Юлен Очаковский - Свет в море

Если длительное время периодически зондировать прозрачность в толще воды, устанавливая каждый раз положение мутного слоя, залегающего над слоем скачка плотности и температуры, то можно получить представление о параметрах внутренних волн: их амплитуде и периоде.

В последние годы в Тихом и Атлантическом океанах на больших глубинах были обнаружены мощные мутные слои воды. Так, в сентябре 1965 г. американские исследователи с помощью нефелометра зафиксировали над дном Алеутской впадины насыщенный частицами слой толщиной 900 м. Появление этих мутных вод во впадине специалисты связывают с действием так называемых мутьевых потоков, возникших в результате землетрясений. Их роль еще не ясна. Предполагают, в частности, что они способны «пропиливать» глубокие подводные каньоны. Для исследования этого интересного природного явления, видимо, наиболее эффективными следует признать оптические методы. Обнаружение глубинных слоев мутной воды проще всего осуществлять оптическими приборами — прозрачномерами или нефелометрами. Кстати, американские исследователи так и назвали эти слои — нефелоидные. Последующее детальное их изучение можно проводить, сочетая измерение прозрачности и характеристик рассеяния с подводным фотографированием, а в будущем — и с подводным телевидением.

Остановимся еще на одном геологическом разделе океанологии, где оптика моря в состоянии оказать существенную помощь. Речь идет о береговых процессах.

Беспрестанная работа волн приводит к изменению морских берегов. Необходимо зорко следить за тем, чтобы прекрасный пляж, который служит тысячам людей, не был разрушен и унесен морем, не говоря уже о том, что унесенный материал способен совершенно занести морской порт. Поэтому надо детально анализировать, куда и как переносится обломочный береговой материал. Волны и течения могут нести его вдоль и поперек берега. Здесь и потоки гальки — «каменные реки», и мельчайшие взвешенные частицы (объект исследования оптиков моря).

Перемещение взмученных частиц у южных берегов Балтийского моря изучал с помощью фотоэлектрического прозрачномера немецкий исследователь Г. Люнебург. С этой же целью на подводной лаборатории «Черномор» был установлен прозрачномер, сконструированный в Южном отделении Института океанологии. Потоки мелких иловых частиц нередко имеют внушительные размеры. Такой поток, простирающийся на 1200 км, известен у берегов южноамериканского континента.

Оптика моря весьма успешно помогает океанологии и в таком важном и сложном вопросе, как распознавание вод различного происхождения. Часто такие воды отличаются не только по основным гидрологическим характеристикам — температуре и солености, но и по содержанию взвешенных частиц, а следовательно, по прозрачности. Даже когда прозрачность разнородных вод, переносимых мощными океанскими течениями, одинакова, все же удается разграничить их, используя оптические методы.

Рис. 23.Блок-диаграмма прозрачности вод тропической части Индийского океана. Стрелками указано направление основных течений, пунктиром — границы между течениями.

На рис. 23 представлена блок-диаграмма прозрачности вод тропической части Индийского океана, построенная по результатам исследований «Витязя». На ней указаны границы течений, определенные гидрологическими методами. Легко видеть, что границы совпадают с зонами мутных вод, вытянутых вдоль течений. Понижение прозрачности в граничных зонах связано с различными динамическими процессами, которые стимулируют накопление там минеральных частиц и развитие фито- и зоопланктона.

Воды открытого океана и внутренних морей весьма рельефно отличаются друг от друга содержанием «желтого вещества», о концентрации которого в море легко судить по измерениям прозрачности в синей или ультрафиолетовой части спектра.

Можно было бы привести еще много примеров, когда оптика моря оказывается полезной при океанологических исследованиях.

Изучая естественный свет в толще моря, мы прежде всего должны задаться вопросом: что представляет собой свет, освещающий его поверхность?

Каждую секунду в результате ядерных реакций в недрах Солнца 564 млн. т водорода превращаются в 560 млн. т гелия; 4 млн. т солнечного водорода излучаются в космос в виде тепла и света.

Энергетическая мощность излучения Солнца оценивается в 3,86∙10 23квт. Если выразить энергию Солнца в калориях в секунду и просуммировать всю энергию, излучаемую им за год, мы получим величину, примерно равную 3∙10 33кал. Конечно, наша планета из этого количества получает ничтожную часть — всего лишь около одной двухмиллиардной доли, т. е. 10 24кал., но и это — огромное количество энергии.

Основной характеристикой излучательной способности Солнца принято считать солнечную постоянную, т. е. мощность солнечного излучения, приходящегося на один квадратный сантиметр поверхности, перпендикулярной к падающим лучам и расположенной вне земной атмосферы. Более ли менее точно измерить непосредственно величину солнечной постоянной удалось лишь с открытием космической эры. По современным данным, она составляет 2,00 кал/мин∙см 2, или 1394 вт/м 2.

При прохождении земной атмосферы энергия прямого солнечного излучения ослабевает, частично поглощаясь и частично рассеиваясь. Величина энергии, достигающей поверхности моря, не является постоянной, так как зависит от многих факторов. Чем ниже над горизонтом Солнце, тем большую толщу атмосферы надо преодолеть его лучам и тем больше, следовательно, потери на поглощение и рассеяние. Если путь, который проходит луч в атмосфере, когда Солнце находится в зените, принять за единицу (в метеорологии ее называют «масса атмосферы»), то из приведенных данных можно наглядно представить себе, насколько этот путь увеличивается при понижении высоты Солнца.

Таким образом, когда Солнце только взошло над горизонтом, его лучам надо преодолеть толщу атмосферы в 27 раз большую, чем когда оно находится в зените. Вторым основным фактором, значительно влияющим на ослабление потока солнечной радиации, является прозрачность атмосферы в данном конкретном месте и в данный момент. Чем больше частичек пыли, капель воды, кристалликов льда содержится в атмосфере, тем менее она прозрачна и тем большие потери солнечной энергии мы наблюдаем.