приспособлениями.
В последние годы в ряде стран было изготовлено еще несколько гидростатов и батисфер. Так, в Японии в 1951 г. был построен гидростат «Куро-сио». По техническому оснащению он превосходит другие аналогичные аппараты. Гидростат «Куро-сио» снабжен несколькими электродвигателями. Один из них приводит в действие гребной винт, другой - гирокомпас, третий - вентилятор для очистки воздуха в кабине, четвертый - устройство для взятия проб грунта. На гидростате имеются два прожектора, один установлен сверху таким образом, что может поворачиваться, меняя направление луча света; второй, расположенный внизу, позволяет рассматривать дно под аппаратом. В камере установлены телефон, фото-и киноаппаратура, глубомер, креномер. «Куро-сио» рассчитан на двух человек, но в нем могут разместиться и 4. Вес его 3380 кг, диаметр 148 см, высота 158 см, толщина боковых стенок 14 мм. Основной недостаток гидростата «Куро-сио» - малая глубина его погружения, всего 200 м.
В Италии инженер Галеацци сконструировал новый гидростат, вступивший в строй в 1957 г. Особенностью его конструкции является концевой груз, препятствующий аппарату врезаться в грунт при достижении дна. Этот груз в случае аварии легко может быть отделен, и гидростат всплывает. Два ряда иллюминаторов развернуты под углом друг к другу так, что почти все пространство вокруг просматривается. Электротелефонный кабель вмонтирован в несущий трос, служащий для подвески аппарата. Гидростат Галеацци рассчитан на одного человека.
Из гидростатов, построенных в последнее время, заслуживает внимания гидростат, сконструированный во Франции и переданный научно-исследовательскому судну «Калипсо». Он используется при одновременной работе аквалангистов, что существенно повышает эффективность работы. Ведь гидростат почти не управляемый снаряд, и наличие свободно перемещающегося человека вне гидростата в какой-то мере компенсирует этот недостаток.
Полная зависимость батисферы и гидростата от корабля, с которого они погружаются, вечная угроза потопления аппарата вместе с людьми, необходимость опускать с ними кабель заставили исследователей искать принципиально новые решения вопроса о глубоководных погружениях. Эта проблема была решена швейцарским ученым Августом (Огюстом) Пикаром.
Пикар, еще будучи молодым человеком, прочитал сообщение о глубоководных исследованиях экспедиции Карла Хуна, проведенных с борта «Вальдивии». Светящиеся рыбы, новые виды животных, обнаруженные этой экспедицией, и другие открытия пробудили у него интерес к изучению моря. По окончании технического факультета Высшего училища в Цюрихе Пикар стал руководителем Академического союза воздухоплавания. Субсидируемый Бельгийским национальным фондом научных исследований, он построил стратостат FNRS-1, на котором в 1931 г. достиг рекордной высоты 17000 м. Несколько лет спустя он выступил с проектом создания глубоководного снаряда - батискафа, не связанного с поверхностью моря и кораблем, способного маневрировать, т. е. принципиально отличного от батисферы Биба-Бартона.
Если батисферу можно сравнить с аэростатом, т. е. с привязанным воздушным шаром, то аналогом батискафа нужно считать дирижабль.
Принцип устройства батискафа прост. Воздушный шар поднимается потому, что он легче, чем вытесняемый им воздух. Для погружения под воду надо создать аппарат, который был бы с балластом тяжелее воды и потому тонул, а без балласта - легче воды и всплывал. Пикар достиг этого, взяв в большие танки (цистерны) бензин, удельный вес которого на 25-30% меньше удельного веса воды и потому сообщающий аппарату положительную плавучесть (для всплытия). Начатому строительству батискафа помешала война, и оно было возобновлено только в 1945 г.
В сентябре 1948 г. батискаф, построенный по проекту Пикара, был готов. Его назвали FNRS-2 в честь Бельгийского национального фонда научных исследований (Fonds National de la Recherche Scientifigue), субсидировавшего строительство аппарата.
Батискаф состоял из стальной сферической кабины (батисферы) диаметром в 218 см, с толщиной стенок 9 см и корпуса, содержащего 6 тонкостенных стальных баков, заполненных бензином.
Для перемещения батискафа в воде в горизонтальном направлении по обеим сторонам кабины были укреплены два мотора, приводящие в движение винты. Подвешенная внизу камеры цепь (гайдроп) весом 140 кг останавливала аппарат при касании ею грунта и удерживала его в 1 м от дна. Батискаф мог пройти под водою около 10 морских миль (18,5 км) со скоростью в 1 узел (1,85 км/час).
Балластом служили железные чушки, удерживаемые электромагнитами. Кабина батискафа до предела заполнена приборами управления и аппаратами для наблюдений. Здесь киноаппарат для автоматической съемки под водой, пульт управления прожекторами, электромагнитами и механическими клешнями, с помощью которых экипаж мог захватить предметы, находящиеся поблизости от батискафа, кислородные и воздухоочистительные приборы, обеспечивающие пребывание в кабине 2 человек в течение 24 часов, и многое другое оборудование, включая и счетчики Гейгера для регистрации космического и радиоактивного излучения.
Ученые опасались нападения на батискаф глубоководных гигантских кальмаров, вступающих в единоборство даже с китами. Для борьбы с ними сконструировали специальные пушки. Аппарат был вооружен 7 такими пушками, которые заряжали гарпунами около метра длиною и выстреливали с помощью пневматического «заряда». Ударная сила этих пушек возрастала с глубиной по мере увеличения давления. У поверхности пушки не могли употребляться из-за малой ударной силы, но уже на глубине около километра гарпун мог пробить дубовую доску толщиной в 7,5 см на расстоянии 5 м.
Для усиления разящего действия к концу гарпуна через гарпунный трос был подведен электрический ток, а в наконечник гарпуна закладывался стрихнин.
Осложняло эксплуатацию то, что экипаж батискафа после всплытия его на поверхность не мог самостоятельно выйти из герметичной кабины. Для этого аппарат поднимали на борт судна, обеспечивающего погружение, и там открывали люк кабины. Вот почему было чрезвычайно важно своевременно обнаруживать и поднимать батискаф, иначе запертые в нем люди задохнулись бы от недостатка воздуха. Для облегчения поисков его после всплытия на корпусе аппарата имелась радиолокационная мачта - отражатель, а на обеспечивающих судах «Эль-Монье» и фрегатах, кроме радиолокаторов, устанавливали ультразвуковые локаторы, позволяющие следить за положением батискафа в процессе подводного плавания.
1 октября 1948 г. батискаф FNRS-2 был доставлен для практических испытаний на бельгийском пароходе «Скалдис» к Дакару (западное побережье Африки), где находился пароход «Эль-Монье» с группой французских аквалангистов (Кусто, Дюма, Тайе), в задачу которой входило обслуживание батискафа при подготовке к погружению и при подъеме на борт «Скалдиса». Испытания проводили в заливе у острова Боавишта архипелага Зеленого мыса.
Начало было не совсем удачным, спуск батискафа на воду продолжался пять дней. Но, наконец, все препятствия были преодолены, и 26 ноября 1948 г. при полном штиле состоялось пробное погружение. Батискаф пробыл под водой 16 минут. В первом погружении участвовали Пикар и Мрно.
Через несколько дней у острова Сантьяго осуществили второе, уже глубоководное, погружение, без пассажиров. Глубина океана в месте погружения достигала 1780 м. Погружение прошло благополучно, если не считать, что исчез алюминиевый радиолокационный отражатель, а несколько тонких листов оболочки корпуса вздулись и помялись. Аппарат пробыл под водой полчаса и достиг глубины 1400 м.
Не совсем удачным был подъем батискафа на борт судна. Поднялось волнение, аппарат сильно качало, и аквалангисты никак не могли подсоединить шланги для откачки бензина. Пришлось продувать бензиновые танки сжатой углекислотой. Облака бензиновых паров покрыли и батискаф и «Скалдис» и, в конце концов, разъели краску аппарата. Кроме того, из-за волнения во время подъема корпус батискафа был изрядно помят, а один из моторов сорван вместе с винтом.
Испытания показали, что батискаф вполне пригоден для глубоководных погружений, но совершенно не приспособлен для поднятия его из воды на борт судна или для длительной буксировки. Он оказался валким и неустойчивым на волне, а корпус его очень хрупким. Обнаружились недостатки ив системе закрепления и сбрасывания балласта. Выявилась необходимость обеспечить возможность выхода экипажа из камеры на палубу корпуса батискафа сразу же после всплытия на поверхность.
Для переустройства батискаф был направлен обратно в Тулон. В 1952 г. Огюст Пикар получил из Триеста приглашение принять участие в качестве ведущего физика и инженера в постройке нового итальянского подводного корабля. Строительство судна шло быстро (III-1952 - VII-1953), и летом 1953 г. новый батискаф, названный в честь города, где он был построен, «Триестом», был готов. Из Триеста его доставили на верфь Кастеллам-маре, блчиз Неаполя, в район, удобный для глубоководных погружений, так как здесь большие глубины подходят близко к берегу.
1 августа 1953 г. «Триест» был спущен на воду. За 1953 г. новый батискаф совершил 7 погружений, из которых 4 были мелководными, а 3 глубоководными:
до глубины 1080 м - 26.VI.II к югу от острова Капри,
3150 м - 30.IX к югу от острова Понза,
650 м - 2.X к югу от острова Ишия.
Все эти погружения носили испытательный характер. Пилотировали батискаф Огюст Пикар и его сын Жак. Несколько лет спустя в этом батискафе человек впервые достиг предельной глубины океана {около 11 км) в одной из самых глубоководных впадин - Марианской впадине. Вот почему мы хотим о «Триесте» рассказать более подробно.
Одновременно с «Триестом» строился батискаф FNRS-3. Конструктивно - они родные братья, и в настоящее время представляют собою наиболее совершенные глубоководные снаряды. Приведем их схематическое описание для того, чтобы показать хотя бы в самых общих чертах трудности, которые пришлось преодолеть создателям этих батискафов.
В основу конструкции положена принципиальная схема Пикара, осуществленная им ранее в виде батискафа FNRS-2. Батисфера (герметичная сферическая камера для экипажа) была использована от батискафа FNRS-2.
Внутри батискафа достаточно удобно могут разместиться два человека. Один из них пилотирует батискаф, и его внимание целиком сосредоточено на управлении. Задача второго - производить наблюдения, однако, и он также участвует в управлении; ведет визуальные наблюдения, предупреждая тем самым о приближении ко дну или другим препятствиям. В его же ведении находится фотоаппаратура, осветительные устройства, гидроакустический локатор, регистратор глубины погружения, эхолот.
Камера плавучести сварена из тонких стальных листов и состоит из 6 изолированных отсеков. Общая емкость камеры около 110 000 л. Заполняется она 74 т легкого бензина, плотностью 0,70, что обеспечивает свыше 30 т плавучести. На дне камеры имеются отверстия. При погружении бензин сжимается высоким давлением, но так как вода через эти отверстия свободно проникает внутрь, компенсируя это сжатие, то деформации корпуса камеры не происходит. Наличие отверстий не приводит к ощутимой утечке бензина, так как он (как более легкое вещество) заполняет верхнюю часть камеры. Вода, прошедшая внутрь корпуса, естественно, будет только снизу. При подъеме будет происходить расширение бензина, и через отверстия, расположенные в нижней части камеры, в первую очередь будет вытесняться проникшая при погружении вода.
Для придания устойчивости судну вдоль всего корпуса камеры поставлены бортовые кили. Сверху на камеру плавучести наложена палуба, усиливающая жесткость конструкции и несущая в центральной части рубку, ограждающую вход в вертикальную шахту-шлюз, соединяющую палубу с батисферой.
Эта вертикальная шахта - узел больших конструктивных и эксплуатационных трудностей. Необходимость ее обусловлена тем, что шахта - единственный путь экипажа в батисферу и из нее. Расположить батисферу на уровне палубы и тем самым избавиться от вертикальной шахты в данном случае невозможно. Во-первых, потому, что наблюдатели не имели бы возможности смотреть вниз и видеть дно, т. е. были бы лишены наиболее важного направления обзора, во-вторых, перемещение наиболее тяжелой части конструкции привело бы к потере устойчивости судна. Поэтому шахта неизбежна.
Отсюда возникает ряд осложнений. Сделать шахту герметичной для предельных давлений, на которые рассчитан батискаф, крайне невыгодна, так как вес конструкции возрастет при этом в 2-3 раза. Следовательно, шахта при погружении должна заполняться водой. Но для выхода экипажа из камеры при всплытии на поверхность шахту надо освобождать от воды. Тут нужен запас сжатого воздуха и устройство, которое позволило бы в нужный момент продуть шахту. В батискафе FNRS-2 экипаж без помощи извне не мог покинуть батисферы. Этот недостаток в FNRS-3 был устранен. Однако конструкция батискафа, как видим, отнюдь не упростилась. На палубе размещены также силовое оборудование и ряд вспомогательных устройств. Обращает на себя внимание то, что движитель (винты) батискафа расположен в носовой части близко к центру последнего. Конечно, такое расположение не лучшее с точки зрения эффективности работы винтов судна. Продиктовано оно скорее всего стремлением уменьшить расстояние от источника энергии до электромотора и от мотора до винтов.
Безопасность в процессе погружения обеспечивается гайдропом, гидроакустическим локатором (эхолот), мощными прожекторами, специальным прибором, определяющим скорость погружения и дающим возможность регулировать эту скорость.
Безопасность всплытия батискафа весьма тщательно продумана. Имеется ряд независимых друг от друга систем, каждая из которых дает возможность батискафу подняться из глубин: 1) сбрасывание гайдропа весом 150 кг; 2) сбрасывание батарей весом около 600 кг; 3) сбрасывание расходного балласта (свинцовая дробь), запас которого в начале погружения составляет около 8 т; 4) сбрасывание 2 т аварийного запаса балласта; 5) продувка вертикальной шахты, что создает дополнительную плавучесть батискафа.
Кроме того, если по тем или иным причинам ни один из членов экипажа не будет в состоянии привести в действие приборы, управляющие всплытием, специальный часовой механизм в назначенное время выключит электромагниты, удерживающие балласт, и батискаф всплывет.
Управление всеми перечисленными системами электрическое. Но предусмотрена возможность порчи электропитания систем или обрыва проводов. В этом случае аварийный балласт сбрасывается автоматически.
Для предупреждения возможности случайных столкновений с дном и другими препятствиями имеется тяжелый гайдроп, вес которого рассчитан так, что погружение батискафа прекратится и он остановится на расстоянии от 1 до 3 м от дна. Приближение ко дну может быть замечено наблюдателем визуально. Для этого иллюминатор расположен соответствующим образом и прожекторы обращены вниз. Раньше, чем гайдроп коснется грунта, и до того как наблюдатель увидит дно, эхолот сообщит расстояние до дна. Другой, аналогичный эхолоту акустический прибор, измеряет расстояние до поверхности; это же измерение дублируется еще одним прибором - глубомером.
Кроме эхолотов, измеряющих вертикальные расстояния, батискаф снабжен еще одним акустическим прибором-гидролокатором, позволяющим измерить расстояние и определить направление до какого-либо предмета, появившегося перед движущимся под водою батискафом.
Скорость погружения или всплытия определяется вертикальным спидометром. Изоляция внешней электрической цепи и герметизация осветительных и других электрических наружных приборов - проблема технически сложная. Для освещения глубин установлены 5 прожекторов. Носовой и кормовой предназначены главным образом для обеспечения безопасности от столкновения при подводном плавании батискафа. Для научных наблюдений и для фотографирования и киносъемки служат три (двухтысячеваттные) прожектора, установленные вблизи иллюминатора. Кроме обычных прожекторов, установлена электрическая лампа-вспышка, работа которой синхронизирована с затвором фотоаппарата. Внутреннее освещение батисферы имеет свое питание от двух независимых цепей. Горизонтальное перемещение батискафа осуществляют два реверсивных винта, вращение которых производится электромоторами. Естественно, что подводный «дирижабль» не развивает большой скорости. Он способен перемещаться в горизонтальном направлении со скоростью всего около 1-го узла (1,5-2 км/час).
Подготовка батискафа к погружению начинается в порту, по возможности близко расположенному к месту погружения. До спуска на воду производят проверку действия всех механизмов управления.
Аппарат специальным такелажем крепят в стреле крана и опускают на воду. Затем, после спуска на воду, начинают заполнять 6 отсеков камеры плавучести бензином. Заполнять их должны одновременно, чтобы не возникали перегрузки стенок отсеков. До тех пор пока шахта-шлюз не заполнена водой, батискаф сохраняет плавучесть.
Для погружения выбирают день с тихой погодой; это, конечно, сильно ограничивает работу. Нежный корпус камеры плавучести нельзя подвергать ударам даже небольших волн.
Полностью подготовленный к работе батискаф буксируют к месту погружения. Здесь его еще раз осматривают аквалангисты. Экипаж занимает свои места. Устанавливается связь по радио с сопровождающим кораблем, действующая до погружения аппарата. Погружение начинается с заполнения шахты-шлюза водой. Приняв около четырех тонн воды, батискаф начинает погружаться. По мере движения вниз скорость погружения уменьшается, так как плотность воды внизу возрастает за счет уменьшения температуры и увеличения солености. Увеличение плотности морской воды вследствие возрастающего давления на скорости погружения батискафа не сказывается, так как почти точно на такую же величину возрастает и плотность бензина. Влияние падения температуры с течением времени уменьшается, в связи с постепенным охлаждением бензина в камере плавучести и увеличением его плотности.
Увеличение солености с глубиной, а также уменьшение температуры (охлаждение бензина в камере плавучести происходит значительно медленнее, чем падение температуры воды) приводит к тому, что скорость погружения батискафа постепенно уменьшается, и, наконец, погружение приостанавливается совсем. Чтобы продолжить спуск, гидронавты должны выпустить через специальный клапан часть бензина. По мере приближения ко дну скорость погружения уменьшают. Достигается это сбрасыванием небольших количеств балласта.
Первым дна касается тяжелый гайдроп. Естественно, что плавучесть батискафа при этом увеличивается, а погружение прекращается.
В процессе погружения ведутся наблюдения через иллюминатор. Понятно, что гидронавты, а их только двое, сильно загружены работой. Нужно управлять спуском, поддерживать посредством гидроакустического прибора связь с сопровождающим кораблем, следить за приближением дна, наблюдать за работой воздухоочистительной аппаратуры, вести наблюдения, фотографировать. Нельзя при этом забывать о том, что нервная система гидронавтов сильно напряжена: ведь даже самый опытный исследователь глубин имеет на своем счету считанное количество погружений, а сознание того, что ты находишься в двухметровом железном футляре на глубине, где давление равно сотням килограммов на каждый квадратный сантиметр, ничуть не уменьшает напряженности.
Достигнув дна, исследователи глубин имеют возможность провести небольшое плавание вдоль него, включив электромоторы, приводящие в движение винты батискафа.
После окончания работы сбрасывается балласт. Начинается всплытие. Разумеется, наблюдения при этом не прекращаются. Наконец, батискаф достиг поверхности. Но гидронавты еще не имеют возможности покинуть батисферы, - шахта, ведущая на палубу, заполнена водой. Сжатым воздухом продувают шахту. Только после этого можно начать открывать крышку входного люка и наладить связи с сопровождающим кораблем. Если визуальная связь невозможна из-за дальности, включают радиопередатчик. На поверхности батискаф довольно беспомощен. Если даже запас электроэнергии во время погружения не израсходован, то и в этом случае он сможет пройти не более 10-15 км со скоростью 2 км/час. Другими словами, до тех пор, пока обеспечивающий корабль не возьмет батискаф на буксир, он игрушка морских течений и волн.
Первоначально «Триест» был оборудован весьма скромно. На нем не имелось внешней фотокамеры и ряда контрольных и навигационных приборов. Мало было и научного оборудования. Только в 1955 г. на нем установили небольшой эхолот и подводные прожекторы.
В 1954 г. работы «Триеста» начались только осенью. Погода долгое время не позволяла вывести батискаф в открытое море, чтобы достичь больших глубин. Поэтому в 1954 г. было произведено только 8 мелководных погружений в Неаполитанском заливе до глубин не более 150 метров. В спусках участвовали многие научные сотрудники и, в частности, шведские ученые - зоолог П. Тарден, биолог М. Кобр и А. Поллини - итальянский геолог из Миланского университета, взявший со дна несколько образчиков грунта. Аппарат в этих погружениях пилотировался сыном Огюста Пикара - Жаком Пикаром.
Погружения проводились без помощи эхолота. Это затрудняло своевременную подготовку к «посадке» на дно моря. Гидронавты не могли своевременно замедлять спускание батискафа, вытравливая понемногу дробь из балластных цистерн, чтобы легко коснуться дна цепью-гайдропом. Вследствие этого батисфера дважды погружалась в вязкий ил морского дна. Помимо резкого ухудшения видимости из иллюминаторов, это грозило более серьезными неприятностями: батискаф мог застрять на дне, не имея возможности сбросить балласт. Поставленный позже на «Триесте» эхолот давал возможность заблаговременно уменьшать скорость погружения и тем самым обеспечивать возможность с помощью гайдропа установить аппарат во взвешенном состоянии в нескольких метрах от дна.
В 1955 г. погружений не производилось из-за финансовых осложнений, а в 1956 г. было сделано 7 погружений с Ж. Пикаром в качестве пилота: 3 мелководных и 4 глубоководных (620, 1100 и 3700 м). В последних в качестве ученого наблюдателя принимал участие А. Поллини.
Все глубоководные погружения проводились без биологов, поэтому наблюдения над живыми организмами, сделанные неспециалистами, были не настолько точны и полны, какими они были при опускании В. Биба. Но и жизнь на глубинах в районе этих погружений оказалась несравненно более бедной, чем у Бермудских островов, где погружался Биб. Иногда море казалось почти полностью безжизненным. Средиземное море к востоку от Испании имеет в 8 раз меньшую органическую продуктивность, чем Атлантический океан западнее Пиренейского полуострова.
Однако при погружениях в 1956 г. до глубин 1100, 2000 и 3700 м на некоторых горизонтах была зафиксирована значительная плотность жизни. Между глубинами 500 и 900 м батискаф прошел зоны, в которых можно было видеть в иллюминатор одновременно сотни оболочников (сальп). Они почти совершенно прозрачны, и их можно заметить при выключенном прожекторе только благодаря внутреннему мерцанию белого люминесцирующего света. Помимо сальп на средних глубинах встречались и другие организмы: медузы, сифонофоры, птероподы, а однажды повстречалась и маленькая бесцветная креветка 3 см длиной.
При всех глубоководных спусках, если не считать верхних слоев моря, не было замечено никаких рыб. Только дважды в поле зрения наблюдателя возникли блестящие, люминесцирующие движущиеся следы, которые предположительно можно приписать глубинным рыбам.
При относительно мелководных опусканиях Пикар наблюдал большое количество рассеянных частиц, некоторые из них находятся во взвешенном состоянии (живой зоопланктон), а некоторые выпадают в виде осадка на дно (трупы умерших микроскопических животных - органический детрит). На небольших глубинах, куда еще проникает рассеянный солнечный свет, эти частицы невидимы. Но на больших глубинах в полной темноте в лучах прожектора они становятся различимыми, подобно пыли в комнате, видимой в луче солнца.
Наблюдения Пикара над морским дном из батискафа «Триест» дали океанографам ценные сведения. При погружениях, когда глубина океана не превышала 100 м, он часто видел на дне большие и маленькие норы и холмы, напоминающие кротовые норы. Это убежища рыб, крабов и других донных обитателей, в совокупности называемых бентосом. Иногда можно было заметить, как они входят в эти норы и покидают их, будучи обеспокоены выпускаемой балластной дробью. На больших глубинах подобные норы и холмы не наблюдались.
Обычно погружались на мягкое и плоское дно, но у острова Капри часто приходилось выбирать место «приземления», так как встречалось твердое, местами скалистое дно, где были заметны сильные течения. Несколько раз после погружения батискаф увлекался потоком вдоль дна со скоростью примерно 1 узел. Для остановки приходилось выпускать некоторое количество бензина, чтобы сильнее прижать батискаф ко дну.
Участие геолога А. Поллини определило геологическую направленность исследования «Триеста». Обычно толщу вод проходили быстро, зато на дне наблюдения производились часами. Батискаф был снабжен специальным приспособлением для взятия небольших образцов грунта, и Поллини собирал их везде, где это представлялось возможным. Было замечено, что вязкий ил в некоторых районах обладает большой подвижностью: стоило сбросить из батискафа несколько десятков килограммов балластной дроби, как со дна довольно быстро на высоту нескольких метров поднималось лавиноподобное облако ила и окутывало батискаф.
На «Триесте» не было установлено специальных измерителей течений, но придонные течения могут быть измерены весьма точно. В этом случае сам батискаф является как бы «поплавком», плывущим по течению. Наблюдателю остается только отметить на дне какую-либо точку и определить свое перемещение относительно нее. Если же батискаф стоит на гайдропе у дна, а мимо него проплывают взвешенные частицы, значит они увлекаются течением. Но при всех погружениях на глубину больше 1000 м не было обнаружено никаких течений: вода представлялась совершенно неподвижной. Однако из этих наблюдений Пикара нельзя сделать выводы, что во всех районах Средиземного моря на больших глубинах отсутствуют течения. Слабые течения со скоростью в 5-6 см в секунду встречаются на больших глубинах и в этом море. Чаше всего это имеет место в глубоких проливах. Как мы увидим дальше на батискафе FNRS-3 наблюдали значительное течение на глубине 2000 м близ Тулона.
Пикар проводил наблюдения и за прозрачностью морской воды. Как известно, Средиземное море является водоемом с исключительно прозрачной и чистой водой. Одной из основных причин этого является бедность его органической жизни. Необычная чистота и прозрачность вод и дает неповторимый глубокий синий цвет, присущий Средиземному морю.
Видимость предметов под водою без искусственного освещения определяется проникающим на глубины рассеянным солнечным светом. Пикар наблюдал через иллюминатор за уменьшением видимости одного из балластных танков, окрашенного в белую краску: он полностью сливался с черным фоном лишь на глубине около 600 м. О прозрачности придонных вод свидетельствует то, что в свете прожектора дно различалось на расстоянии около 15 м.
Для Пикара - техника по образованию - наблюдения за морским дном и глубоководной фауной не являлись основной задачей. Мысли его были устремлены к техническим проблемам. Он поставил себе целью сконструировать надежный глубоководный аппарат, позволяющий достигнуть максимальных глубин Мирового океана. В связи с этим основное внимание он уделяет решению вопросов о сверхнагрузках материалов и всему тому, что может обеспечить безопасность погружений.
Пикар рассчитал, что его батискаф выдержит наружное давление до 1700 атмосфер. Таким образом, даже на глубине 11 000 м его батискаф будет иметь достаточный запас прочности. Продолжая совершенствовать технику управления, он в продолжение ряда лет готовил батискаф к достижению предельных глубин (как известно, максимальная глубина океана немногим более 11000 м).
Как математик О. Пикар исключал случайности и был уверен в успехе. Когда однажды, в связи с погружением на 3150 м, его спросили, не испытывал ли он опасения, что его попытка не удастся, он ответил:
«Математика никогда не ошибается. Мое путешествие на глубину 3150 метров было безопасным. Что могло случиться с нами? Землетрясения, метеориты, шторм... Ничто не может проникнуть в нашу обитель вечного безмолвия. Морские чудовища? Я не верю в них. Но даже если бы они и существовали и напали на нас, им ничего не удалось бы сделать, кроме как обломать свои зубы о стальной панцирь нашей лодки. А если бы на дне моря нас захотел удержать своими щупальцами огромный спрут, мы создали бы подъемную силу в десять тонн - нам не страшны никакие щупальца. Мое подводное путешествие являлось, следовательно, безопасным. Для меня значительно опаснее после погружения подняться из маленькой лодки на корабль по штормтрапу при сильном волнении».
Но последовал другой вопрос: «Если батискаф попадет под выступ скалы, что вы будете делать?» Пикар пожал плечами: «Да, тогда... тогда придется оставаться внизу, если не удастся своевременно освободиться, дав обратный ход винту».
Конечно, ученый довольно ясно представлял себе степень «безопасности» погружений в батискафе. Как показали спуски французского аппарата FNRS-3, опасность попасть под выступ подводной скалы оказалась не столь уж иллюзорной. Да и помимо этого отважных пионеров глубоководных погружений поджидают на дне моря и другие непредвиденные опасности и случайности, как например, мощные оползни и лавины мягкого ила, скатывающиеся с крутых склонов подводных каньонов и многое неизвестное другое.
Кое с чем из этих неожиданностей пришлось повстречаться и «Триесту».
Как уже упоминалось, к переделке батискафа FNRS-2 приступили с начала 1949 г. Сферу батискафа решили оставить в неприкосновенности, а оболочку корпуса плавучести, не выдержавшего испытания осенью 1948 г. близ Дакара, полностью заменить. Работы по переделке шли очень медленно: только в октябре 1950 г. между Францией и Бельгией было заключено соглашение о конструировании нового корпуса батискафа вокруг старой сферы FNRS-2. Профессор Пикар в течение 1951 г. давал необходимые консультации при постройке FNRS-3, но с 1952 г. главное внимание уделял «Триесту».
Основные работы по постройке FNRS-5, так же как и «Триеста», осуществлялись в 1952 г. Почти одновременно закончилось строительство обоих кораблей - FNRS-3 - в мае, «Триеста» - в июле 1953 г.
6 августа 1953 г. на батискафе FNRS-3 капитан-лейтенант Уо и инженер-лейтенант Вильм, офицеры французского военно-морского флота, опустились до глубины 750 м.
12 августа 1953 г. Уо и Вильям опустились вблизи мыса Кепет на глубину 1550 м, а 14 августа - на глубину 2100 м. При последнем погружении отказал эхолот, а без него исследователи не решились опуститься на дно в непосредственной близости от скалистого мыса.
После пробных погружений было решено перебазироваться в Дакар, чтобы совершить там рекордное погружение до 4000-4500 м. Этот спуск был намечен на декабрь - январь месяцы - лучшее время господства устойчивых слабых пассатов. Но, узнав, что 30 сентября профессор Пикар опустился на «Триесте» до глубины 3150 м, подгоняемые падкой на сенсации прессой, Уо и Вильм принуждены были попытаться немедленно перекрыть этот рекорд в Средиземном море. Предпринятая ими 30 ноября попытка поставить рекорд не удалась из-за отказа указателя уровня воды, замещающей бензин по мере погружения батискафа.
В дальнейшем, при погружении в Средиземном море, Уо вместе с известным аквалангистом Кусто 11 декабря 1953 г. достигли дна на глубине 1200 м в каньоне у мыса Кепет, близ Тулона. При спуске они наблюдали довольно обильную жизнь: очень плотный планктон, креветок, медуз на средних глубинах (200-750 м). Ниже 750 м жизнь стала беднее, а у самого дна, глубже 1000 м,- снова более обильной. Тут Кусто наблюдал кальмаров, а на самом дне трех больших акул, около двух метров длиною, с выпученными глобусообразными глазами.
В январе 1954 г. FNRS-3 был доставлен в Дакар, и уже 21 января Уо и Вильм совершили пробное погружение до глубины 750 м для проверки аппаратуры перед рекордным погружением. При спуске они наблюдали обильную жизнь. Планктон был, пожалуй, менее плотным, чем близ Тулона, но организмы, входящие в его состав, были более крупными. Уо и Вильм видели креветок, медуз, разнообразных рыб. Многих из них они, не являясь специалистами, так и не смогли определить. Вблизи дна им встретились акулы 1,5-2 м длиною, а на дне гигантский краб с панцирем 40 см в диаметре. При этом погружении батискаф увлекался вниз по склону дна сильным подводным течением со скоростью приблизительно 1-2 узла.
В конце января 1954 г. был произведен контрольный спуск без людей на глубину 4100 м, а 14 февраля состоялось рекордное погружение батискафа до дна на глубине 4050 м. В камере находились Уо и Вильм. Спуск происходил в 100 км от берега (от Дакара) и закончился вполне удачно. Он продолжался 5 1/2 часов, включая довольно длительное пребывание на дне моря.
Скорость погружения и подъема была слишком большой, чтобы производить обстоятельные наблюдения за всем, что делалось снаружи батискафа. Необычная обстановка заставляла более внимательно следить за всеми приборами. Только на дне появилась возможность провести некоторые попутные наблюдения. Уо уверяет, что грунт дна представлял собою тонкий и белый песок. Он включил моторы и заставил батискаф двигаться вдоль довольно ровного дна моря. Иногда на песке возникал как одинокий цветок - морской анемон, удивительно похожий на тюльпан. И, наконец, перед самым подъемом исследователям посчастливилось увидеть глубоководную акулу, с очень большой головой и огромными глазами. Она никак не реагировала на яркий свет прожекторов батискафа. Через несколько минут после встречи с акулой автоматически отключились электромагниты, которые сбросили на дно электробатареи. Это облегчило батискаф на 120 кг и вызвало его стремительный подъем.
Все проведённые до сих пор погружения FNRS-3 носили испытательный характер и имели целью проверку надежности аппарата, слаженности работы его отдельных частей и приобретение опыта экипажем. Но, начиная с рекордного погружения, эпоха испытаний кончилась. «С сего дня батискаф принадлежит науке»,- сказал Уо после этого спуска. И действительно, с тех пор в спусках вместе с пилотом почти всегда принимал участие ученый, чаще всего биолог.
Уже в апреле 1954 г. Уо совершил два спуска до дна близ Дакара вместе с биологом Теодором Монодом, а 16 мая того же года FNRS-3 вернулся обратно в Тулон, где с июля по сентябрь совершил 10 погружений. 5 из них были до дна, до глубины 2100-2300 м. Во время одного из этих спусков Уо приземлился на краю вертикального обрыва скалы. Уо опасался, не является ли обрыв краем узкой трещины, в которой батискаф мог оказаться заклиненным. Не без робости он дал ход винту, подошел к краю обрыва и продолжал спуск вдоль совершенно вертикальной стенки. Высота стенки достигала 20 м.
В последующие годы FNRS-3 продолжал регулярные глубоководные погружения. За 4 года на нем было совершено 59 погружений, из них 26 было сделано с биологами. В 1955 г. батискаф экспонировался на выставке в Париже, а в 1956 г. снова исследовал глубины Атлантического океана у побережья Португалии.
В 1958 г. FNRS-3 был арендован Японией для исследований в северной части Тихого океана. В августе - сентябре 1958 г. на батискафе были произведены 9 погружений к востоку от Японских островов, с самым глубоким до 3000 м. На этой глубине по перемещению взмученного ила и планктона относительно дна ученые установили присутствие придонного течения. Скорость течения была около 2 см в секунду.
В другом месте, на глубине 2800 м изучались последствия вулканической деятельности. Здесь было обнаружено большое количество крупных обломков пород (до 1,5 м) со свежей поверхностью раскола. Иногда на грунте отмечались следы перемещений этих обломков. И на этой глубине было замечено придонное течение.
На глубине около 500 м исследователи обнаружили слой скачка температуры воды. На этой глубине температура резко падает с 15 до 4-5°. Слой скачка разделяет верхнюю теплую воду Куро-Сиво от нижней холодной воды Ойя-Сиво. В слое наблюдалось скопление глубоководных медуз и ракообразных, но рыб не было. По обилию жизни на больших глубинах Тихий океан даже превосходит Атлантический океан и Средиземное море.
Исследования на FNRS-3 принесли много нового науке. Они, по существу, открыли мир глубин для биологов, показали в натуральном виде морское дно геологам и сообщили множество ценных наблюдений океанографам.
Уо дал четкое и точное описание дотоле неизвестному явлению - подводным лавинам: «Часто встречающееся явление и, к несчастью, опасное, беспокоит погружателей в каньонах: подводные лавины. Контакт батискафа или его цепи-гайдропа со стеной каньона, или даже освобождение нескольких фунтов балласта отделяет маленькие комки ила. Под действием собственной силы тяжести они начинают катиться вниз по склону. При этом отделяются другие комки и, нарастая, образуют лавину. Огромное темное облако возникает над дном моря. Мы тогда обнаруживаем себя погруженными в такую темноту, что наши прожектора бессильны пронизать ее, и мы можем только ожидать пока клубящиеся облака не разредятся. Если морское течение слабо, это потребует 15 минут или даже получаса.
Одна лавина была настолько сильной, что облако не рассеялось по истечении часа. Мы решили покинуть дно и выбраться из возмущенного района. Потребовалось подняться приблизительно на 1000 футов (300 м), чтобы достичь чистой воды».
Уо считает, что одним из открытий FNRS-3 является обнаружение очень сильных течений на больших глубинах. Правда, не было сделано никаких инструментальных измерений скорости этих течений, поскольку на батискафе не удалось пока установить достаточно надежных измерителей течений. Но наблюдения над проплывающими взвешенными частицами мимо стоящего батискафа позволили приблизительно определить силу течения, а по компасу и его направление. Скорость течения в некоторых местах достигала 1-2 узлов (2-3 1/2 км в час).
Особую ценность представляют наблюдения за живыми организмами в их естественном окружении. Ряд таких наблюдений рассматривается в науке как открытия. Так, считалось, что сильно удлиненные тазовые и хвостовой плавники глубоководной рыбы бентозауруса служат органами осязания. После исследований, проведенных с батискафа, стало ясно, что эти «плавники» используются рыбой в качестве «ног». Уо ни разу не видел их в другой позиции, кроме той, которая изображена на рисунке.
Интересные наблюдения были проведены за поведением креветок. Они приходили в сильное возбуждение под действием света прожекторов и собирались такой плотной массой, что иногда приходилось прекращать работы и возвращаться на поверхность из-за полной невозможности производить какие-либо наблюдения. Вблизи дна они с большой скоростью ныряют вниз, касаются дна, оставляя на нем отпечатки, и снова возвращаются вверх. Крупные креветки изумительно чистого розового цвета ведут себя более спокойно.
Батискаф позволил констатировать наличие крупных животных на дне глубокого моря (акулы на глубине 4050 м у Дакара). При спусках были открыты новые виды рыб, дотоле неизвестные науке. Наблюдения Уо над поведением жителей больших глубим вызвали у него догадку, что многие глубоководные животные вероятнее всего слепы (бентозаурусы, некоторые скаты, возможно глубоководные акулы). Но в то же время они обладают своего рода локаторными установками, т. е. имеют специальный аппарат типа чувствительного органа летучей мыши, позволяющий искусно обходить препятствия в их слепом плавании. Уо сделал этот вывод, замечая, что рыбы совершенно не чувствуют мощного света прожекторов, но в то же время свободно обходят все, даже малейшие препятствия на дне моря.
Батискаф «Триест» в 1959 г. был приобретен США. На заводах Круппа для него была изготовлена новая герметичная камера-батисфера, рассчитанная на достижение предельных океанских глубин. На нем 15 ноября 1959 г. в Марианской впадине, близ о. Гуам, было произведено глубоководное погружение на глубину 5670 м (18 600 ф.). В корабле находились: сын Огюста Пикара - Жак Пикар и американец А. Регнитуер. Была получена фотография дна.
9 января 1960 г. в том же районе «Триест» опустился на глубину 7320 м (24 000 ф), а 23 января Ж. Пикар и его помощник - американец Дан Уолш достигли дна в самой глубокой части Марианской впадины. Приборы «Триеста» зафиксировали глубину 6300 морских сажен (11 520 м). Однако после введения поправок истинная глубина погружения оказалась равной 10 919 м.
Опусканию батискафа на предельную глубину предшествовала тщательная подготовка: проверялась аппаратура, прочность каждого квадратного сантиметра его корпуса. За 3 дня до спуска был произведен тщательный промер Марианской впадины со вспомогательного судна «Люис». Чтобы добиться более точных результатов промера, пришлось прибегнуть к взрывам на дне океана. Всего было сделано более 300 взрывов зарядов тринитротолуола.
Точка, намеченная для погружения батискафа, находилась в 200 морских милях к юго-западу от острова Гуам. Место погружения было зафиксировано постановкой плавучего радиопередатчика, периодически посылавшего радиосигналы. Кроме того, в районе спуска были разбросаны дымовые шашки и мешки с красителем (флюоресцеином), окрасившим морскую воду в ярко-зеленый цвет. В центре этого пятна и началось погружение. Обеспечивали операцию вспомогательные корабли «Уондэк» и «Люис» под руководством доктора Андреаса Регнитуера.
Опускание происходило благополучно, если не считать временной потери связи с судном-базой. Любопытна, что потеря связи (акустической) произошла как при спуске, так и при подъеме на одной и той же глубине, равной 3900 м.
На большой глубине в аппарате стало очень холодно. От дыхания в гондоле накапливалась влага, так что одежда Пикара и Уолшя вскоре стала мокрой.
Исследователи вышли из батискафа совершенно промокшими. Они дрожали от холода, так как в батисфере была температура почти равная температуре глубинных слоев океана (около 2-3°С).
На спуск «Триесту» потребовалось 4 ч. 48 мин., а на подъем 3 ч. 17 мин. На дне батискаф оставался 30 минут.
Как при спуске, так и при подъеме исследователям в свете мощных прожекторов удалось обнаружить обитателей океанских глубин. Жизнь была повсюду, вплоть до самого дна. В поверхностных слоях океана в иллюминаторе можно было видеть белые тела акул, в средних преобладали креветки и планктон, у желтоватого дна впадины при свете наружного прожектора исследователи увидели животное серебристого цвета, похожее на камбалу, длиною около 30 см и совершенно плоское с выпуклыми глазами в верхней части головы. Животное двигалось вдоль дна, приближаясь к батискафу и нисколько не боялось света прожектора. Другим живым организмом оказалась гигантская креветка (около 30 см длиной), которая спокойно плавала в двух метрах от дна впадины.
Нахождение на такой огромной глубине рыб и креветок представляется крупным научным открытием, так как до последнего времени рыбы встречались до 7200 м, а креветки - только до 5000 м.
Спуск Пикара и Уолша на дно самой глубокой впадины Мирового океана доказал полную возможность длительного пребывания человека на наибольших океанских глубинах в автономном аппарате. Это открывает перед человечеством заманчивые перспективы разведки и промышленного использования минеральных богатств дна океана. Не исключено, что батискаф будет широко применяться при производстве глубоководных буровых работ, в частности, при реализации так называемого «проекта Мохо», предусматривающего бурение сквозь толщу донных осадков толщиною около 1 км и сквозь земную кору, достигающую под дном океана всего лишь 5-8 км (под сушей ее мощность 30-40 км). Эти буровые работы предполагается проводить в открытом океане с корабля, стоящего на якоре.
Батискаф является важным средством современных океанографических исследований. Он позволяет наблюдать жизнь на глубинах, получить представление о топографии морского дна с деталями его рельефа, такими как небольшие ямы, норы, холмики, средних размеров валики и как бы заструги на дне моря. Они слишком велики, чтобы их зафиксировать фотоаппаратом, но слишком малы, чтобы их можно было обнаружить на ленте эхолота. Кроме того, при глубоководных погружениях измеряют придонные течения, производят выборочное взятие образчиков грунта с визуальным контролем этого процесса, измеряют силу тяжести у дна глубокого моря, изучают условия распространения звука в морской среде и многой, многое другое.
Неудивительно, что конструкторы ряда стран работают над усовершенствованием батискафа. В США в 1959 г. закончена постройка батискафа «Сэтасэ». Его конструктор - инженер Эдмунд Мартин учел опыт постройки и эксплуатации «Триеста» и FNRS-3. Прежде всего oн добился большой независимости аппарата от судна-базы. На батискафе установлены два дизеля, обеспечивающие скорость хода в надводном положении до 10 узлов. На судне имеется запас топлива для дизелей на 160 часов, что позволяет судну самостоятельно пройти 1600 морских миль (3000 км). Под водой, используя энергию аккумуляторов, батискаф может пройти 40 миль (72 км) со скоростью 7 узлов (13 км/час).
Другой особенностью «Сэтасэ» является его относительно многочисленный экипаж. В кабине свободно размещаются 5 человек (в том числе кинооператор и фотограф). Полный вес батискафа в воздухе 53 т, длина легкого корпуса 13 м. Расчетная глубина погружения 6 км.

Исследования океана.

21. Из истории завоевания морских глубин.

Изучать Мировой океан без погружения в его глубины невозможно. Изучение поверхности океанов, их размеров и конфигурации, поверхностных течений, островов и проливов происходило в течение многих веков и всегда было делом исключительно трудным и опасным. Не меньшие трудности представляет изучение океанских глубин, а некоторые трудности остаются до сих пор непреодолимыми.

Человек, впервые погрузившись под воду в далёкие времена, конечно, не преследовал цели изучения морских глубин. Наверняка его задачи были тогда чисто практическими, или как теперь говорят, прагматическими, например: достать со дна моря губку или моллюска для употребления в пищу.

А когда в раковинах попадались красивые шарики жемчуга, ныряльщик приносил их в свою хижину и отдавал жене как украшение, или брал себе для этой же цели. Погружаться в воду, становиться ныряльщиками могли только люди, жившие на берегах тёплых морей. Они не рисковали простудиться или получить спазмы мышц под водой.

Древний ныряльщик, взяв в руки нож и сеточку для сбора добычи, зажимал между ногами камень и бросался в пучину. Такое предположение совсем легко составить, потому что ловцы жемчуга в Красном и Аравийском морях, или профессиональные ныряльщики из индийского племени парава до сих пор поступают именно так. Они не знают ни акваланга, ни маски. Вся их экипировка осталась точно такой, какой была и сотню, и тысячу лет назад.

Но ныряльщик – это не водолаз. Ныряльщик пользуется под водой только тем, что ему дала природа, а водолаз использует специальные устройства и оборудование для того, чтобы глубже погрузиться в воду и дольше там пробыть. Ныряльщик, даже хорошо тренированный, не может оставаться под водой более полутора минут. Максимальная глубина, на которую он может нырнуть, не превышает 25-30 метров. Только отдельные рекордсмены способны задержать дыхание на 3-4 минуты и нырнуть несколько глубже.

Если использовать такое простое приспособление, как дыхательная трубка, то можно находиться под водой достаточно долго. Но какой в этом смысл, если глубина погружения при этом не может быть больше одного метра? Дело в том, что на большей глубине вдох через трубку сделать трудно: нужна большая сила мускулов грудной клетки, чтобы преодолеть давление оды, действующее на тело человека, в то время как лёгкие находятся под нормальным атмосферным давлением.

Уже в древности предпринимались попытки использовать примитивные приспособления для дыхания на небольшой глубине. Например, с помощью грузов на дно опускали перевёрнутый вверх дном какой-нибудь сосуд типа колокола, и ныряльщик мог пользоваться запасом воздуха в этом сосуде. Но дышать в таком колоколе можно было лишь считанные минуты, так как воздух быстро насыщался выдыхаемым углекислым газом и становился непригодным для дыхания.

По мере освоения человеком океана вставали проблемы с изобретением и изготовлением необходимых водолазных приспособлений не только для дыхания, но и для зрения в воде. Человек с нормальным зрением, открыв глаза в воде, окружающие предметы видит очень слабо, как в тумане. Объясняется это тем, что коэффициент преломления воды почти равен коэффициенту преломления самого глаза. Поэтому хрусталик не может сфокусировать изображение на сетчатку, и фокус изображения оказывается далеко за сетчаткой. Получается, что человек в воде становится как бы чрезвычайно дальнозорким – до плюс 20 диоптрий и больше. Кроме того, непосредственный контакт с морской, да и с пресной водой вызывает раздражение глаз и болезненные ощущения.

Ещё до изобретения подводных очков и маски со стеклом ныряльщики прошлых веков укрепляли перед глазами пластинки, герметизируя их куском материи, пропитанным смолой. Пластинки изготовлялись из тончайших полированных срезов рога и обладали определённой прозрачностью. Без подобных приспособлений нельзя было выполнять многие работы при строительстве портов, углублении гаваней, при отыскании и подъёме затонувших судов, грузов и так далее.

В России в эпоху Петра I, когда страна вышла к морскому побережью, водолазное дело приобрело практическое значение.

Русь всегда славилась умельцами из народа, обобщённый портрет которых создал писатель Ершов в образе Левши, подковавшего английскую блоху. Один из таких умельцев вошёл в историю техники при Петре I. Это был Ефим Никонов, крестьянин из подмосковного села Покровское, который в 1719 году смастерил деревянную подводную лодку («потаённое судно»), а также предложил конструкцию кожаного водолазного костюма с бочонком для воздуха, который надевался на голову и имел окошки для глаз. Но довести конструкцию водолазного костюма до нужного рабочего состояния он не смог, так как его «потаённое судно» не выдержало испытания и потонуло в озере, вследствие чего Е.Никонову было отказано в средствах. Изобретатель, конечно, не мог знать, что в его водолазном костюме с бочонком воздуха на голове человек в любом случае не смог бы продержаться больше 2-3 минут.

Проблема дыхания под водой с подачей водолазу свежего воздуха не поддавалась решению в течение нескольких веков. В средние века и даже позднее изобретатели не имели никакого понятия о физиологии дыхания и газообмене в лёгких. Вот один из примеров, граничащий с курьёзом. В 1774 году французский изобретатель Фреминс предложил для работы под водой конструкцию, состоявшую из шлема, соединённого медными трубками с небольшим резервуаром для воздуха. Изобретатель считал, что разница между вдыхаемым и выдыхаемым воздухом состоит только в неодинаковой температуре. Он надеялся, что выдыхаемый воздух, пройдя под водой через трубки, охладится и снова станет пригодным для дыхания. А когда при испытаниях этого устройства водолаз стал задыхаться через две минуты, изобретатель страшно удивился.

Когда стало ясно, что для работы человека под водой нужно непрерывно подавать свежий воздух, начали думать о способах его подачи. Сначала попытались использовать для этого мехи наподобие кузнечных. Но этим способом подать воздух на глубину более одного метра не удавалось – мехи не создавали необходимого давления.

Только в начале 19-го века был изобретён нагнетательный воздушный насос, обеспечивавший подачу водолазу воздуха на значительную глубину.

В течение целого столетия воздушный насос приводился в действие вручную, потом появились механические помпы.

Первые водолазные костюмы имели открытые снизу шлемы, в которые по шлангу накачивали воздух. Выдыхаемый воздух выходил через открытый край шлема. Водолаз в таком, с позволения сказать, костюме мог работать только в вертикальном положении, потому что даже лёгкий наклон подводника приводил к заполнению шлема водой. Изобретателями этих первых водолазных костюмов были независимо друг от друга англичанин А.Зибе (1819 году) и кронштадский механик Гаузен (в 1829 году). Вскоре стали изготовлять усовершенствованные водолазные костюмы, в которых шлем герметично соединялся с курткой, а выдыхаемый воздух стравливался из шлема специальным клапаном.

Но и усовершенствованный вариант водолазного костюма не обеспечивал водолазу полную свободу движения. Тяжёлый воздушный шланг мешал в работе и ограничивал дальность перемещения. Хотя этот шланг был жизненно необходим подводнику, всё же нередко он был и причиной его гибели. Случалось это тогда, когда шланг пережимался каким-либо тяжёлым предметом или повреждался с утечкой воздуха.

Со всей ясностью и необходимостью вставала задача разработки и изготовления такого водолазного снаряжения, в котором подводник не был бы зависим от подачи воздуха из внешнего источника и был бы полностью свободен в своих движениях.

Многие изобретатели брались за проектирование такого автономного снаряжения. Прошло более ста лет со времени изготовления первых водолазных костюмов и только в середине 20-го века появился аппарат, получивший известность под названием акваланг . Главной частью акваланга является дыхательный аппарат, который изобрёл знаменитый французский исследователь океанских глубин, в дальнейшем всемирно известный учёный Жак-Ив Кусто и его коллега Эмиль Ганьян. В самый разгар второй мировой войны, в 1943 году, Жак-Ив Кусто и его друзья Филипп Тайе и Фредерик Дюма впервые испытали новое приспособление для погружения в воду. Акваланг (от латинского aqua – вода и английского lung – лёгкое) представляет собой ранцевый аппарат, состоящий из баллонов со сжатым воздухом и дыхательного аппарата. Испытания показали, что аппарат работает чётко, водолаз легко, без усилий вдыхает чистый, свежий воздух из стального баллона. Погружение и всплытие аквалангиста происходит свободно, без ощущения каких-либо неудобств.

В процессе эксплуатации акваланг был конструктивно доработан, но в целом его устройство осталось без изменений. Однако никакие конструктивные изменения не дадут аквалангу возможность глубокого погружения. Без риска для жизни водолаз с аквалангом, как и водолаз в мягком водолазном костюме, получающий воздух по шлангу, не могут переступить стометровый барьер глубины. Главным препятствием здесь остаётся проблема дыхания.

Воздух, которым дышат все люди на поверхности Земли, при погружении водолаза на 40–60 метров вызывает у него отравление, похожее на алкогольное опьянение. Достигнув указанной глубины, подводник внезапно теряет контроль над своими поступками, что нередко заканчивается трагически. Установлено, что главная причина такого «глубинного опьянения» заключается в воздействии на нервную систему азота, находящегося под большим давлением. Азот в баллонах акваланга заменили инертным гелием, и «глубинное опьянение» перестало наступать, но появилась другая проблема. Организм человека очень чувствителен к процентному содержанию кислорода во вдыхаемой смеси. При нормальном атмосферном давлении в воздухе, которым дышит человек, должно быть около 21 процента кислорода. При таком содержании кислорода в воздухе человек прошёл весь длительный путь своей эволюции. Если при нормальном давлении содержание кислорода сократится до 16 процентов, то наступает кислородное голодание, что вызывает внезапную потерю сознания. Для человека, находящегося под водой, такая ситуация особенно опасна. Повышение содержания кислорода во вдыхаемой смеси может вызвать отравление, приводящее к отёку лёгких и их воспалению. С ростом давления опасность кислородного отравления возрастает. Согласно расчётам, на глубине 100 метров вдыхаемая смесь должна содержать всего 2-6 процентов кислорода, а на глубине 200 м – не более 1-3 процента. Таким образом, дыхательные автоматы должны обеспечивать изменение состава вдыхаемой смеси по мере погружения подводника в глубину. Медицинское обеспечение глубоководного погружения человека в мягком скафандре имеет первостепенное значение.

С одной стороны, кислородное отравление, а с другой – удушье от недостатка того же кислорода постоянно угрожают человеку, опускающемуся в глубину. Но этого мало. Все теперь знают о так называемой кессонной болезни . Напомним, что это такое. При высоком давлении в крови водолаза растворяются газы, входящие в состав дыхательной смеси. Основную часть воздуха, которым дышит водолаз, составляет азот. Его значение для дыхания состоит в том, что он разбавляет кислород. При быстром падении давления, когда водолаза поднимают на поверхность, избыток азота не успевает удалиться через лёгкие, а в крови образуются пузырьки азота, кровь как бы вскипает. Пузырьки азота закупоривают мелкие кровеносные сосуды, отчего наступает слабость, головокружение, иногда с потерей сознания. Это и есть проявления кессонной болезни (эмболии). Когда же пузырьки азота (или другого газа, составляющего дыхательную смесь) попадают в крупные сосуды сердца или мозга, то ток крови в этих органах прекращается, то есть наступает смерть.

Для предотвращения кессонной болезни подъём водолаза должен производиться медленно, с остановками, чтобы происходила так называемая декомпрессия организма, то есть чтобы избыток растворённого газа успевал постепенно покинуть кровь через лёгкие. В зависимости от глубины погружения рассчитывается время подъёма и количество остановок. Если на большой глубине водолаз находится несколько минут, то время на его спуск и подъём исчисляется несколькими часами.

Сказанное лишний раз подтверждает ту простую истину, что человек не может жить в водной стихии, когда-то породившей его далёких предков, и он никогда не покинет земную твердь.

Но для познания мира, в том числе изучения океана, люди упорно стремятся овладеть океанской глубиной. Погружения на большую глубину люди выполняли ещё в мягких водолазных костюмах, не имея даже приспособлений типа акваланга.

Первым на рекордную глубину 135 метров опустился в 1937 г. американец Мак Нол, а два года спустя советские водолазы Л.Кобзарь и П.Выгулярный, дышавшие гелиевой смесью, достигли глубины 157 метров. Десять лет понадобилось после этого, чтобы достичь отметки 200 метров. На такую глубину в 1949 году опустились два других советских водолаза – Б.Иванов и И.Выскребенцев.

В 1958 году водолазным делом заинтересовался учёный, специальность которого была далека от подводных погружений. Это был молодой, тогда 26-летний математик, имевший уже звание профессора Цюрихского университета, Ганс Келлер . Действуя скрытно от других специалистов, он сконструировал аппаратуру, рассчитал состав газовых смесей и сроки декомпрессии и приступил к тренировкам. Уже через год с приспособлением в виде водолазного колокола он опустился на дно Цюрихского озера на глубину 120 метров. Г.Келлер добился рекордно коротких сроков декомпрессии. Как он этого добился, было его секретом. Он мечтал о мировом рекорде глубины погружения.

Работами Г.Келлера заинтересовались военно-морские силы США, и очередное погружение было намечено на 4 декабря 1962 года в Калифорнийском заливе. Предполагалось с борта американского судна «Эврика» по специально изготовленному подводному лифту спустить на глубину 300 метров Г.Келлера и английского журналиста Питера Смолла, где они водрузят швейцарский и американский государственные флаги. С борта «Эврики» за погружением следили с помощью телевизионных камер. Вскоре после спуска лифта на экране показался только один человек. Стало ясно, что случилось что-то непредвиденное. Впоследствии было установлено, что в подводном лифте произошла утечка дыхательной смеси и оба акванавта потеряли сознание. Когда подняли лифт на борт судна, Г.Келлер вскоре пришёл в себя, а П.Смолл уже до поднятия лифта был мёртв. Кроме него погиб ещё аквалангист из группы обеспечения – студент К.Уиттекер. Поиски его тела были безрезультатны. Таковы печальные результаты нарушений правил водолазной безопасности.

Кстати, Г.Келлер тогда напрасно гнался за рекордом: уже в 1956 году на трехсотметровой глубине побывали три советских водолаза – Д.Лимбенс, В.Шалаев и В.Курочкин.

В последующие годы наиболее глубокие погружения – до 600 метров! выполняли водолазы французской фирмы «Комекс», занимающейся техническими работами нефтедобывающей промышленности на океанском шельфе.

На такой глубине водолаз в мягком скафандре и с самым совершенным аквалангом может находиться считанные минуты. Мы не знаем, какие неотложные дела, какие причины вынуждали руководителей упомянутой французской фирмы рисковать жизнью водолазов, отправляя их на запредельную глубину. Подозреваем однако, что причина здесь самая тривиальная – всё та же бескорыстная любовь к деньгам, к наживе.

Вероятно, глубина в 600 метров уже превышает физиологическую границу погружения человека в мягком водолазном костюме. Вряд ли нужно дальше испытывать возможности человеческого организма, они не беспредельны. К тому же человек побывал уже на глубине, значительно превышающей 600-метровый рубеж, правда, не в водолазном костюме, а в изолированных от внешней среды устройствах. Исследователям давно стало ясно, что на большие глубины человека без риска для его жизни можно опустить только в прочных металлических камерах, где давление воздуха соответствует нормальному атмосферному давлению. Значит, нужно обеспечить в первую очередь прочность и герметичность таких камер и создать запас воздуха с возможностью удаления отработанного воздуха или его регенерации. В конечном итоге такие устройства были изобретены, и исследователи опускались в них на большие глубины, вплоть до предельных глубин Мирового океана. Эти устройства называются батисферами и батискафами . Прежде чем познакомиться с этими устройствами, мы просим читателей проявить терпение и прочитать наш краткий рассказ об истории этого вопроса на следующей странице сайта Знания-сила.

Главная операция в океанографии - выполнение гидрологической станции. Каждое океанографическое судно снабжено лебедкой, опускающей приборы на максимально возможную глубину, и во время станции физики измеряют температуру воды и берут пробы на стандартных, установленных международным соглашением глубинах (горизонтах). Когда судно стоит и, насколько возможно, удерживается неподвижно при помощи под работки винтами, За борт опускают серию приборов так, чтобы последний из них находился на максимальной глубине, проще говоря - у самого дна. Когда операция закончена, опускают следующую серию и исследуют вышележащий слой, смежный с первым, и так далее, пока не дойдут до самой поверхности.

Во время гидрологической станции применяются два классических океанографических прибора - опрокидывающийся батометр и опрокидывающийся термометр. Это самые старые приборы: океанографы всех стран пользуются ими уже около девяноста лет.

Схематически опрокидывающийся батометр состоит из металлической трубки, заканчивающейся двумя наружными клапанами. Опускают его открытым. Специальный грузик, посылаемый с поверхности, ударяясь о клапан, захлопывает его и переворачивает батометр на рычажном устройстве. Батометр должен перевернуться потому, что с его наружной стороны прикреплены два опрокидывающихся термометра, устроенных таким образом, чтобы измерять температуру на уровне опрокидывания. Ртутный столбик термометров имеет сужение, где ртуть разрывается; по объему отделившейся ртути и определяют температуру.

Обыкновенный термометр, помещенный в ту же стеклянную оболочку, или трубку, позволяет корректировать ошибку, возникающую оттого, что показания регистрируются на борту судна, то есть при иной температуре, чем в точке измерения. Толстостенная стеклянная трубка, в которую заключены оба термометра, предохраняет их от действия давления на глубине.

Существует и другой тип опрокидывающегося термометра, у которого защитная трубка с одного конца открыта. Такой термометр, подвергаясь воздействию давления окружающей воды, в результате компрессии стекла регистрирует температуру, которая отличается от температуры, (показываемой защищенным термометром. Тогда, зная коэффициент сжатия стекла и объем отделившейся ртути, мы, при сравнении обеих температур, получаем величину давления, иначе говоря - глубину, на которой произведено измерение. В таких случаях опрокидывающиеся батометры снабжены двумя гильзами, для опрокидывающихся термометров: одна для защищенного, другая - для незащищенного. Когда серия поднята на борт, температуру записывают, а воду из батометров переливают в маленькие бутылочки и сохраняют для последующих анализов.

Из всех таких анализов один является основным, а остальные - дополнительными. Поскольку морская вода содержит в среднем 35 граммов солей на литр, необходимо знать ее соленость, потому что, только зная эту величину и температуру, можно точно вычислить плотность ВОДЫ, А понятие плотности является краеугольным камнем океанографии и лежит в основе всех гипотез о водных массах и всех динамических расчетов движения этих водных масс.

До недавнего времени соленость определяли методом химического анализа, разработанным еще в начале века датчанином Кнудсеном. Этот метод обеспечивал точность до +0,01°% (промилле) - вполне достаточную для большинства динамических расчетов. За последние десять лет англичане и американцы создали и внедрили в промышленность лабораторные приборы, работающие на принципе электромагнитной индукции и определяющие соленость с той же точностью, что и метод Кнудсена. Преимущество этих электросолемеров заключается в том, что, во-первых, ими можно пользоваться на борту корабля, а во-вторых, они позволяют производить непрерывные измерения. Несомненно, будущее принадлежит этому методу.

Два года назад был предложен еще более практичный прибор - зонд, опускаемый с поверхности на дно. Он измеряет температуру, содержание хлора и давление. Все непрерывные измерения этих трех параметров регистируются самописцем на борту, а затем полученные результаты поступают в электронную вычислительную машину, рассчитывающую распределение температуры и солености в зависимости от глубины. Казалось бы - кончена возня с записью показаний термометров, взятием проб воды и анализами. Наконец-то физики моря получили идеальный прибор!.. Однако у зонда есть большой недостаток - невероятная дороговизна. Поэтому многие океанографы относятся к этой новинке скептически. Но, помимо высокой цены, он имеет еще один недостаток - для него требуется электрический кабель, неудобный в обращении и быстро выходящий из строя.

Конструкторская мысль должна идти по пути создания автономного зонда, свободно опускающегося на дно, который, по мере погружения, будет посылать на борт информацию в виде ультразвукового кода. Достигнув дна, зонд должен сбросить балласт и подняться на поверхность. В наш век электронной техники возможность создания такого зонда вполне реальна.

Из всех анализов морской воды только определение содержания хлора можно производить in situ (постоянно) при помощи электронного прибора. Что же касается определения других компонентов морской воды, океанографы все еще находятся в плену приборов для взятия проб.

Для биологических исследований и для подтверждения некоторых физических теорий о распределении водных масс в океане необходимо знать содержание в морской воде растворенного кислорода. Это делается старым методом Винклера. Поскольку содержание растворенного кислорода в пробе быстро изменяется, приходится производить первый этап анализа прямо на борту, сразу же после взятия пробы. Второй этап выполняется либо в судовой лаборатории, если таковая имеется, либо на берегу. В настоящее время для определения содержания в морской воде растворенного кислорода используются электронные приборы, но, с одной стороны, их точность еще совершенно недостаточна, а с другой датчики этих приборов еще ни разу не погружали на средние или большие глубины.

Биологов, помимо растворенного кислорода, интересует содержание в морской воде питательных солей: фосфатов, нитратов, кремнезема, от которых зависит жизнь в лоне океана. Для определения этих элементов производят лабораторные химические анализы или же используют фотометрический метод.

Для некоторых специальных исследованией океанографы применяют опрокидывающиеся батометры иного типа, чем были описаны выше. Они сделаны из металла или пластмассы (последние используются главным образом для определения содержания растворенного кислорода), и емкость их различна.

Для изучения радиоактивности - как естественной, так и образующейся при выпадении радиоактивных осадков - применяются очень большие батометры; система их закрытия зависит от изобретательности конструктора.

Температура океанской воды очень изменчива, особенно в верхних слоях. Поэтому интересно определять ее в точках, как можно ближе расположенных друг к другу.

Однако, поскольку нельзя слишком часто останавливать судно для гидрологических станций, океанографы пользуются батитермографом, который опускают с судна на ходу. Батитермограф. Устройство этого прибора позволяет ему погружаться в воду вертикально, несмотря на движение судна, и сразу определять распределение температуры по глубине. Точность батитермографа не слишком валика - не более 1/10 градуса. Он применяется на военно-морском флоте при корректировке скорости распространения звука для обнаружения подводных лодок гидролокатором.

>>Давление на дне морей и океанов. Исследование морских глубин

Отослано читателями из интернет-сайтов

Календарно-тематическое планирование физики, скачать тесты , задание школьнику 7 класса, курсы учителю физики 7 класса

Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки

Мировой океан, покрывающий 71% поверхности Земли, поражает сложностью и разнообразием процессов, развивающихся в нем.

От поверхности до наибольших глубин воды океана находятся в непрерывном движении. Эти сложные движения воды от огромных по масштабу океанических течений до мельчайших вихрей возбуждаются приливообразующими силами и служат проявлением взаимодействия атмосферы и океана.

Водная масса океана в низких широтах накапливает тепло, полученное от солнца, и переносит это тепло в высокие широты. Перераспределение тепла, в свою очередь, возбуждает определенные атмосферные процессы. Так, в области сближения холодных и теплых течений в Северной Атлантике возникают мощные циклоны. Они достигают Европы и часто определяют погоду на всем ее пространстве до Урала.

Живая материя океана очень неравномерно распределяется по глубинам. В различных районах океана биомасса зависит от климатических условий и поступления солей азота и фосфора в поверхностные воды. В океане обитает великое множество растений и животных. От бактерий и одноклеточных зеленых водорослей фитопланктона до крупнейших на земле млекопитающих - китов, вес которых достигает 150 т. Все живые организмы составляют единую биологическую систему со своими законами существования и эволюции.

На дне океана очень медленно накапливаются рыхлые осадки. Это первая стадия образования осадочных горных пород. Для того, чтобы геологи, работающие на суше, могли правильно расшифровать геологическую историю той или иной территории, необходимо детально исследовать современные процессы осадкообразования.

Как выяснилось в последние десятилетия, земная кора под океаном обладает большой подвижностью. На дне океана образуются горные хребты, глубокие рифтовые долины, вулканические конусы. Словом, дно океана «живет» бурно, и нередко там возникают такие сильные землетрясения, что по поверхности океана стремительно бегут огромные опустошительные волны цунами.

Пытаясь исследовать природу океана - этой грандиозной сферы земли, ученые сталкиваются с определенными трудностями, для преодоления которых приходится применять методы всех основных естественных наук: физики, химии, математики, биологии, геологии. Обычно об океанологии говорят как о союзе различных наук, о федерации наук, объединенных предметом исследования. В таком подходе к изучению природы океана сказывается естественное стремление глубже проникнуть в его тайны и настоятельная необходимость глубоко и всесторонне знать характерные черты его природы.

Задачи эти очень сложны, и решать их приходится большим коллективом ученых и специалистов. Для того, чтобы представить, как именно это делается, рассмотрим три наиболее актуальных направления океанологической науки:

взаимодействие океана и атмосферы;
биологическая структура океана;
геология дна океана и его минеральные ресурсы.

Завершило многолетний неустанный труд старейшее советское научно-исследовательское судно «Витязь». Оно прибыло в Калининградский морской порт. Закончился 65-й прощальный рейс, продолжавшийся более двух месяцев.

Вот и сделана последняя «ходовая» запись в судовом журнале ветерана нашего океанологического флота, который за тридцать лет плаваний оставил за кормой более миллиона миль.

В беседе с корреспондентом «Правды» начальник экспедиции профессор А. А. Аксенов отметил, что 65-й рейс «Витязя», как и все предыдущие, оказался успешным. Во время комплексных исследований в глубоководных районах Средиземного моря и Атлантического океана получены новые научные данные, которые обогатят наши знания о жизни моря.

«Витязь» будет временно базироваться в Калининграде. Предполагается, что затем он станет базой для создания музея Мирового океана.

Несколько лет ученые многих стран работают по международному проекту ПИГАП (программа исследования глобальных атмосферных процессов). Цель этой работы - найти надежный метод прогноза погоды. Нет необходимости объяснять, насколько это важно. Можно будет заранее знать о засухе, о наводнениях, ливнях, сильных ветрах, жаре и холоде…

Пока никто не может дать такого прогноза. В чем главная трудность? Невозможно точно описать математическими уравнениями процессы взаимодействия океана и атмосферы.

Почти вся вода, выпадающая на сушу в виде дождя и слега, поступает в атмосферу с поверхности океана. Воды океана в районе тропиков сильно нагреваются, и течения разносят это тепло в высокие широты. Над океаном возникают огромные вихри - циклоны, которые определяют погоду на суше.

Океан - это кухня погоды… Но в океане очень мало постоянных станций наблюдения за погодой. Это немногочисленные острова и несколько автоматических плавучих станций.

Ученые пытаются построить математическую модель взаимодействия океана и атмосферы, но она должна быть реальной и точной, а для этого недостает многих данных о состоянии атмосферы над океаном.

Выход был найден в том, чтобы в небольшом районе океана очень точно и непрерывно проводить измерения с судов, с самолетов и метеорологических спутников. Такой международный эксперимент под названием «Тропекс» был проведен в тропической зоне Атлантического океана в 1974 г., и были получены очень важные данные для построения математической модели.

Необходимо знать всю систему течений в океане. Течения переносят тепло (и холод), питательные минеральные соли, нужные для развития жизни. Очень давно моряки начали собирать сведения о течениях. Это началось в XV- XVI вв., когда парусные суда вышли в открытый океан. В наше время все моряки знают, что существуют подробные карты поверхностных течений, и пользуются ими. Однако в последние 20-30 лет были сделаны открытия, которые показали, насколько неточны карты течений и насколько сложна общая картина циркуляции вод океана.

В экваториальной зоне Тихого и Атлантического океанов были исследованы, измерены и нанесены на карты мощные глубинные течения. Они известны как течение Кромвелла в Тихом и течение Ломоносова в Атлантическом океанах.

На западе Атлантического океана было открыто глубинное Антило-Гвианское противотечение. А под знаменитым Гольфстримом оказался Противогольфстрим.

В 1970 г. советские ученые провели очень интересное исследование. В тропической зоне Атлантического океана была установлена серия буйковых станций. На каждой станции непрерывно регистрировались течения на различных глубинах. Измерения длились полгода, причем периодически выполняли гидрологические съемки в районе измерений для получения данных об общей картине движения вод. После обработки и обобщения материалов измерений выяснилась очень важная общая закономерность. Оказывается, ранее существовавшее представление об относительно равномерном характере постоянного пассатного течения, которое возбуждается северными пассатными ветрами, не соответствует действительности. Не существует этого потока, этой громадной реки в жидких берегах.

В зоне пассатного течения движутся громадные вихри, водовороты, размером в десятки и даже сотни километров. Центр такого вихря перемещается со скоростью порядка 10 см/с, но на периферии вихря скорости течения значительно больше. Это открытие советских ученых было позднее подтверждено американскими исследователями, а в 1973 г. подобные вихри были прослежены в советских экспедициях, работавших на севере Тихого океана.

В 1977-1978 гг. был поставлен специальный эксперимент по изучению вихревой структуры течений в районе Саргассова моря на западе Северной Атлантики. На большом пространстве советские и американские экспедиции в течение 15 месяцев непрерывно вели измерения течений. Этот огромный материал еще не до конца проанализирован, но сама постановка задачи потребовала массовых специально поставленных измерений.

Особое внимание к так называемым синоптическим вихрям в океане вызвано тем, что именно вихри несут в себе наибольшую долю энергии течения. Следовательно, их тщательное изучение может существенно приблизить ученых к решению задачи о долгосрочном прогнозе погоды.

Еще одно интереснейшее явление, связанное с океанскими течениями, открыто в последние годы. К востоку и к западу от мощного океанского течения Гольфстрим обнаружены очень устойчивые так называемые ринги (кольца). Подобно реке, Гольфстрим имеет сильные изгибы (меандры). В некоторых местах меандры смыкаются, и образуется кольцо, в котором резко различается температура поды на периферии и в центре. Такие кольца прослежены также на периферии мощного течения Куросио в северо-западной части Тихого океана. Специальные наблюдения над рингами в Атлантическом и Тихом океанах показали, что эти образования очень устойчивы, сохраняют существенную разницу в температуре воды на периферии и внутри ринга в течение 2-3 лет.

В 1969 г. впервые были применены специальные зонды для непрерывного измерения температуры и солености на различных глубинах. До этого температуру измеряли ртутными термометрами в нескольких точках на разных глубинах и с этих же глубин в батометрах поднимали воду. Затем определяли соленость воды и наносили значения солености и температуры на график. Получали распределение этих свойств воды по глубине. Измерения в отдельных точках (дискретные) не позволяли даже предположить, что температура воды с глубиной изменяется так сложно, как это показали непрерывные измерения зондом.

Оказалось, что вся водная масса от поверхности до больших глубин разделяется на тонкие слои. Разница в температуре соседних горизонтальных слоев доходит до нескольких десятых градуса. Эти слои толщиной от нескольких сантиметров до нескольких метров существуют иногда несколько часов, иногда исчезают за несколько минут.

Первые измерения, сделанные в 1969 г., показались многим случайным явлением в океане. Не может быть, говорили скептики, чтобы могучие океанские волны и течения не перемешивали воду. Но в последующие годы, когда зондирование водной толщи точными приборами было проведено по всему океану, оказалось, что тонкослоистая структура водной толщи обнаруживается везде и всегда. Не вполне ясны причины этого явления. Пока объясняют его так: по той или иной причине в толще воды возникают многочисленные довольно четкие границы, разделяющие слои с различной плотностью. На границе двух слоев различной плотности очень легко возникают внутренние волны, которые перемешивают воду. В процессе разрушения внутренних волн возникают новые однородные слои, и границы слоев образуются на иных глубинах. Так этот процесс повторяется многократно, меняются глубина залегания и толщина слоев с резкими границами, но общий характер водной толщи остается неизменным.

В 1979 г. начался экспериментальный этап международной программы изучения глобальных атмосферных процессов (ПИГАП). Несколько десятков судов, автоматические наблюдательные станции в океане, специальные самолеты и метеорологические спутники, вся эта громада исследовательских средств работает на всем пространстве Мирового океана. Все участники этого эксперимента работают по единой согласованной программе для того, чтобы, сопоставляя материалы международного эксперимента, можно было построить глобальную модель состояния атмосферы и океана.

Бели принять во внимание, что кроме генеральной задачи - поиска надежного метода долгосрочного прогноза погоды, необходимо знать множество частных фактов, то общая задача физики океана представится весьма и весьма сложной: методы измерений, приборы, действие которых основано на применении самых современных электронных схем, довольно трудная обработка получаемой информации с обязательным использованием ЭВМ; построение весьма сложных и оригинальных математических моделей процессов, развивающихся в водной толще океана и на границе с атмосферой; постановка широких экспериментов в характерных районах океана. Таковы общие особенности современных исследований в области физики океана.

Особые трудности возникают при изучении живой материи в океане. Относительно недавно были получены необходимые материалы для общей характеристики биологической структуры океана.

Лишь в 1949 г. была открыта жизнь на глубинах более 6000 м. Позднее глубоководная фауна - фауна ультраабиссали оказалась интереснейшим объектом специального исследования. На таких глубинах условия существования очень стабильны в геологическом масштабе времени. Можно по сходству ультраабиссальной фауны установить былые связи отдельных океанических впадин и восстановить географические условия геологического прошлого. Так, например, сравнивая глубоководную фауну Карибского моря и восточной части Тихого океана, ученые установили, что в геологическом прошлом не было Панамского перешейка.

Несколько позднее было сделано поразительное открытие - в океане обнаружен новый тип животных - погонофоры. Тщательное исследование их анатомии, систематическая классификация составили содержание одного из выдающихся трудов в современной биологии - монографии А. В. Иванова «Погонофоры». Эти два примера показывают, насколько трудным оказалось изучение распределения жизни в океане и тем более общих закономерностей функционирования биологических систем океана.

Сопоставляя разрозненные факты, сравнивая биологию основных групп растений и животных, ученые пришли к важным выводам. Общая биологическая продукция Мирового океана оказалась несколько меньше аналогичной величины, характеризующей всю площадь суши, несмотря на то, что площадь океана в 2,5 раза больше, чем суши. Это связано с тем, что областями высокой биологической продуктивности являются периферия океана и области подъема глубинных вод. Остальное пространство океана - почти безжизненная пустыня, в которой можно встретить разве что крупных хищников. Отдельными оазисами в океанской пустыне оказываются лишь небольшие коралловые атоллы.

Другой важный вывод касается общей характеристики пищевых цепей в океане. Первым звеном пищевой цепи являются одноклеточные зеленые водоросли фитопланктона. Следующее звено - зоопланктон, далее планктоноядные рыбы и хищники. Существенное значение имеют дойные животные - бентос, также являющиеся пищей для рыб.

Воспроизводство в каждом звене пищевой цени таково, что продуцируемая биомасса в 10 раз превышает ее потребление. Иначе говоря, 90%, например, фитопланктона погибает естественным путем и только 10% служит пищей для зоопланктона. Установлено также, что рачки зоопланктона совершают в поисках пищи вертикальные суточные миграции. Совсем недавно удалось обнаружить в пищевом рационе рачков зоопланктона сгустки бактерий, причем этот вид пищи составил до 30% общего объема. Общий итог современных исследований биологии океана состоит в том, что найден подход и построена первая блоковая математическая модель экологической системы открытого океана. Это первый шаг на пути к искусственному регулированию биологической продуктивности океана.

Какими же методами пользуются биологи в океане?

Прежде всего, разнообразными орудиями лова. Мелкие организмы планктона отлавливаются специальными конусными сетями. В результате лова получают осредненное количество планктона в весовых единицах на единицу объема воды. Этими сетями можно облавливать отдельные горизонты водной толщи или «процеживать» воду от заданной глубины до поверхности. Донные животные отлавливаются различными орудиями, буксируемыми по дну. Рыбы и другие организмы нектона отлавливаются разноглубинными тралами.

Своеобразные методы применяются для изучения пищевых взаимоотношений различных групп планктона. Организмы «метят» радиоактивными веществами и затем определяют количество и темп выедания в последующем звене пищевой цепи.

В последние годы нашли применение физические методы косвенного определения количества планктона в воде. Один из этих методов основан на использовании лазерного луча, который как бы прощупывает поверхностный слой воды в океане и дает данные о суммарном количестве фитопланктона. Другой физический метод основан на использовании способности организмов планктона к свечению - биолюминесценции. Специальный батометр-зонд погружается в воду, и по мере погружения фиксируется интенсивность биолюминесценции, как показатель количества планктона. Этими методами очень быстро и полно получают характеристику распределения планктона во множестве точек зондирования.

Важным элементом изучения биологической структуры океана являются химические исследования. Содержание биогенных элементов (минеральных солей азота и фосфора), растворенного кислорода и ряд других важных характеристик среды обитания организмов определяют химическими методами. Особенно важны тщательные химические определения при изучении высокопродуктивных прибрежных районов - зон апвеллинга. Здесь, при регулярных и сильных ветрах с берега, происходит сильный сгоп воды, сопровождающийся подъемом глубинных вод и распространением их в мелководной области шельфа. Глубинные воды содержат в растворенном виде значительное количество минеральных солей азота и фосфора. Вследствие этого в зоне апвеллинга пышно расцветает фитопланктон и в конечном счете формируется область промысловых скоплений рыбы.

Прогноз и регистрация специфического характера среды обитания в зоне апвеллинга выполняются методами химии. Таким образом, и в биологии вопрос о допустимых и применяемых методах исследования решается в наше время комплексно. Широко применяя традиционные методы биологии, исследователи все шире используют методы физики и химии. Обработка материалов, а также обобщение их в виде оптимизированных моделей выполняются методами современной математики.

В области изучения геологии океана за последние 30 лет получено так много новых фактов, что пришлось решительно изменить многие традиционные представления.

Всего лишь 30 лет назад измерение глубины дна океана было исключительно трудным делом. Нужно было опускать в воду тяжелый лот с грузом, подвешенным на длинном стальном тросе. При этом результаты часто бывали ошибочными, а точки с измеренными глубинами отстояли одна от другой на сотни километров. Поэтому и господствовало представление о громадных пространствах океанического дна как о гигантских равнинах.

В 1937 г. впервые был применен новый метод измерения глубин, основанный на эффекте отражения звукового сигнала от дна.

Принцип измерения глубины эхолотом очень прост. Специальный вибратор, укрепленный в нижней части корпуса судна, излучает пульсирующие акустические сигналы. Сигналы отражаются от поверхности дна и улавливаются принимающим устройством эхолота. Время пробегания сигнала «туда и обратно» зависит от глубины, и на ленте при движении корабля вычерчивается непрерывный профиль дна. Серия таких профилей, разделенных относительно небольшими расстояниями, дает возможность провести на карте линии равных глубин - изобаты и изобразить донный рельеф.

Измерения глубин эхолотом изменили прежние представления ученых о рельефе дна океана.

Как же оно выглядит?

От берега тянется полоса, которую называют континентальным шельфом. Глубины на континентальном шельфе обычно не превышают 200-300 м.

В верхней зоне континентального шельфа идет непрерывное и бурное преобразование рельефа. Берег отступает под натиском волн, и одновременно под водой возникают большие скопления обломочного материала. Именно здесь образуются крупные залежи песка, гравия, гальки - превосходный строительный материал, раздробленный и отсортированный самой природой. Разнообразные косы, пересыпи, бары, в свою очередь, наращивают берег в другом месте, отделяют лагуны, перегораживают устья рек.

В тропической зоне океана, где вода очень чистая и теплая, вырастают грандиозные коралловые сооружения - береговые и барьерные рифы. Они тянутся на сотни километров. Коралловые рифы служат убежищем для великого множества организмов и вместе с ними образуют сложную и необыкновенную биологическую систему. Словом, верхняя зона шельфа «живет» бурной геологической жизнью.

На глубинах 100-200 м геологические процессы как бы замирают. Рельеф становится выровненным, на дне много выходов коренных пород. Разрушение скал идет очень медленно.

На внешнем крае шельфа, обращенном к океану, круче становится падение поверхности дна. Иногда уклоны достигают 40-50°. Это материковый склон. Его поверхность рассекают подводные каньоны. Здесь происходят напряженные, порой катастрофические процессы. На склонах подводных каньонов накапливается ил. Временами устойчивость скоплений внезапно нарушается, и по дну каньона низвергается грязевой поток.

Грязевой поток достигает устья каньона, и здесь основная масса песка и крупных обломков, отлагаясь, образует конус выноса - подводную дельту. За пределы материкового подножия выходит мутьевой поток. Нередко отдельные конусы выноса соединяются, и у материкового подножия образуется сплошная полоса рыхлых осадков большой мощности.

53% площади дна занимает ложе океана, та область, которая до недавнего времени считалась равниной. В действительности рельеф ложа океана довольно сложный: поднятия различного строения и происхождения делят его на огромные котловины. Размеры океанических котловин можно оценить хотя бы по одному примеру: северная и восточная котловины Тихого океана занимают площадь большую, чем вся Северная Америка.

На большом пространстве самих котловин господствует холмистый рельеф, иногда встречаются отдельные подводные горы. Высота гор океана достигает 5-6 км, и их вершины нередко возвышаются над водой.

В других районах ложе океана пересекают громадные пологие валы шириной в несколько сот километров. Обычно на этих валах располагаются вулканические острова. В Тихом океане, например, есть Гавайский вал, на котором расположена цепь островов с действующими вулканами и лавовыми озерами.

Со дна океана во многих местах поднимаются вулканические конусы. Иногда вершина вулкана достигает поверхности воды, и тогда возникает остров. Некоторые из таких островов постепенно разрушаются и скрываются под водой.

В Тихом океане обнаружено несколько сотен вулканических конусов с явными следами действия волн на плоских вершинах, погруженных на глубину 1000-1300 м.

Эволюция вулканов может быть и иной. На вершине вулкана поселяются рифообразующие кораллы. При медленном погружении кораллы надстраивают риф, и с течением времени образуется кольцевой остров - атолл с лагуной в середине. Рост кораллового рифа может продолжаться очень долго. На некоторых атоллах Тихого океана было проведено бурение, с тем чтобы определить мощность толщи коралловых известняков. Оказалось, что она достигает 1500. Это значит, что вершина вулкана опускалась медленно - приблизительно на протяжении 20 тыс. лет.

Изучая рельеф дна и геологическое строение твердой коры океана, ученые пришли к некоторым новым выводам. Земная кора под дном океана оказалась значительно тоньше, чем на материках. На материках мощность твердой оболочки Земли - литосферы - достигает 50-60 км, а в океане не превышает 5-7 км.

Оказалось также, что литосфера суши и океана различна по составу пород. Под слоем рыхлых пород - продуктов разрушения поверхности суши лежит мощный гранитный слой, который подстилается базальтовым слоем. В океане гранитный слой отсутствует, и рыхлые отложения лежат прямо на базальтах.

Еще более важным оказалось открытие грандиозной системы горных цепей на дне океана. Горная система срединно-океанических хребтов тянется через все океаны на 80 000 км. По своим размерам подводные хребты сравнимы лишь с величайшими горами на суше, например с Гималаями. Гребни подводных хребтов обычно рассечены вдоль глубокими ущельями, которые были названы рифтовыми долинами, или рифтами. Их продолжение прослеживается и на суше.

Ученые поняли, что глобальная система рифтов - явление очень важное в геологическом развитии всей нашей планеты. Начался период тщательного изучения системы рифтовых зон, и в скором времени были получены столь значительные данные, что произошло резкое изменение представлений о геологической истории Земли.

Сейчас ученые вновь обратились к полузабытой гипотезе дрейфа континентов, высказанной немецким ученым А. Вегенером в начале века. Было выполнено тщательное сопоставление контуров материков, разделенных Атлантическим океаном. При этом геофизик Я. Буллард совмещал контуры Европы и Северной Америки, Африки и Южной Америки не по береговым линиям, а по срединной линии материкового склона, приблизительно по изобате 1000 м. Очертания обоих берегов океана совпали так точно, что даже завзятые скептики не могли сомневаться в действительном огромном горизонтальном перемещении материков.

Особенно убедительны были данные, полученные во время геомагнитных съемок в области срединно-океанических хребтов. Выяснилось, что излившаяся базальтовая лава постепенно смещается в обе стороны от гребня хребта. Таким образом, было получено прямое доказательство расширения океанов, раздвижения земной коры в области рифта и в соответствии с этим дрейфа континентов.

Глубинное бурение в океане, которое несколько лет ведется с американского судна «Гломар Челленджер», вновь подтвердило факт расширения океанов. Установили даже среднюю величину расширения Атлантического океана - несколько сантиметров в год.

Удалось также объяснить повышенную сейсмичность и вулканизм на периферии океанов.

Все эти новые данные послужили основанием для создания гипотезы (часто ее называют теорией, настолько убедительны ее аргументы) тектоники (подвижности) литосферных плит.

Первоначальная формулировка этой теории принадлежит американским ученым Г. Хессу и Р. Дитцу. Позднее ее развили и дополнили советские, французские и другие ученые. Смысл новой теории сводится к представлению о том, что жесткая оболочка Земли - литосфера - разделена на отдельные плиты. Эти плиты испытывают горизонтальные перемещения. Силы, приводящие в движение литосферные плиты, порождаются конвективными течениями, т. е. течениями глубинного огненно-жидкого вещества Земли.

Расплывание плит в стороны сопровождается образованием срединно-океанических хребтов, на гребнях которых возникают зияющие трещины рифтов. Через рифты происходит излияние базальтовой лавы.

В других областях литосферные плиты сближаются и сталкиваются. В этих столкновениях, как правило, рождается поддвиг края одной плиты под другую. На периферии океанов известны такие современные зоны поддвига, где часто возникают сильнейшие землетрясения.

Теория тектоники литосферных плит подтверждается множеством фактов, добытых за последние пятнадцать лет в океане.

Общей основой современных представлений о внутреннем строении Земли и процессах, происходящих в ее недрах, служит космогоническая гипотеза академика О. Ю. Шмидта. По его представлениям, Земля, как и другие планеты Солнечной системы, образовалась путем слипания холодного вещества пылевого облака. Дальнейшее нарастание Земли происходило путем захвата новых порций метеоритного вещества при прохождении через пылевое облако, некогда окружавшее Солнце. По мере нарастания планеты происходило погружение тяжелых (железных) метеоритов и всплывание легких (каменных). Этот процесс (разделение, дифференциация) был столь мощным, что внутри планеты вещество расплавлялось и разделялось на тугоплавкую (тяжелую) часть и легкоплавкую (более легкую). Одновременно действовал и радиоактивный разогрев во внутренних частях Земли. Все эти процессы привели к образованию тяжелого внутреннего ядра, более легкого внешнего ядра, нижней и верхней мантии. Геофизические данные и расчеты показывают, что в недрах Земли таится огромная энергия, действительно способная к решительным преобразованиям твердой оболочки - литосферы.

Основываясь на космогонической гипотезе О. 10. Шмидта, академик А. П. Виноградов разработал геохимическую теорию происхождения океана. А. П. Виноградов путем точных расчетов, а также экспериментов по изучению дифференциации расплавленного вещества метеоритов установил, что водная масса океана и атмосферы Земли образовалась в процессе дегазации вещества верхней мантии. Этот процесс продолжается и в наше время. В верхней мантии действительно происходит непрерывная дифференциация вещества, и наиболее легкоплавкая его часть проникает на поверхность литосферы в виде базальтовой лавы.

Представления о строении земной коры и ее динамике постепенно уточняются.

В 1973 и 1974 гг. в Атлантическом океане была осуществлена необычная подводная экспедиция. В заранее выбранном районе Срединно-Атлантического хребта были выполнены глубоководные погружения подводных аппаратов и был детально исследован небольшой по размеру, но очень важный участок океанского дна.

Исследуя дно с надводных судов в период подготовки экспедиции, ученые детально изучили рельеф дна и обнаружили такой район, внутри которого было глубокое ущелье, рассекающее вдоль гребень подводного хребта - рифтовая долина. В этом же районе находится хорошо выраженный в рельефе трансформный разлом - поперечный по отношению к гребню хребта и рифтовому ущелью.

Такая типичная структура дна - рифтовое ущелье, трансформный разлом, молодые вулканы, была обследована с трех подводных судов. В экспедиции участвовали французский батискаф «Архимед» с обеспечивающим его работу специальным судном «Марсель ле Биан», французская подводная лодка «Сиана» с судном «Норуа», американское исследовательское судно «Кнорр», американская подводная лодка «Алвин» с судном «Лулу».

Всего было сделано 51 глубоководное погружение за два сезона.

При выполнении глубоководных погружений до 3000 м экипажи подводных судов столкнулись с некоторыми затруднениями.

Первое, что поначалу сильно усложняло исследования, это невозможность определить местоположение подводного аппарата в условиях сильно расчлененного рельефа.

Подводный аппарат должен был двигаться, сохраняя расстояние от дна не более 5 м. На крутых склонах и пересекая узкие долины, батискаф и подводные лодки не могли пользоваться системой акустических маяков, так как подводные горы препятствовали прохождению сигналов. По этой причине была введена в действие бортовая система на обеспечивающих судах, с помощью которой определяли точное место подводного судна. С обеспечивающего судна следили за подводным аппаратом и руководили его движением. Иногда была и прямая опасность для подводного аппарата, и однажды такая ситуация возникла.

17 июля 1974 г. подводная лодка «Алвин» буквально застряла в узкой трещине и в течение двух с половиной часов осуществляла попытки выйти из западни. Экипаж «Алвин» проявил удивительную находчивость и хладнокровие - после выхода из западни не всплыл на поверхность, но продолжал исследования еще два часа.

В дополнение к непосредственным наблюдениям и измерениям из подводных аппаратов, когда выполнялось фотографирование и сбор образцов, в районе работ экспедиции было сделано бурение с известного специального судна «Гломар Челленджер».

Наконец, с борта исследовательского судна «Кнорр» регулярно проводились геофизические измерения, дополнявшие работу наблюдателей подводных аппаратов.

В результате в небольшом районе дна было сделано 91 км маршрутных наблюдений, 23 тысячи фотографий, собрано более 2 т образцов горных пород и сделано более 100 видеозаписей.

Научные результаты этой экспедиции (она известна под названием «Famous») очень важны. Впервые были применены подводные аппараты не просто для наблюдений подводного мира, но для целеустремленного геологического исследования, подобного тем подробным съемкам, которые геологи ведут на суше.

Впервые были получены прямые доказательства перемещения литосферных плит вдоль границ. В данном случае исследовалась граница между Американской и Африканской плитами.

Была определена ширина зоны, которая расположена между движущимися литосферными плитами. Неожиданно оказалось, что эта зона, где земная кора образует систему трещин и где происходит излияние базальтовой лавы на поверхность дна, то есть формируется новая земная кора, эта зона имеет ширину менее километра.

Очень важное открытие было сделано на склонах подводных холмов. В одном из погружений подводного аппарата «Сиана» на склоне холма были обнаружены трещиноватые рыхлые отдельности, сильно отличающиеся от различных обломков базальтовой лавы. После всплытия «Сианы» было установлено, что это марганцевая руда. Более подробное обследование района распространения марганцевых руд привело к открытию древнего гидротермального месторождения на поверхности дна. Повторные погружения дали новые материалы, доказывающие, что действительно вследствие выхода на поверхность дна термальных вод из недр дна в этом небольшом участке дна лежат руды железа и марганца.

Во время экспедиции возникало множество технических проблем и бывали неудачи, но драгоценный опыт целеустремленных геологических исследований, полученный в течение двух сезонов, тоже важный результат этого необыкновенного океанологического эксперимента.

Методы изучения строения земной коры в океане отличаются некоторыми особенностями. Рельеф дна изучается не только с помощью эхолотов, но также локаторов бокового обзора и специальными эхолотами, которые дают картину рельефа в пределах полосы, равной по ширине глубине места. Эти новые методы дают результаты более точные и более правильно позволяют изобразить рельеф на картах.

На научно-исследовательских судах проводится гравиметрическая съемка с помощью набортных гравиметров, съемка магнитных аномалий. Эти данные дают возможность судить о строении земной коры под океаном. Основной метод исследования - это сейсмическое зондирование. В толще воды помещают небольшой заряд взрывчатки и производят взрыв. Специальное приемное устройство регистрирует время вступления отраженных сигналов. Вычислениями определяют скорость распространения продольных волн, вызванных взрывом в толще земной коры. Характерные величины скоростей дают возможность разделять литосферу на несколько слоев различного состава.

В настоящее время в качестве источника используют пневматические устройства или электрический разряд. В первом случае в воде происходит выброс (практически мгновенно) небольшого объема воздуха, сжатого в специальном устройстве давлением 250-300 атм. На небольшой глубине воздушный пузырь резко расширяется и этим самым имитируется взрыв. Частое повторение таких взрывов, вызываемых устройством, которое называют воздушной пушкой, дает непрерывный профиль сейсмического зондирования и, следовательно, достаточно подробный профиль строения земной коры на всем протяжении галса.

Аналогичным образом используется профилограф с электрическим разрядником (спаркер). В этом варианте сейсмической аппаратуры мощность разряда, возбуждающего колебания, обычно невелика, и пользуются спаркером для изучения мощности и распределения неуплотненных слоев донных отложений.

Для изучения состава донных отложений и получения их образцов применяют различные системы грунтовых трубок и дночерпателей. Грунтовые трубки имеют, в зависимости от задачи исследования, различный диаметр, обычно несут на себе тяжелый груз для максимального заглубления в грунт, иногда имеют внутри поршень и несут на нижнем конце тот или иной замыкатель (кернопрерыватель). Трубка погружается в воду и в осадок на дне на ту или иную глубину (но обычно не более 12-15 м), и извлеченный таким образом керн, обычно называемый колонкой, поднимается на палубу судна.

Дночерпатели, представляющие собой грейферного типа устройства, как бы вырезают небольшой монолит поверхностного слоя донного грунта, который доставляется на палубу судна. Разработаны модели дночерпателей самовсплывающие. Они позволяют обойтись без троса и палубной лебедки и значительно упрощают способ получения образца. В прибрежных районах океана на малых глубинах применяют вибропоршневые грунтовые трубки. С их помощью удается получить колонки длиной до 5 м на песчаных грунтах.

Очевидно, все перечисленные приборы нельзя использовать для получения образцов (кернов) донных пород, уплотненных и имеющих мощность десятки и сотни метров. Эти образцы получают с помощью обычных буровых установок, смонтированных на судах. Для относительно небольших глубин шельфа (до 150-200 м) используют специальные суда, несущие буровую вышку и устанавливаемые в точке бурения на нескольких якорях. Удержание судна в точке осуществляется путем регулирования натяжения цепей, идущих к каждому из четырех якорей.

На глубинах в тысячи метров в открытом океане постановка судна на якорь технически неосуществима. Поэтому разработан специальный метод динамического позиционирования.

Буровое судно выходит в заданную точку, причем точность определения места обеспечивается специальным навигационным устройством, принимающим сигналы с искусственных спутников Земли. Затем на дно устанавливается довольно сложное устройство типа акустического маяка. Сигналы этого маяка принимает система, установленная на судне. После получения сигнала специальные электронные устройства определяют смещение судна и мгновенно выдают команду на подруливающие устройства. Включается нужная группа гребных винтов и положение судна восстанавливается. На палубе судна глубинного бурения размещены буровая вышка с установкой вращательного бурения, большой набор труб и специальное устройство для подъема и свинчивания труб.

Буровое судно «Гломар Челленджер» (пока единственное) осуществляет работы по международному проекту глубоководного бурения в открытом океане. Уже пробурено более 600 скважин, причем наибольшая глубина проходки скважин составила 1300 м. Материалы глубоководного бурения дали столько новых и неожиданных фактов, что интерес к их изучению чрезвычайный. При исследовании дна океана применяют много разнообразных приемов и методов, и можно ожидать в недалеком будущем появления новых методов, использующих новые принципы измерений.

В заключение следует кратко упомянуть об одной задаче в общей программе исследований океана - об изучении загрязнения. Источники загрязнения океана разнообразны. Сброс промышленных и бытовых стоков из прибрежных предприятий и городов. Состав загрязняющих веществ здесь чрезвычайно разнообразен: от отходов атомной промышленности до современных синтетических моющих средств. Значительное загрязнение создают сбросы с океанских судов, а порой и катастрофические разливы нефти при авариях танкеров и морских нефтяных скважин. Есть еще один способ загрязнения океана - через атмосферу. Воздушные течения переносят на громадные расстояния, например, свинец, попадающий в атмосферу с выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. В процессе газообмена с атмосферой свинец попадает в воду и обнаруживается, например, в антарктических водах.

Определения загрязнения организованы в настоящее время в специальную международную систему наблюдений. При этом систематические наблюдения над содержанием загрязняющих веществ в воде возложены на соответствующие суда.

Наибольшее распространение в океане имеет загрязнение нефтепродуктами. Для контроля над ним применяют не только химические методы определения, но большей частью оптические методы. На самолетах и вертолетах устанавливают специальные оптические устройства, с помощью которых определяют границы площади, покрытой нефтяной пленкой, и даже толщину пленки.

Природа Мирового океана, этой, образно выражаясь, огромной экологической системы нашей планеты, еще недостаточно изучена. Доказательством такой оценки служат недавние открытия в различных областях океанологии. Методы изучения Мирового океана довольно разнообразны. Несомненно, в будущем, по мере того как будут найдены и применены новые методы исследования, наука обогатится новыми открытиями.

Разделы