Учебное пособие «Физика природной среды»



страница5/26
Дата10.05.2016
Размер1.48 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   26

1.8. Рельеф дна и глубины Мирового океана

1.8.1. Уровень Мирового океана

Поверхность, нормальная в каждой своей точек направлению равнодействующей всех сил, действующих на частицу воды, называется уровенной поверхностью. Реально такая поверхность может возникнуть в том случае, если частицы вещества обладают достаточной подвижностью, что и имеет место для вод Мирового океана.

Если бы слои Земли с различной плотностью располагались концентрично, то под действием силы тяжести уровенная поверхность приняла бы форму эллипсоида вращения. Но так как твердое вещество планеты, имеющее различную плотность, по крайней мере в верхних слоях ее, распределено неравномерно, уровенная поверхность имеет несколько иную форму. Эта поверхность называется поверхностью геоида.

Отклонение поверхности соответствующего эллипсоида от поверхности геоида называется высотой геоида. Максимальное значение этой высоты, превышающее 100 м, наблюдается в Индийском океане. Среднее значение высоты геоида для всего Мирового океана составляет 30 м.

Пересечение уровенной поверхности с поверхностью твердой оболочки планеты называется урезом воды, или уровнем Мирового океана; от него производится отсчет высот и глубин.

Непрерывное изменение уровня Мирового океана, с одной стороны, и необходимость ведения отсчетов глубин и высот от некоторой стабильной линии с другой, привели к необходимости определять среднее значение уровня, которое для данной эпохи принимается за нулевое и является началом отсчета высот и глубин.

Эта задача оказалась не простой, и для ее решения в первую очередь потребовались длинные ряды наблюдений за уровнем. Для этой цели в каждой «морской» стране имеется несколько (по числу морей) пунктов наблюдений. Один из этих пунктов — наиболее технически совершенный — считается главным. С результатами наблюдений, проведенных на главном пункте, сравниваются результаты наблюдений, полученные на других пунктах страны. В России такой пункт — Кронштадтский футшток — находится в Кронштадте. Все пункты привязаны к общей триангуляционной сети страны.

Для измерения уровня имеется два основных способа: с помощью футштока и с помощью мареографа. В настоящее время разрабатываются и уточняются специальные способы наблюдений со спутников.



Футшток представляет собой рейку с сантиметровыми делениями, устанавливаемую на дне у берега или прикрепленную к скале, а иногда к искусственному сооружению, омываемому водой. Футшток стараются расположить в таком месте, которое защищено от ветровых, корабельных волн и других короткопериодных возмущений поверхности моря, затрудняющих отсчеты уровня по рейке. Футшток позволяет осуществлять визуальные разовые отсчеты положения уровня в конкретный момент времени.

Мареограф состоит из поплавка, помещенного в колодец, соединяющийся с морем узким каналом или трубой. Цепь от поплавка с противовесом перекинута через блок. Вертикальные перемещения поплавка в колодце, происходящие при изменении уровня, механическим или иным путем фиксируются по углу поворота оси блока на ленте, расположенной на барабане, вращающемся от часового механизма. Таким образом мареограф фиксирует непрерывное изменение уровня океана во времени. Мареограф располагается в специальном закрытом помещении. Узкий канал или труба небольшого сечения позволяет фильтровать короткопериодные изменения положения уровня. Положение футштока или мареографа связываются с геодезической меткой, расположенной поблизости на скальных выходах или крупном здании.

1.8.2. Рельеф дна Мирового океана

Участок дна от уреза воды до глубин в 200 м называется материковой отмелью или шельфом. Он очень полог (угол наклона меньше 3°–4°) и является как бы подводным продолжением материка. Материковая отмель непрерывной полосой окаймляет материки, но ширина ее не постоянна и изменяется в пределах от 20 км (Скандинавский полуостров) до 900 км (Восточно-Сибирское море).

Следующий по мере удаления от берега участок дна называется материковым склоном. Это фундамент материка. Наклон его составляет 4°–7°, в иных местах достигает 13° и даже, хотя и совсем редко, 20°–40°. Материковый склон характеризуется глубинами от 200 до 2000 м и большой расчлененностью рельефа: резким контрастом глубин, наличием подводных каньонов и т. д. Это — переходная зона от материкового типа земной коры к океаническому, характерному для ложа океана. Сложность рельефа материкового склона иногда более характерна, чем его положение в определенном интервале глубин.

Далее простирается глубоководная область дна — ложе океана. Средний угол наклона здесь очень мал — не превышает 1°. Глубины ложа океана изменяются от 2000 до 6000 м. В пределах ложа океана встречаются глубоководные впадины и желоба с максимальными глубинами, превышающими 10000 м. Ложу принадлежит большая часть площади дна Мирового океана. Об этом говорят следующие цифры, характеризующие в процентах доли различных областей дна по отношению к общей площади:


Материковая отмель (шельф) 8,4%


Материковый склон 9,3%

Ложе океана 80,8%

Глубоководные впадины 1,5%
В связи с приливно-отливными явлениями в океане значительные по площади прибрежные участки шельфа осушаются, а затем вновь покрываются водой. С другой стороны, определенные прибрежные участки суши периодически оказываются залитыми водой во время прилива. Эти особые области по обе стороны от уреза воды, соответствующего среднему уровню океана, называются литоралью.

Наиболее удобным способом изображения рельефа дна являются карты с линиями одинаковых глубин, или, как их называют, изобатами. Этот способ впервые был применен французским гидрографом Бюашем еще в 1737 г. при составлении карты рельефа дна Ла-Манша. Для большей наглядности участки между соседними изобатами окрашивают в разные тона синего цвета..

Выделяют различные формы рельефа дна океана:

крупные формы рельефа дна: котловины, возвышенности, поднятия, хребты, области разломов земной коры — рифтовые зоны;

средние формы рельефа дна: плато, глубоководные впадины, желоба, пороги, каньоны;

мелкие формы рельефа дна: горы, вулканы, банки.

Крупные формы рельефа наблюдаются на всей площади ложа океана. Глубоководные впадины располагаются обычно на его окраинах и часто параллельно берегам материков, вдоль которых тянутся горные цепи, вдоль гряд островов. Пороги — это области дна с резким перепадом глубин в относительно узких областях океанов, в проливах. Часто они являются естественными границами морей и океанов. Подводные каньоны — не очень глубокие узкие впадины в области материкового склона и даже иногда шельфа, простирающиеся перпендикулярно береговой черте. Нередко они являются продолжением обычных каньонов, а также ущелий на берегу. Подводные каньоны зачастую являются местами зарождения и распространения придонных суспензионных потоков. Банки — районы малых глубин, образованные вершинами подводных возвышенностей и отдельных подводных гор.

1.8.3. Измерение глубины океана

Долгое время измерение глубин производилось лишь для навигационных целей. При подходах к берегу или при движении по мелководью глубины с корабля измерялись ручным лотом. Лот представлял собой линь (шнур) с вплетенными в него через определенные расстояния метками, к концу которого прикреплялся груз. Лот опускался со стоящего судна или на малом ходу забрасывался в направлении движения со специального открытого мостика. Отсчет проводили, когда лотлинь находился в отвесном положении, а груз достигал дна.

Первым, кто пытался определить глубину в открытом океане, был, вероятно, Магеллан. Это происходило посреди Тихого океана. Но дна не достали. Прошло около 300 лет, прежде чем возобновились попытки таких измерений, но и они долгое время были неудачными. Исследователи вытравливали в океан огромное количество лотлиня, как потом оказалось, больше, чем глубина океана в этом месте, но дна не обнаруживали, т. к. лотлинь продолжал сматываться под действием собственного веса и тогда, когда груз достигал дна.

Постепенно выявились две основные трудности измерения больших глубин в океане: трудность точного определения момента касания груза со дном и трудность определения отклонений лотлиня от вертикали на различных глубинах, происходящих под действием дрейфа корабля и переменных по глубине течений.

Для преодоления первой трудности предлагались усовершенствованные конструкции лотлиней. Так в 1854 году мичман флота США Брук предложил конструкцию лота с отделяющимся грузом. Во время плавания на «Челленджере» Вильям Томсон (впоследствии лорд Кельвин) изобрел лот, в котором трос, а впоследствии специальная цинковая проволока, сматывающаяся с вьюшки, притормаживался, Причем вес, действующий на тормоз, постепенно увеличивался так, чтобы он все время равнялся весу вытравленной проволоки. Таким образом, лот погружался только под действием веса груза и, как только он достигал дна, сматывание прекращалось. Глубиномерами подобного рода пользуются и сейчас. Наиболее известны глубиномеры Сигсби, Леблана, Люкаса.

Однако даже современные механические способы определения глубины не обладают большой точностью. На точности отрицательно сказываются ветровое волнение, зыбь, вызывающие качку, вертикальные перемещения судна. Влияет на точность дрейф судна и течения, отклоняющие от вертикального направления трос лота. Правда, в случае наклона троса вводится поправка, для чего специальным угломером определяется наклон участка троса над водой. Но эта поправка недостаточно точна, так как угол наклона троса отнюдь не постоянен по всей его длине. В настоящее время определение глубин механическими способами осуществляется с погрешностью до 3%.

Недостатком механических способов определения глубин океана является громоздкость требуемого оборудования и, главное, необходимость остановки судна при измерениях.

Эти недостатки отсутствуют у акустического глубиномера — эхолота. Этот прибор измеряет глубину по времени, за которое звуковая волна от источника, расположенного в днище корабля, доходит до дна и, отражаясь, возвращается к приемнику звука, который также находится на корабле. Зная скорость звука в воде, можно рассчитать глубину моря.

Скорость звука в воде зависит от температуры, солености и давления, т. е. в основном от плотности воды. Средняя скорость звука в морской воде составляет 1500 м/с. Как видим, погрешность измерения глубины с помощью эхолота будет зависеть и от знания вертикального распределения указанных параметров. В значительной мере именно по этой причине погрешности современных эхолотов не меньше погрешности механических глубиномеров и составляют порядка 3%.

Благодаря использованию эхолотов за относительно небольшой промежуток времени удалось определить общий рельеф практически всего дна Мирового океана.



1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   26


База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница