1001 вопрос об океане и 1001 ответ - Гарольд Дубах

Ее можно рассчитать, зная температуру, соленость и глубину — три основные характеристики, измеряемые на океанографических станциях. В течение многих лет этот метод был единственным. В последние годы скорость звука в морской воде стали измерять непосредственно. Измерители скорости звука работают на принципе измерения отрезка времени, за который звуковой импульс проходит определенное расстояние.

237. На какое расстояние может распространяться звук в океане?

Звуковые колебания, возникшие при подводном взрыве, произведенном исследовательским судном Колумбийского университета «Вема» в 1960 г., были зарегистрированы на расстоянии 12 000 миль. В подводном звуковом канале у побережья Австралии была взорвана глубинная бомба, и примерно через 144 мин звуковые колебания достигли Бермудских островов, то есть почти противоположной точки земного шара.

238. Что такое звуковой канал?

Это зона, в которой скорость звука сначала уменьшается с глубиной до некоторого минимума, а затем увеличивается за счет роста давления. Возбуждаемые в этой зоне звуковые волны не могут из нее выйти, так как искривляясь возвращаются к оси канала. Попав в такой канал, звук может пройти тысячи миль.

239. Что такое СОФАР?

Это сокращение английских слов «sound fixing and ranging» (обнаружение источников звука и измерение расстояния до них). В системе СОФАР используется звуковой канал на глубинах 600 — 1200 м. По засечкам с нескольких станций приема можно установить местоположение источника звука в этом канале с точностью до 1 мили. Во время второй мировой войны с помощью этой системы удалось спасти многих летчиков, сбитых над морем. На их самолетах имелись небольшие бомбы, которые взрывались под действием давления при достижении глубины залегания звукового канала.

240. Что такое гидролокатор?

Гидролокатор работает на том же принципе, что и радиолокатор, только вместо радиоволн в нем используются звуковые (акустические) волны. Гидролокатор может быть активным или пассивным. Активная система излучает звуковые колебания и принимает отраженный сигнал, или эхосигнал. Для определения расстояния надо взять половину произведения скорости звука на время, прошедшее между излучением звукового импульса и приемом отраженного сигнала. Пассивная система работает в режиме прослушивания, и с ее помощью можно определить лишь направление, в котором находится источник звука. Гидролокатор используется для обнаружения подводных лодок, навигации, поиска косяков рыбы и для определения глубины. В последнем случае гидролокатор представляет собой обычный эхолот.

241. Что такое рефракция и отражение звуковых волн?

Вследствие различий в плотности морской воды звуковые волны в океане не распространяются прямолинейно. Направление их искривляется вследствие изменения скорости звука в воде. Это явление и называется рефракцией. Кроме того, звуковая энергия рассеивается на взвесях и морских организмах, отражается от поверхности и дна и рассеивается на них и, наконец, ослабляется при распространении сквозь толщу воды.

242. Чем вызываются шумы моря?

К шумам моря относятся шумы волн и прибоя, шумы, вызываемые атмосферными осадками, сейсмической и вулканической деятельностью, и, наконец, звуки, издаваемые рыбами и прочими морскими организмами. Шумы, вызванные движением судна, работой механизмов, добывающих полезные ископаемые, а также шумы, создаваемые во время подводных и надводных океанографических работ, возникающие вне самих платформ и измерительной аппаратуры, тоже считаются шумами моря.

Волны, приливы, течения

243. Отчего возникают волны?

Те волны; которые мы привыкли видеть на поверхности воды, образуются главным образом под действием ветра. Однако волны могут вызываться и другими причинами: подводными землетрясениями или извержениями подводных вулканов. Приливы также представляют собой волны.

244. Как образуются ветровые волны?

При скорости ветра менее 1 м/сек на спокойной поверхности моря образуются волны ряби, или капиллярные волны. При усилении ветра возникают более крупные и заметные гравитационные волны. Когда скорость ветра достигает 7–8 м/сек, на вершинах волн начинают образовываться барашки.

245. Почему при одинаковой скорости ветра на поверхности моря образуется больше барашков, чем на поверхности озера?

Исследования, проведенные Е. С. Монаханом из Вудс-Холского океанографического института, показали, что это объясняется присутствием соли в морской воде. Барашки состоят из множества мелких пузырьков воздуха, образующихся при опрокидывании вершин волн. Исследования д-ра Монахана подтвердили предположение о том, что в соленой воде образуются более мелкие пузырьки, чем в пресной. Из его результатов также следует, что в соленой воде эти пузырьки сохраняются дольше. В этом легко убедиться на простом опыте: перелейте пресную воду из одного стакана в другой, а затем повторите это, добавив в воду поваренной соли.

246. Чем определяется максимальная высота волн?

Максимальная высота волн зависит от скорости ветра, длительности действия ветра и разгона — расстояния, на котором ветер продолжает действовать на возникшую и бегущую волну. Обычно высота волн, выраженная в метрах, составляет не более половины скорости ветра, выраженной в узлах, хотя отдельные волны могут быть и выше.

247. Как зависит максимальная высота волн от разгона?

В общем, чем больше разгон, тем выше волны. Однако, если разгон превышает 1000 миль, высота волн не будет заметно увеличиваться. Максимальную высоту штормовых волн можно рассчитать по формуле: где Н — высота волн в метрах, F — разгон в милях.

248. Перемещаются ли вместе с волнами частицы воды?

Когда смотришь на волны, то кажется, что массы воды движутся поступательно в определенном направлении, иногда со значительной скоростью. На самом же деле частицы воды совершают в основном круговое движение. Перемещается форма волны, сами же частицы смещаются лишь незначительно. В этом легко убедиться, наблюдая за поведением поплавка на волне.

249. Почему опрокидываются гребни воды?

Основание волны тормозится, так как частицы воды здесь движутся навстречу волне. Гребень же, то есть вершина волны, движется быстрее, поэтому он наклоняется в сторону движения и в конце концов опрокидывается.

250. Почему волны прибоя обычно параллельны берегу?

Волны могут подходить к берегу под любым углом, но когда они достигают мелководья, то ближний к берегу край волнового фронта тормозится сильнее, так что волновой фронт разворачивается параллельно берегу.

251. Как велика энергия волны?

Кинетическая энергия волн огромна. При ударе о берег волны высотой 1 м с периодом[24] 10 сек на 1 милю побережья приходится мощность более 35 тыс. л. с. Об энергии волн весьма наглядное представление дают те разрушения, которые они вызывают. На побережье Шотландии волны выломали из пирса и передвинули сцементированный каменный блок весом 1350 т. Через пять лет был снесен поставленный взамен прежнего пирс весом 2600 т. Инженеры измерили силу прибоя в этом месте побережья Шотландии: оказалось, что давление при ударе волны достигает 29 т/м 2. На побережье Орегона волны забросили обломок скалы весом 60 кг на крышу маяка, расположенную на высоте 28 м от уровня моря.

252. Только ли кинетической энергией волн вызываются повреждения волноломов?

В волнах заключена огромная энергия, и чем круче берег и больше прибрежные глубины, тем большая энергия содержится в волнах, подходящих к берегу. Отмели же и прибрежные бары служат эффективными буферами, которые поглощают энергию волн прежде, чем они достигнут берега. Следует, однако, заметить, что когда в береговые расщелины внезапно ударяет большая волна, она действует наподобие пневматического молота, так как при этом захватывается и сжимается до большого давления некоторый объем воздуха. Подобным же образом на доли секунды может быть сжат до огромного давления и воздух, захваченный при обрушивании гребня волны. По мнению специалистов, это давление может достигать 60–80 т/м 2 и приводить к эффекту типа взрыва.

253. Воздействуют ли волны на дно глубокого моря?

Глубина, до которой распространяется действие волн, определяется не их высотой, а главным образом длиной. С глубиной волновые движения быстро затухают[25] и не оказывают воздействия на дно в глубоководных районах.

254. Почему небольшие волны иногда вызывают сильную качку судна?

Если удары волн в борт судна совпадают по фазе с собственной качкой судна, то даже сравнительно небольшие волны могут сильно раскачать его. Точно так же, раскачивая качели, важно толкнуть не посильнее, а вовремя.