خلاصه درس دنیای اطراف با موضوع "اقیانوس منجمد شمالی". آیا همه چیز را در مورد خواص یخ می دانیم؟ چگونه فرآیندهای فیزیکی پیچیده را برای کودک توضیح دهیم

همه می دانند که یخ آب یخ زده است، یا بهتر است بگوییم، در حالت جامد از تجمع است. ولی چرا یخ در آب فرو نمی‌رود، بلکه روی سطح آن شناور است؟

آب یک ماده غیرعادی با خواص نادر و حتی غیرعادی است. در طبیعت، بیشتر مواد با گرم شدن منبسط می شوند و وقتی سرد می شوند منقبض می شوند. به عنوان مثال، جیوه در یک دماسنج از طریق یک لوله باریک بالا می رود و افزایش دما را نشان می دهد. از آنجایی که جیوه در دمای -39 درجه سانتیگراد یخ می زند، برای دماسنج هایی که در محیط های با دمای خشن استفاده می شوند، مناسب نیست.

آب نیز هنگام گرم شدن منبسط می شود و در هنگام سرد شدن منقبض می شود. با این حال، در محدوده خنک کننده از حدود +4 درجه سانتیگراد تا 0 درجه سانتیگراد منبسط می شود. به همین دلیل است که اگر آب لوله های آب یخ زده و توده های بزرگ یخ تشکیل شده باشد، در زمستان می توانند ترکیده باشند. فشار یخ روی دیواره های لوله به اندازه ای است که باعث ترکیدن آنها شود.

انبساط آب

از آنجایی که آب هنگام سرد شدن منبسط می شود، چگالی یخ (یعنی شکل جامد آن) کمتر از چگالی آب مایع است. به عبارت دیگر، حجم معینی از یخ کمتر از همان حجم آب وزن دارد. این با فرمول m = ρV منعکس می شود، که در آن V حجم جسم، m جرم جسم، ρ چگالی ماده است. یک رابطه معکوس بین چگالی و حجم وجود دارد (V = m/ρ)، یعنی با افزایش حجم (با سرد شدن آب)، همان جرم چگالی کمتری خواهد داشت. این خاصیت آب منجر به تشکیل یخ در سطح مخازن - حوضچه ها و دریاچه ها می شود.

فرض کنید چگالی آب 1 است. سپس چگالی یخ 0.91 خواهد بود. با تشکر از این شکل، ما می توانیم ضخامت شناور یخی که روی آب شناور است را دریابیم. به عنوان مثال، اگر یک یخ دارای ارتفاع بالای آب 2 سانتی متر باشد، می توان نتیجه گرفت که لایه زیر آب آن 9 برابر ضخیم تر است (یعنی 18 سانتی متر) و ضخامت کل یخ 20 سانتی متر است.

در ناحیه قطب شمال و جنوب زمین، آب یخ می زند و کوه های یخ را تشکیل می دهد. برخی از این کوه های یخی شناور بسیار بزرگ هستند. بزرگترین کوه یخی شناخته شده برای بشر را با مساحت 31000 متر مربع می دانند. کیلومتر که در سال 1956 در اقیانوس آرام کشف شد.

آب در حالت جامد چگونه حجم خود را افزایش می دهد؟ با تغییر ساختار آن. دانشمندان ثابت کرده اند که یخ دارای ساختار باز با حفره ها و حفره هایی است که وقتی ذوب می شوند با مولکول های آب پر می شوند.

تجربه نشان می دهد که نقطه انجماد آب با افزایش فشار تقریباً یک درجه به ازای هر 130 اتمسفر کاهش می یابد.

مشخص است که در اقیانوس ها در اعماق زیاد دمای آب زیر 0 º C است و در عین حال یخ نمی زند. این با فشار ایجاد شده توسط لایه های بالایی آب توضیح داده می شود. لایه ای از آب به ضخامت یک کیلومتر با نیرویی در حدود 100 اتمسفر پرس می کند.

مقایسه چگالی آب و یخ

آیا چگالی آب می تواند کمتر از چگالی یخ باشد و آیا این بدان معناست که در آن غرق می شود؟ پاسخ این سوال مثبت است که با آزمایش زیر به راحتی قابل اثبات است.

از فریزر که دمای آن 5- درجه سانتیگراد است، یک تکه یخ به اندازه یک سوم لیوان یا کمی بیشتر می گیریم. بیایید آن را در یک سطل آب با دمای +20 ºС قرار دهیم. ما چه چیزی را مشاهده می کنیم؟ یخ به سرعت فرو می رود و فرو می رود و به تدریج شروع به ذوب شدن می کند. این اتفاق می افتد زیرا آب در دمای +20 درجه سانتیگراد در مقایسه با یخ در دمای -5 درجه سانتیگراد چگالی کمتری دارد.

تغییراتی در یخ (در دما و فشار بالا) وجود دارد که به دلیل چگالی بیشتر، در آب فرو می‌روند. ما در مورد یخ به اصطلاح "سنگین" - دوتریوم و تریتیوم (اشباع شده با هیدروژن سنگین و فوق سنگین) صحبت می کنیم. علیرغم وجود همان حفره های موجود در یخ پروتیوم، در آب فرو می رود. برخلاف یخ «سنگین»، یخ پروتیوم فاقد ایزوتوپ‌های هیدروژن سنگین است و 16 میلی‌گرم کلسیم در هر لیتر مایع دارد. فرآیند تهیه آن شامل تصفیه 80٪ از ناخالصی های مضر است که به همین دلیل آب پروتیوم بهینه ترین برای زندگی انسان در نظر گرفته می شود.

معنی در طبیعت

شناور بودن یخ بر روی سطح آب نقش مهمی در طبیعت دارد. اگر آب این خاصیت را نداشت و یخ به ته می رفت، این امر منجر به یخ زدن کل مخزن و در نتیجه مرگ موجودات زنده ساکن در آن می شد.

هنگامی که هوای سرد رخ می دهد، ابتدا در دمای بالاتر از +4 ºС، آب سردتر از سطح مخزن فرو می رود و آب گرم (سبک تر) بالا می رود. به این فرآیند گردش عمودی (اختلاط) آب می گویند. هنگامی که در کل مخزن به +4 ºС می رسد، این فرآیند متوقف می شود، زیرا از سطح آب در حال حاضر در +3 ºС سبک تر از آنچه در زیر است می شود. آب منبسط می شود (حجم آن تقریباً 10٪ افزایش می یابد و چگالی آن کاهش می یابد. در نتیجه این واقعیت که لایه سردتر در بالا قرار دارد، آب روی سطح یخ می زند و پوشش یخی ظاهر می شود. یخ به دلیل ساختار کریستالی خود، هدایت حرارتی ضعیفی دارد، به این معنی که گرما را حفظ می کند. لایه یخ به عنوان نوعی عایق حرارتی عمل می کند. و آب زیر یخ گرمای خود را حفظ می کند. به لطف خواص عایق حرارتی یخ، انتقال "سرما" به لایه های پایینی آب به شدت کاهش می یابد. بنابراین، حداقل یک لایه نازک از آب تقریبا همیشه در انتهای یک مخزن باقی می ماند که برای زندگی ساکنان آن بسیار مهم است.

بنابراین، +4 ºС - دمای حداکثر چگالی آب - دمای بقای موجودات زنده در یک مخزن است.

در زندگی روزمره استفاده کنید

در بالا ذکر شد احتمال ترکیدن لوله های آب هنگام یخ زدن آب وجود دارد. برای جلوگیری از آسیب به سیستم آبرسانی در دماهای پایین، نباید هیچ وقفه ای در تامین آب گرمی که از طریق لوله های گرمایش جریان می یابد وجود داشته باشد. اگر در هوای سرد آب در رادیاتور باقی بماند، یک وسیله نقلیه در معرض خطر مشابهی قرار می گیرد.

حال بیایید در مورد جنبه دلپذیر خواص بی نظیر آب صحبت کنیم. اسکیت روی یخ برای کودکان و بزرگسالان بسیار سرگرم کننده است. آیا تا به حال فکر کرده اید که چرا یخ اینقدر لغزنده است؟ به عنوان مثال، شیشه نیز لغزنده است و همچنین صاف تر و جذاب تر از یخ است. اما اسکیت روی آن سر نمی خورد. فقط یخ چنین خاصیت لذت بخش خاصی دارد.

واقعیت این است که تحت وزن وزن ما به تیغه نازک اسکیت فشار وارد می شود که به نوبه خود باعث فشار روی یخ و آب شدن آن می شود. در این حالت یک فیلم نازک از آب تشکیل می شود که تیغه فولادی اسکیت روی آن می لغزد.

تفاوت انجماد موم و آب

آزمایشات نشان می دهد که سطح یک مکعب یخ برآمدگی خاصی را تشکیل می دهد. این به دلیل این واقعیت است که انجماد در وسط آخرین اتفاق می افتد. و در طول انتقال به حالت جامد گسترش می یابد، این برآمدگی حتی بیشتر می شود. این را می توان با سخت شدن موم، که برعکس، یک فرورفتگی ایجاد می کند، خنثی کرد. این با این واقعیت توضیح داده می شود که موم پس از تبدیل شدن به حالت جامد منقبض می شود. مایعاتی که در هنگام یخ زدن به طور یکنواخت منقبض می شوند، سطحی تا حدودی مقعر تشکیل می دهند.

برای انجماد آب، سرد کردن آن تا نقطه انجماد 0 درجه سانتیگراد کافی نیست.

آب مخلوط با نمک

افزودن نمک خوراکی به آب نقطه انجماد آن را کاهش می دهد. به همین دلیل است که در زمستان به جاده ها نمک پاشیده می شود. آب نمک در 8- درجه سانتیگراد و کمتر یخ می زند، بنابراین تا زمانی که دما حداقل به این نقطه کاهش پیدا نکند، یخ زدن رخ نمی دهد.

مخلوط یخ و نمک گاهی اوقات به عنوان یک "مخلوط خنک کننده" برای آزمایش های دمای پایین استفاده می شود. هنگامی که یخ ذوب می شود، گرمای نهان مورد نیاز برای تبدیل را از محیط اطراف خود جذب می کند و در نتیجه آن را خنک می کند. این کار آنقدر گرما را جذب می کند که دما می تواند به کمتر از -15 درجه سانتیگراد برسد.

حلال جهانی

آب خالص (فرمول مولکولی H 2 0) رنگ، طعم و بو ندارد. مولکول آب از هیدروژن و اکسیژن تشکیل شده است. وقتی مواد دیگری (محلول و نامحلول در آب) وارد آب می شود، آلوده می شود و به همین دلیل است که آب مطلقاً خالص در طبیعت وجود ندارد. تمام موادی که در طبیعت وجود دارند می توانند به درجات مختلف در آب حل شوند. این توسط خواص منحصر به فرد آنها - حلالیت در آب تعیین می شود. بنابراین، آب یک "حلال جهانی" در نظر گرفته می شود.

ضامن دمای پایدار هوا

آب به دلیل ظرفیت گرمایی بالا به آرامی گرم می شود، اما با این وجود، فرآیند خنک سازی بسیار کندتر اتفاق می افتد. این باعث می شود که اقیانوس ها و دریاها بتوانند گرما را در تابستان جمع کنند. انتشار گرما در زمستان اتفاق می افتد، به همین دلیل در طول سال تغییر شدیدی در دمای هوا در قلمرو سیاره ما وجود ندارد. اقیانوس ها و دریاها منبع اصلی و طبیعی گرمای روی زمین هستند.

کشش سطحی

نتیجه

این واقعیت که یخ غرق نمی شود، اما روی سطح شناور می شود، با چگالی کمتر آن در مقایسه با آب توضیح داده می شود (چگالی ویژه آب 1000 کیلوگرم بر متر مکعب، یخ - حدود 917 کیلوگرم در متر مکعب). این تز نه تنها برای یخ، بلکه برای هر جسم فیزیکی دیگری نیز صادق است. به عنوان مثال، چگالی یک قایق کاغذی یا یک برگ پاییزی بسیار کمتر از چگالی آب است که شناور بودن آنها را تضمین می کند.

با این حال، خاصیت آب برای داشتن چگالی کمتر در حالت جامد در طبیعت بسیار نادر است، استثنایی از قاعده کلی. فقط فلز و چدن (آلیاژی از آهن فلزی و کربن غیرفلزی) خواص مشابهی دارند.

کودکان خردسال اغلب سوالات جالبی از بزرگسالان می پرسند و آنها همیشه نمی توانند بلافاصله به آنها پاسخ دهند. برای اینکه فرزندتان احمق به نظر نرسد، توصیه می کنیم با یک پاسخ کامل و مفصل و مستدل در مورد شناوری یخ آشنا شوید. بالاخره شناور می شود نه غرق می شود. چرا این اتفاق می افتد؟

چگونه فرآیندهای فیزیکی پیچیده را برای کودک توضیح دهیم؟

اولین چیزی که به ذهن می رسد تراکم است. بله، در واقع، یخ شناور است زیرا چگالی آن کمتر از . اما چگونه به کودک توضیح دهیم که چگالی چیست؟ هیچ کس موظف نیست برنامه درسی مدرسه را به او بگوید، اما کاملاً امکان پذیر است که همه آن را به چیزی که هست خلاصه کنیم. به هر حال، در واقع، حجم یکسان آب و یخ وزن های متفاوتی دارد. اگر مشکل را با جزئیات بیشتری مطالعه کنیم، می‌توانیم به غیر از تراکم، چندین دلیل دیگر را نیز بیان کنیم.
نه تنها به این دلیل که چگالی کاهش یافته آن مانع از فرو رفتن آن در پایین تر می شود. دلیل آن نیز این است که حباب های کوچک هوا در یخ منجمد شده اند. آنها همچنین چگالی را کاهش می دهند، و بنابراین، به طور کلی، معلوم می شود که وزن صفحه یخ حتی کمتر می شود. وقتی یخ منبسط می‌شود، هوای بیشتری وارد نمی‌کند، اما تمام حباب‌هایی که از قبل در این لایه هستند، تا زمانی که یخ شروع به ذوب یا تصعید کند، در آنجا باقی می‌مانند.

انجام آزمایشی بر روی نیروی انبساط آب

اما چگونه می توانید ثابت کنید که یخ در واقع در حال انبساط است؟ به هر حال، آب نیز می تواند منبسط شود، پس چگونه می توان این را در شرایط مصنوعی ثابت کرد؟ می توانید یک آزمایش جالب و بسیار ساده انجام دهید. برای این کار به یک لیوان پلاستیکی یا مقوایی و آب نیاز دارید. مقدار لازم نیست زیاد باشد، لازم نیست لیوان را تا لبه پر کنید. همچنین، در حالت ایده آل شما به دمایی در حدود 8- درجه یا کمتر نیاز دارید. اگر دما خیلی بالا باشد، تجربه به طور غیر منطقی طولانی خواهد بود.
بنابراین، آب داخل آن ریخته می شود، باید منتظر بمانیم تا یخ تشکیل شود. از آنجایی که ما دمای بهینه را انتخاب کرده ایم که در آن حجم کمی از مایع ظرف دو تا سه ساعت به یخ تبدیل شود، می توانید با خیال راحت به خانه بروید و منتظر بمانید. باید صبر کنید تا تمام آب به یخ تبدیل شود. بعد از مدتی به نتیجه نگاه می کنیم. فنجانی که در اثر یخ تغییر شکل داده یا پاره شده باشد تضمین شده است. در دمای پایین تر، اثرات چشمگیرتر به نظر می رسند و خود آزمایش زمان کمتری می برد.

پیامدهای منفی

به نظر می رسد که یک آزمایش ساده تأیید می کند که بلوک های یخ واقعاً با کاهش دما منبسط می شوند و حجم آب به راحتی هنگام یخ زدن افزایش می یابد. به عنوان یک قاعده، این ویژگی برای افراد فراموشکار مشکلات زیادی ایجاد می کند: یک بطری شامپاین که برای مدت طولانی در بالکن در شب سال نو باقی مانده است، به دلیل قرار گرفتن در معرض یخ می شکند. از آنجایی که نیروی انبساط بسیار زیاد است، به هیچ وجه نمی توان آن را تحت تأثیر قرار داد. خوب، در مورد شناوری بلوک های یخ، در اینجا چیزی برای اثبات وجود ندارد. کنجکاوترین افراد به راحتی می توانند آزمایش مشابهی را در بهار یا پاییز به تنهایی انجام دهند و سعی کنند تکه های یخ را در یک گودال بزرگ غرق کنند.

تقریبا یک دهم سطح زمین به طور دائم با یخ پوشیده شده است. حدود 90 درصد از این مقدار از صفحات یخی قطب جنوب و گرینلند به دست می آید. 10 درصد باقیمانده متعلق به یخچال های طبیعی کوهستانی است. جالب اینجاست که پوشش قطب جنوب 1.5 برابر بیشتر از پوشش ایالات متحده است و یخ در اینجا 9 برابر بیشتر از وسعت یخی گرینلند است.

ساکنان مناطق شمالی از یخ به عنوان آب آشامیدنی استفاده می کنند. جالب اینجاست که وقتی آب دریا یخ می زند، حاوی حداقل نمک است. بنابراین، ساکنان جزایر دریای شمالی یا مناطق قطبی، به عنوان مثال اسکیموها، می توانند از یخ ذوب شده نیز استفاده کنند.

به طور طبیعی، در مناطق شمالی، جایی که جنگل وجود ندارد، یخ نیز دومین کاربرد خود را پیدا می کند - برای ساخت خانه ها. از نظر بیرونی ، چنین خانه ای (به آنها ایگلو می گویند) شبیه یک کاسه نیمکره ای است که وارونه شده است. از بلوک های یخی بزرگ ساخته شده است. آنها از طریق یک پسوند کوچک - یک سایبان وارد ایگلو می شوند. یخ رسانایی حرارتی نسبتاً کمی دارد و بنابراین داخل ایگلو به سرعت گرمتر از بیرون می شود.

کاشفان قطب شمال، که اولین کسانی بودند که چنین کلبه های یخی را دیدند، از اینکه با یخبندان سی درجه در بیرون، دمای داخل ایگلو تقریباً صفر بود، شگفت زده شدند. ایگلوها در میان اسکیموهای آمریکای شمالی و گرینلند رایج بودند.

با استفاده از چنین خانه‌هایی، اسکیموها می‌توانستند در حین شکار، مسافت‌های طولانی را روی یخ طی کنند. تجربیات اسکیموها توسط دانشمندانی که در ایستگاه های قطبی کار می کردند، پذیرفته شد. قبلاً در اولین ایستگاه قطب شمال، یک ایستگاه رادیویی در خانه یخی نصب شده بود.

مطالعه یخ بسیار مهم است: یخ های فسیلی حفظ شده در یخچال های طبیعی کوهستانی و اعماق قطب جنوب نوعی وقایع نگاری از دوران دور را تشکیل می دهند. سن آنها صدها هزار سال است.

واقعیت این است که برفی که روی سطح یخچال می افتد به تدریج به یخ سست و دانه ای با هوای زیاد تبدیل می شود. به تدریج، کرک متراکم تر می شود و یخ تشکیل می دهد که در آن حباب های ریزی باقی می ماند. دانشمندان آنها را با حفاری در یخچال استخراج کرده و در آزمایشگاه آنها را مطالعه می کنند.

با تجزیه و تحلیل هوای گذشته های دور، دانشمندان متوجه می شوند که آب و هوای زمین چگونه بوده است، بادها از کجا می وزند و چه نوع غباری را با خود حمل می کنند. از یخ های فسیلی بود که دانشمندان متوجه شدند که نه یک، بلکه دو یخبندان بزرگ روی زمین وجود دارد و آنها در طول 220 هزار سال گذشته رخ داده اند.

چگونه آب به یخ تبدیل می شود؟

بیایید ببینیم که چگونه آب در یک برکه به یخ تبدیل می شود. با سرد شدن هوا، لایه بالایی آب خنک می شود. لایه سرد بالایی آب نسبت به لایه های زیرین گرم سنگین تر می شود و به سمت پایین فرو می رود. این روند تا زمانی ادامه می یابد که تمام آب حوض تا دمای حدود 4 درجه سانتی گراد خنک شود.

اما دمای هوا در حال کاهش است! هنگامی که لایه های بالایی آب تا دمای کمتر از 4 درجه سانتیگراد خنک می شوند، روی سطح باقی می مانند. واقعیت این است که آبی که تا دمای کمتر از 4 درجه سانتیگراد خنک شود، اساسا سبک تر می شود!

بنابراین، لایه های بالایی آب آماده یخ زدن هستند. هنگامی که دما در نقطه انجماد صفر درجه سانتیگراد یا کمتر از آن باقی می ماند، کریستال های ریز شروع به تشکیل می کنند.

هر یک از این کریستال ها شش پرتو دارد. هنگامی که آنها با هم ترکیب می شوند، یخ را تشکیل می دهند و به زودی پوسته ای از یخ روی سطح آب تشکیل می شود. گاهی اوقات یخ شفاف است، گاهی اوقات شفاف نیست. چرا؟ واقعیت این است که وقتی قطرات آب یخ می زنند، حباب های ریز هوا آزاد می شوند. آنها به پرتوهای کریستال های یخ می چسبند. هر چه کریستال‌های یخ بیشتر تشکیل شود، حباب‌های هوا بیشتر می‌شود - این یخ مات است.

اگر آب زیر یخ حرکت کند، حباب های هوا جمع شده و یخ شفاف تشکیل می شود.

آب نیز مانند برخی دیگر از مواد، در هنگام انتقال از حالت مایع به جامد، حجم خود را کاهش نمی دهد. وقتی آب یخ می زند، یک نهم حجمش منبسط می شود، یعنی وقتی نه لیتر آب یخ می زند، ده لیتر یخ جامد به دست می آید! وقتی رادیاتور و لوله آب ماشین در زمستان می ترکد به این دلیل است که آب یخ می زند و حجمش افزایش می یابد!

به عنوان یک قاعده، برای یک فرد عادی کاملاً غیرقابل درک است که این افراد چه می کنند.
مردم آنجا، "در بالای زمین"، در شرایط یخبندان شدید، شب قطبی،
روی یک شناور یخی که هر لحظه ممکن است بشکند و بدون راحتی معمول
تمدن مدرن وقتی خواستم در مورد علمی صحبت کنم
تحقیق در مورد یک شناور یخ به معاون علمی SP-36، ولادیمیر
چورون، متفکرانه در پاسخ گفت: "میدونی، من هم بدم نمیاد بفهمم
در مورد آن!"

راه های زیادی برای کشف قطب شمال وجود دارد. مجتمع های علمی خودکار - ایستگاه های هواشناسی و اقیانوس شناسی، شناورهای تعادل جرم، که در یخ منجمد می شوند و امکان تعیین افزایش یا تغییر جرم پوشش یخ را فراهم می کنند (به هر حال، چنین شناور روی SP-37 کار می کند) - جمع آوری داده ها را بسیار تسهیل می کند، اما محدودیت های خود را دارد. البته، وسوسه انگیز است که در دفتر بنشینید در حالی که داده ها از طریق ارتباطات ماهواره ای از یک سیستم، به عنوان مثال، ایستگاه های هیدرولوژیکی خودکار - پهلوگیری یا شناورهای شناور می رسند. اما در یک سال، بیش از 50٪ از چنین شناورهای (بسیار گران قیمت) معمولاً از بین می روند - در این منطقه، شرایط کار حتی برای تجهیزاتی که مخصوص این کار طراحی شده اند به دلیل پویایی میدان های یخ (همه زدن، فشرده سازی) بسیار دشوار است.

راه دیگر برای به دست آوردن اطلاعات علمی از طریق سنجش از دور زمین است. ماهواره های علمی (متاسفانه نه روسیه) امکان به دست آوردن اطلاعات در مورد شرایط یخ را در محدوده مرئی، فروسرخ، رادار و مایکروویو فراهم می کنند. این داده ها عمدتاً برای اهداف کاربردی استفاده می شود: برای هدایت کشتی ها، برای جستجوی شناورهای یخ مناسب برای ایستگاه های رانش. در خود ایستگاه های رانش، آنها در کار کمک می کنند - به عنوان مثال، در SP-36 از آنها برای تعیین محل مناسب برای ساخت باند استفاده شد. با این حال، اطلاعات ماهواره باید با مقایسه آن با مشاهدات واقعی تأیید شود - ضخامت یخ به طور مستقیم اندازه گیری شده، سن آن (هنوز امکان اندازه گیری مستقیم این داده ها از یک ماهواره وجود ندارد).

ایستگاه‌های علمی (که قبلاً مسکونی شده‌اند) را می‌توان با انجماد کشتی‌ها در یخ نیز قرار داد (این روش توسط Fridtjof Nansen آزمایش شد). گاه به گاه، چنین پروژه هایی انجام می شود، نمونه هایی از قایق بادبانی فرانسوی تارا یا پروژه آمریکایی-کانادایی SHEBA که شامل یک کشتی در حال حرکت در دریای بوفورت است. پروژه مشابهی برای یخ شکن هسته ای آرکتیکا در نظر گرفته شد اما در نهایت به دلایل مختلف رها شد. با این حال، کشتی های یخ زده تنها پایگاه خوبی برای زندگی پرسنل علمی و تامین انرژی برای مجموعه علمی است. برای جمع‌آوری داده‌های علمی، مردم همچنان باید به سمت یخ بروند تا تأثیرات خارجی را حذف کنند. علاوه بر این، انجماد کشتی ها گران است (و حواس کشتی ها را از کار اصلی خود منحرف می کند).


ولادیمیر چورون می گوید: «به نظر من، یخ رانش یک سکوی باربر طبیعی است که هم برای میزبانی یک مجتمع علمی و هم برای زندگی مردم در آن بهینه ترین بستر است. "این به شما امکان می دهد برای مدت طولانی حرکت کنید و داده های علمی خالص را بدون هیچ گونه تأثیر خارجی به دست آورید. البته افراد روی یخ از مقداری آسایش محروم هستند، اما به نام علم باید این را تحمل کنیم. البته به دست آوردن داده های علمی باید به صورت جامع و با استفاده از تمام ابزارهای موجود - ایستگاه های رانش، اکتشافات هوایی، رصد ماهواره ای، شناورهای خودکار و شناورهای اعزامی علمی انجام شود.

ولادیمیر چورون به Popular Mechanics توضیح می دهد: «برنامه علمی SP-36 بسیار گسترده و موفق بود. این شامل مشاهدات هواشناسی، هواشناسی و هیدرولوژیکی و همچنین مطالعاتی در مورد خواص پوشش یخ و برف بود. اما تحقیقات مربوط به یونوسفر و میدان مغناطیسی زمین که در زمان شوروی در ایستگاه‌های رانش مورد توجه زیادی قرار گرفت، اکنون به ایستگاه‌های قطبی ثابت در سرزمین اصلی و جزایر منتقل شده است.

هوا

آغاز کار ایستگاه با لحظه رسمی برافراشتن پرچم روسیه بر فراز اتاق مشخص نمی شود. به طور رسمی، ایستگاه رانش کار خود را از لحظه ارسال اولین گزارش هواشناسی به AARI و از آنجا به شبکه جهانی هواشناسی آغاز می کند. از آنجایی که قطب شمال به عنوان آشپزخانه آب و هوا شناخته می شود، این داده ها اطلاعات بسیار ارزشمندی را در اختیار هواشناسان قرار می دهد. مطالعه باریک (فشار، سرعت و جهت باد در ارتفاعات مختلف) و پروفایل های دمای جو با استفاده از کاوشگرها تا ارتفاع 30 کیلومتری نه تنها برای پیش بینی آب و هوا استفاده می شود - این داده ها بعداً می توانند برای اهداف علمی اساسی استفاده شوند، مانند به عنوان مدل های اصلاح کننده فیزیک جو، و برای موارد کاربردی - به عنوان مثال، پشتیبانی از پروازهای هواپیما. هواشناسان و هواشناسان مسئول همه این داده ها هستند.

کار یک هواشناس ممکن است ساده به نظر برسد - گرفتن داده های هواشناسی و ارسال آن به Roshydromet. برای این کار مجموعه ای از حسگرها بر روی دکل آب و هوای 10 متری قرار گرفته اند که سرعت و جهت باد، دما و رطوبت، دید و فشار را اندازه گیری می کند. تمام اطلاعات، از جمله از سنسورهای راه دور (دمای برف و یخ، شدت تابش خورشیدی)، به ایستگاه هواشناسی سرازیر می شود. اگرچه داده ها از راه دور از ایستگاه گرفته می شود، اما همیشه نمی توان اندازه گیری ها را بدون مراجعه به سایت هواشناسی انجام داد. فنجان بادسنج ها و محافظ تشعشع غرفه هواشناسی، جایی که سنسورهای دما و رطوبت در آن قرار دارند، یخ می زنند، آنها باید از یخ زدگی پاک شوند (برای دسترسی به بالای دکل، دومی "شکستنی" است. مهندس هواشناس SP-36، ایلیا بابکوف، توضیح می‌دهد. A در طول فصل ذوب، طناب‌ها باید دائماً تقویت شوند تا دکل ثابت بماند. علاوه بر این، ایستگاه برای کار در چنین شرایط یخبندان شدید، زیر - 40 درجه سانتیگراد طراحی نشده است، بنابراین ما یک دستگاه گرمایشی در آنجا نصب کردیم - یک لامپ رشته ای معمولی 40 وات. البته ایستگاه هایی برای چنین دماهای پایینی طراحی شده اند، اما دقت کمتری دارند.»

بالای 10 متر مساحت کار هواشناسان است. سرگئی اووچینیکوف، مهندس هواشناسی پیشرو SP-36 توضیح می دهد: «ما لایه های بالایی جو را با استفاده از کاوشگرهای هواشناسی مطالعه می کنیم. - کاوشگر جعبه ای به وزن 140 گرم است، به یک بالون متصل است - توپی با حجم حدود 1.5 متر مکعب پر از هیدروژن، که به صورت شیمیایی در یک ژنراتور گاز فشار بالا تولید می شود - از پودر فروسیلیکون، سود سوزآور و سود سوزآور. اب. این کاوشگر دارای یک گیرنده GPS داخلی، یک فرستنده تله متری، و همچنین سنسورهای دما، فشار و رطوبت است. هر دو ثانیه، کاوشگر اطلاعات را همراه با مختصات خود به ایستگاه دریافت کننده زمینی ارسال می کند. مختصات کاوشگر امکان محاسبه حرکت، سرعت و جهت باد آن را در ارتفاعات مختلف فراهم می کند (ارتفاع با روش فشارسنجی تعیین می شود). برق این کاوشگر توسط یک باتری پر از آب تامین می شود که ابتدا برای چند دقیقه در آب نگه داشته می شود (جلیقه نجات با چراغ های اضطراری مجهز به منابع انرژی مشابه هستند).

کاوشگرها هر روز در ساعت 0 و 12 به وقت گرینویچ پرتاب می شوند، اگر شرایط جوی اجازه دهد در بادهای شدید، کاوشگر به سادگی به زمین میخکوب می شود. در کمتر از یک سال، 640 رهاسازی انجام شد، سرگئی اوچینیکوف می گوید: «ارتفاع متوسط ​​28770 متر، حداکثر سرعت صعود کاوشگر در حدود 300 متر در دقیقه بود یک ساعت و نیم، بالون در حین بالابر متورم می شود و سپس می ترکد و کاوشگر روی زمین می افتد. درست است، یافتن آن تقریبا غیرممکن است، بنابراین دستگاه یکبار مصرف است، هرچند گران است.

اب

سرگئی کوزمین، اقیانوس شناس SP-36، می گوید: «تاکید اصلی در کار ما بر روی اندازه گیری پارامترهای جریان، و همچنین دما، هدایت الکتریکی و چگالی آب است ما می توانیم نتایجی را با دقت بالا مطابق با سطح جهانی بدست آوریم. ما اکنون از ابزارهای پروفایل استفاده می کنیم که به ما امکان می دهد سرعت جریان را با استفاده از اثر داپلر عرضی در چندین لایه اندازه گیری کنیم.

ما عمدتاً جریان های اقیانوس اطلس را مطالعه کردیم که مرز بالایی آن در عمق 180-220 متری و هسته آن 270-400 متر است. علاوه بر مطالعه جریان‌ها، مطالعه روزانه ستون آب با استفاده از یک کاوشگر که هدایت الکتریکی و دما را هر شش روز اندازه‌گیری می‌کرد، ارائه شد، مطالعاتی در عمق 1000 متری برای «تسخیر» آب‌های اقیانوس اطلس انجام شد. یک بار در هفته کاوشگر تا حداکثر طول کابل - 3400 متر برای مطالعه لایه های عمیق دریا پایین می آید. سرگئی کوزمین توضیح می دهد: «در برخی مناطق، یک اثر زمین گرمایی را می توان در لایه های عمیق مشاهده کرد.»

وظیفه اقیانوس شناسان در SP-36 همچنین شامل جمع آوری نمونه برای تجزیه و تحلیل بعدی توسط هیدروشیمی ها بود. سرگئی می گوید: «سه بار در طول زمستان - در بهار، تابستان و پاییز - یک هسته یخی برداشتیم که سپس در دمای اتاق ذوب شد، آب حاصل از فیلتر عبور داده شد و دوباره منجمد شد. - هم فیلتر و هم یخ به طور ویژه برای تجزیه و تحلیل بعدی بسته بندی شدند. نمونه برف و آب زیر یخبندان به همین ترتیب جمع آوری شد. نمونه‌های هوا نیز با استفاده از یک آسپیراتور گرفته شد که هوا را از طریق چندین فیلتر که کوچکترین ذرات را در خود نگه می‌داشتند، پمپ می‌کرد. قبلاً از این طریق می‌توانستیم برای مثال گرده برخی از گونه‌های گیاهی را که از کانادا و تایگا روسی به مناطق قطبی پرواز می‌کنند، شناسایی کنیم.

چرا جریان ها را مطالعه کنیم؟ سرگئی پاسخ می دهد: "با مقایسه با داده های انباشته شده در سال های گذشته، روند آب و هوا را می توان تعیین کرد." "چنین تحلیلی به عنوان مثال، درک رفتار یخ در اقیانوس منجمد شمالی را امکان پذیر می کند، که نه تنها از نقطه نظر اساسی، بلکه از نقطه نظر کاملاً کاربردی نیز بسیار مهم است - به عنوان مثال، زمانی که توسعه منابع طبیعی قطب شمال.»

برف

برنامه تحقیقات ویژه هواشناسی شامل چندین بخش بود. ساختار پوشش برف و یخ، خواص ترموفیزیکی و تشعشعی آن - یعنی نحوه انعکاس و جذب تابش خورشیدی مورد مطالعه قرار گرفت. سرگئی شوتیلین، هواشناس، توضیح می‌دهد: «واقعیت این است که برف بازتاب‌پذیری بالایی دارد و با توجه به این ویژگی، برای مثال در تصاویر ماهواره‌ای، بسیار شبیه یک لایه ابر است. - به خصوص در فصل زمستان که دمای هوا در هر دو مکان چندین ده درجه زیر صفر است. من خواص ترموفیزیکی برف را بسته به دما، باد، ابری و تابش خورشیدی مطالعه کردم. همچنین میزان نفوذ تابش خورشید (البته در طول روز قطبی) از طریق برف و یخ به اعماق مختلف (از جمله در آب) اندازه گیری شد. مورفولوژی برف و خواص ترموفیزیکی آن نیز مورد مطالعه قرار گرفت - دما در اعماق مختلف، چگالی، تخلخل، و ترکیب کسری کریستال ها در لایه های مختلف. این داده ها، همراه با ویژگی های تشعشع، به روشن شدن توصیف پوشش برف و یخ در مدل های سطوح مختلف - هر دو مدل آب و هوای جهانی و منطقه ای کمک می کند.

در طول روز قطبی، اندازه گیری اشعه ماوراء بنفش به سطح زمین انجام شد و در طول شب قطبی، از آنالیزگرهای گاز برای مطالعه غلظت دی اکسید کربن، ازن سطح زمین و متان استفاده شد که ظاهراً انتشار آن در قطب شمال است. مرتبط با فرآیندهای زمین شناسی به گفته سرگئی شوتیلین، با استفاده از یک آنالایزر گاز ویژه، می توان داده های منحصر به فردی در مورد جریان دی اکسید کربن و بخار آب از طریق سطح برف و یخ به دست آورد: "پیش از این، مدلی وجود داشت که بر اساس آن آب ذوب شده از ساحل به اقیانوس افتاد، اقیانوس پوشیده از یخ شد و در زیر آن فرآیندهای بی هوازی اتفاق افتاد. و پس از آزاد شدن سطح از یخ، جریانی از دی اکسید کربن وارد جو شد. ما متوجه شدیم که جریان در جهت مخالف می رود: وقتی یخ وجود ندارد، به اقیانوس می رود و وقتی یخ وجود دارد، به جو می رود! با این حال، این ممکن است به منطقه نیز بستگی داشته باشد - به عنوان مثال، اندازه‌گیری‌های SP-35، که به سمت جنوب و دریاهای قفسه در نیمکره شرقی نزدیک‌تر شد، با فرضیه فوق مطابقت دارد. بنابراین تحقیقات بیشتری مورد نیاز است."

یخ در حال حاضر بیشترین توجه را به خود جلب کرده است، زیرا نشانگر واضحی از فرآیندهای در حال وقوع در قطب شمال است. بنابراین مطالعه آن از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است. اول از همه، این یک ارزیابی از تعادل توده یخ است. در تابستان ذوب می‌شود و در زمستان رشد می‌کند، بنابراین اندازه‌گیری‌های منظم ضخامت آن با استفاده از میله‌های اندازه‌گیری در یک مکان تعیین‌شده، تخمین سرعت ذوب یا رشد یخ را ممکن می‌سازد، و سپس می‌توان از این داده‌ها برای اصلاح انواع مختلف استفاده کرد. مدل های تشکیل یخ چند ساله ولادیمیر چورون می گوید: "در SP-36، محل دفن زباله مساحت 80x100 متر را اشغال کرد و از اکتبر تا مه 8400 تن یخ روی آن رشد کرد." "می توانید تصور کنید که چقدر یخ روی کل یخ به ابعاد 5x6 کیلومتر رشد کرده است!"

نیکیتا کوزنتسوف، محقق یخ SP-36، می‌گوید: «ما همچنین چندین هسته یخ جوان و پیر را برداشتیم که در AARI مورد مطالعه قرار خواهند گرفت - ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی، مورفولوژی. این اطلاعات می تواند برای اصلاح مدل های مختلف آب و هوایی و همچنین، به عنوان مثال، برای مقاصد مهندسی، از جمله برای ساخت یخ شکن ها استفاده شود.

علاوه بر این، در SP-36، مطالعاتی در مورد فرآیندهای عبور امواج مختلف در یخ دریا انجام شد: امواجی که در هنگام برخورد شناورهای یخ تشکیل می شوند و همچنین امواجی که از محیط دریایی به یخ می گذرند. این داده‌ها با استفاده از لرزه‌سنج‌های بسیار حساس ثبت می‌شوند و متعاقباً برای مدل‌های کاربردی تعامل یخ با مواد جامد استفاده می‌شوند. به گفته محقق برجسته مهندس یخ SP-36، لئونید پانوف، این امکان ارزیابی بارهای موجود بر روی سازه های مهندسی مختلف - کشتی ها، سکوهای حفاری و غیره - را از نقطه نظر مقاومت در برابر یخ فراهم می کند: "شناخت ویژگی ها از برهم کنش یخ با امواج، می توان خواص قدرت یخ را محاسبه کرد، به این معنی که دقیقاً کجا شکسته می شود. چنین روش‌هایی امکان تشخیص از راه دور عبور ترک‌ها و هوموکینگ در مناطق خطرناک، به عنوان مثال، نزدیک خطوط لوله نفت و گاز را ممکن می‌سازد.

استراحتگاه نیست

وقتی از ولادیمیر پرسیدم که تغییرات آب و هوایی جهانی (یعنی گرم شدن زمین) در حین کار در ایستگاه رانش چگونه احساس می شود، او در پاسخ فقط لبخند زد: "البته مساحت یخ و ضخامت آن در قطب شمال کاهش یافته است - این یک واقعیت علمی به خوبی ثبت شده اما در یک ایستگاه دریفت، در فضای محلی شناور یخ، گرمایش زمین به هیچ وجه احساس نمی شود. به ویژه، در این زمستان ما حداقل دمای ده سال گذشته (47.3- درجه سانتیگراد) را ثبت کردیم. باد خیلی قوی نبود - حداکثر تندبادها 19.4 متر بر ثانیه بود. اما به طور کلی زمستان از فوریه تا آوریل بسیار سرد بود. بنابراین، با وجود گرم شدن کره زمین، قطب شمال گرمتر، دنج تر و راحت تر نشده است. اینجا هنوز هم به همان اندازه سرد است، بادهای سرد همچنان می وزد، یخ همچنان همان اطراف است. و هنوز امیدی نیست که چوکوتکا به زودی به یک استراحتگاه تبدیل شود.

دیمیتری مامونتوف