Óraösszefoglaló a környező világról a "Jeges-tenger" témában. Mindent tudunk a jég tulajdonságairól? Hogyan magyarázzuk el a komplex fizikai folyamatokat a gyermeknek
Mindenki tudja, hogy a jég fagyott víz, vagy inkább szilárd halmazállapotú. De Miért nem süllyed el a jég a vízben, hanem lebeg a felszínén?
A víz szokatlan anyag, ritka, sőt rendhagyó tulajdonságokkal. A természetben a legtöbb anyag melegítéskor kitágul, lehűléskor pedig összehúzódik. Például a hőmérőben lévő higany egy keskeny csövön keresztül felemelkedik, és hőmérsékletnövekedést mutat. Mivel a higany -39°C-on megfagy, nem alkalmas zord hőmérsékletű környezetben használt hőmérőkhöz.
A víz melegítéskor kitágul, lehűléskor pedig összehúzódik. A körülbelül +4 ºC és 0 ºC közötti hűtési tartományban azonban kitágul. Éppen ezért télen szétrepedhetnek a vízvezetékek, ha befagyott bennük a víz és nagy jégtömegek keletkeztek. A csőfalakra nehezedő jégnyomás elegendő ahhoz, hogy azok szétrepedjenek.
Víz tágulása
Mivel a víz lehűlve kitágul, a jég sűrűsége (azaz szilárd formája) kisebb, mint a folyékony vízé. Más szóval, egy adott térfogatú jég kisebb, mint az azonos térfogatú víz. Ezt tükrözi az m = ρV képlet, ahol V a test térfogata, m a test tömege, ρ az anyag sűrűsége. A sűrűség és a térfogat között fordítottan arányos összefüggés van (V = m/ρ), azaz a térfogat növekedésével (a víz lehűlésével) ugyanaz a tömeg kisebb sűrűségű lesz. A víznek ez a tulajdonsága jég kialakulásához vezet a tározók - tavak és tavak - felszínén.
Tegyük fel, hogy a víz sűrűsége 1. Ekkor a jég sűrűsége 0,91 lesz. Ennek az ábrának köszönhetően megtudhatjuk a vízen úszó jégtábla vastagságát. Például, ha egy jégtábla víz feletti magassága 2 cm, akkor azt a következtetést vonhatjuk le, hogy a víz alatti rétege 9-szer vastagabb (azaz 18 cm), a teljes jégtábla vastagsága pedig 20 cm.
A Föld északi és déli pólusán a víz megfagy és jéghegyeket képez. Néhány ilyen lebegő jéghegy hatalmas. Az ember által ismert legnagyobb jéghegy 31 000 négyzetméteres felülettel rendelkezik. kilométer, amelyet 1956-ban fedeztek fel a Csendes-óceánon.
Hogyan növeli a víz szilárd állapotában a térfogatát? Szerkezetének megváltoztatásával. A tudósok bebizonyították, hogy a jég áttört szerkezetű üregekkel és üregekkel, amelyek olvadáskor megtelnek vízmolekulákkal.
A tapasztalat azt mutatja, hogy a víz fagyáspontja a nyomás növekedésével körülbelül egy fokkal csökken 130 atmoszféránként.
Ismeretes, hogy az óceánokban nagy mélységben a víz hőmérséklete 0 ºС alatt van, mégsem fagy meg. Ezt a felső vízrétegek által létrehozott nyomás magyarázza. Egy kilométer vastag vízréteg körülbelül 100 atmoszféra erővel présel.
A víz és a jég sűrűségének összehasonlítása
Lehet-e a víz sűrűsége kisebb, mint a jég sűrűsége, és ez azt jelenti, hogy meg fog fulladni? A kérdésre igenlő a válasz, amit a következő kísérlettel könnyű bizonyítani.
Vegyünk a fagyasztóból, ahol a hőmérséklet -5 ºС, egy pohár harmadának megfelelő jeget, vagy kicsit nagyobbat. Tegyük egy vödörbe +20 ºC-os vízbe. Mit figyelünk? A jég gyorsan süllyed és süllyed, fokozatosan olvadni kezd. Ez azért történik, mert a +20 ºС hőmérsékletű víz sűrűsége kisebb, mint a -5 ºС hőmérsékletű jégé.
A jégnek vannak olyan módosulatai (magas hőmérsékleten és nyomáson), amelyek nagyobb sűrűségük miatt elsüllyednek a vízben. Az úgynevezett „nehéz” jégről - deutériumról és tríciumról (nehéz és szupernehéz hidrogénnel telített) beszélünk. Annak ellenére, hogy ugyanazok az üregek vannak, mint a protiumi jégben, elsüllyed a vízben. A „nehéz” jéggel ellentétben a protiumjég mentes a nehéz hidrogénizotópoktól, és 16 milligramm kalciumot tartalmaz literenként. Előállítása 80% -os tisztítást jelent a káros szennyeződésektől, ami miatt a protiumvíz a legoptimálisabb az emberi élet számára.
Jelentés a természetben
A természetben fontos szerepet játszik az a tény, hogy jég lebeg a víztestek felszínén. Ha a víz nem rendelkezne ezzel a tulajdonsággal, és a jég a fenékre süllyedne, az a teljes tározó befagyásához, és ennek következtében a benne lakó élőlények pusztulásához vezetne.
Hideg idő esetén először +4 ºС felett a hidegebb víz a tározó felszínéről lesüllyed, és a meleg (könnyebb) víz felemelkedik. Ezt a folyamatot a víz vertikális keringésének (keverésének) nevezik. Amikor a teljes tározóban eléri a +4 ºС-ot, ez a folyamat leáll, mivel a felszínről a már +3 ºС-os víz könnyebbé válik, mint az alatta lévő. A víz kitágul (térfogata körülbelül 10%-kal növekszik), és sűrűsége csökken. A hidegebb réteg tetején való megjelenése következtében a felszínen megfagy a víz, és jégtakaró keletkezik. Kristályos szerkezete miatt a jég rossz hővezető képességgel rendelkezik, vagyis megtartja a hőt. A jégréteg egyfajta hőszigetelőként működik. A jég alatti víz pedig megtartja a hőjét. A jég hőszigetelő tulajdonságainak köszönhetően a „hideg” átvitele a víz alsó rétegeibe jelentősen csökken. Ezért a tározó alján szinte mindig legalább egy vékony vízréteg marad, ami rendkívül fontos a lakóinak élete szempontjából.
Így a +4 ºС - a víz maximális sűrűségének hőmérséklete - az élő szervezetek túlélési hőmérséklete a tározóban.
Használja a mindennapi életben
A fentebb említettük annak lehetőségét, hogy a víz megfagyásakor a vízvezetékek szétrepednek. A vízellátó rendszer alacsony hőmérsékleten történő károsodásának elkerülése érdekében nem szabad megszakítani a fűtőcsöveken átfolyó meleg víz ellátását. Hasonló veszélynek van kitéve egy jármű, ha hideg időben víz marad a hűtőben.
Most beszéljünk a víz egyedi tulajdonságainak kellemes oldaláról. A korcsolyázás nagyszerű szórakozás gyerekeknek és felnőtteknek. Gondolkoztál már azon, hogy miért olyan csúszós a jég? Például az üveg is csúszós, és simább és vonzóbb is, mint a jég. De a korcsolya nem siklik rajta. Csak a jégnek van ilyen különleges elragadó tulajdonsága.
A helyzet az, hogy súlyunk súlya alatt nyomás nehezedik a korcsolya vékony pengéjére, ami viszont nyomást gyakorol a jégre és annak olvadására. Ebben az esetben egy vékony vízréteg képződik, amelyhez a korcsolya acélpengéje csúszik.
Különbség a viasz és a víz fagyasztásában
Kísérletek azt mutatják, hogy a jégkocka felülete egy bizonyos dudort képez. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a középső fagyás utoljára következik be. És a szilárd állapotba való átmenet során tágulva ez a dudor még jobban megemelkedik. Ez ellensúlyozható a viasz megkeményedésével, ami éppen ellenkezőleg, mélyedést képez. Ez azzal magyarázható, hogy a viasz szilárd állapotba kerülése után összehúzódik. A fagyáskor egyenletesen összehúzódó folyadékok kissé homorú felületet alkotnak.
A víz lefagyasztásához nem elegendő 0 ºC fagypontra hűteni ezt a hőmérsékletet állandó hűtéssel.
Sóval kevert víz
Ha asztali sót adunk a vízhez, csökken a fagyáspontja. Ez az oka annak, hogy télen sóval szórják be az utakat. A sós víz -8°C-on és az alatt megfagy, így amíg a hőmérséklet le nem süllyed legalább erre a pontra, addig nem történik fagyás.
A jég-só keveréket néha „hűtőkeverékként” használják alacsony hőmérsékletű kísérletekhez. A jég olvadásakor felveszi környezetéből az átalakuláshoz szükséges látens hőt, ezáltal lehűti azt. Ez annyi hőt nyel el, hogy a hőmérséklet -15 °C alá süllyedhet.
Univerzális oldószer
A tiszta víznek (molekulaképlete H 2 0) nincs színe, íze, szaga. A vízmolekula hidrogénből és oxigénből áll. Ha más (vízben oldódó és nem oldódó) anyag kerül a vízbe, az elszennyeződik, ezért a természetben nincs teljesen tiszta víz. A természetben előforduló összes anyag különböző mértékben oldható vízben. Ezt egyedi tulajdonságaik – vízben való oldhatóságuk – határozzák meg. Ezért a vizet „univerzális oldószernek” tekintik.
A levegő stabil hőmérsékletének garanciája
A víz a nagy hőkapacitása miatt lassan melegszik fel, de ennek ellenére a lehűlési folyamat sokkal lassabban megy végbe. Ez lehetővé teszi, hogy nyáron az óceánok és tengerek hőt halmozzanak fel. A hő felszabadulása télen történik, ami miatt egész évben nincs éles változás a levegő hőmérsékletében bolygónk területén. Az óceánok és a tengerek a Föld eredeti és természetes hőtárolója.
Felületi feszültség
Következtetés
Azt, hogy a jég nem süllyed, hanem lebeg a felszínen, a vízhez képest kisebb sűrűsége magyarázza (a víz fajlagos sűrűsége 1000 kg/m³, a jégé kb. 917 kg/m³). Ez a tézis nemcsak a jégre igaz, hanem bármely más fizikai testre is. Például egy papírcsónak vagy egy őszi levél sűrűsége jóval kisebb, mint a víz sűrűsége, ami biztosítja a felhajtóképességüket.
Azonban a víznek az a tulajdonsága, hogy szilárd halmazállapotban kisebb a sűrűsége, nagyon ritka a természetben, kivétel az általános szabály alól. Csak a fém és az öntöttvas (a fémvas és a nemfémes szén ötvözete) rendelkezik hasonló tulajdonságokkal.
A kisgyermekek nagyon gyakran tesznek fel érdekes kérdéseket a felnőtteknek, és nem mindig tudnak azonnal válaszolni rájuk. Annak érdekében, hogy gyermeke ne tűnjön hülyének, javasoljuk, hogy ismerkedjen meg egy teljes és részletes, megalapozott válasszal a jég felhajtóerejét illetően. Végül is lebeg, nem fullad meg. Miért történik ez?
Hogyan magyarázzuk el a komplex fizikai folyamatokat a gyermeknek?
Az első dolog, ami eszünkbe jut, az a sűrűség. Igen, valójában a jég úszik, mert kevésbé sűrű, mint . De hogyan magyarázzuk el a gyereknek, hogy mi az a sűrűség? Senki sem köteles elmondani neki az iskolai tantervet, de teljesen lehetséges, hogy az egészet leforrázza. Valójában ugyanannak a víznek és jégnek más a súlya. Ha részletesebben megvizsgáljuk a problémát, akkor a sűrűségen kívül számos más okot is felvehetünk.
nemcsak azért, mert csökkentett sűrűsége megakadályozza, hogy lejjebb süllyedjen. Ennek oka az is, hogy kis légbuborékok fagynak meg a jégben. Csökkentik a sűrűséget is, és ezért általában kiderül, hogy a jéglemez súlya még kisebb lesz. Amikor a jég kitágul, nem vesz fel több levegőt, de mindazok a buborékok, amelyek már ebben a rétegben vannak, ott maradnak, amíg a jég el nem kezd olvadni vagy szublimálódni.
Kísérlet végzése a víz tágulási erejével kapcsolatban
De hogyan tudod bizonyítani, hogy a jég valóban tágul? Hiszen a víz is tágulhat, akkor hogyan lehet ezt mesterséges körülmények között bizonyítani? Érdekes és nagyon egyszerű kísérletet hajthat végre. Ehhez műanyag vagy karton pohárra és vízre lesz szüksége. A mennyiségnek nem kell nagynak lennie, nem kell színültig megtöltenie a poharat. Ideális esetben körülbelül -8 fokos vagy alacsonyabb hőmérsékletre van szükség. Ha a hőmérséklet túl magas, az élmény indokolatlanul sokáig fog tartani.
Tehát vizet öntünk a belsejébe, meg kell várnunk, amíg jég képződik. Mivel kiválasztottuk azt az optimális hőmérsékletet, amelynél egy kis mennyiségű folyadék két-három órán belül jéggé válik, nyugodtan mehet haza és várhat. Meg kell várni, amíg az összes víz jéggé válik. Egy idő után megnézzük az eredményt. A jég által deformált vagy elszakadt csésze garantált. Alacsonyabb hőmérsékleten a hatások lenyűgözőbbnek tűnnek, és maga a kísérlet is kevesebb időt vesz igénybe.
Negatív következmények
Kiderült, hogy egy egyszerű kísérlet megerősíti, hogy a jégtömbök valóban kitágulnak, ha a hőmérséklet csökken, és a víz térfogata könnyen megnő fagyáskor. Ez a funkció általában sok problémát okoz a feledékeny embereknek: a szilveszteri szünetekben az erkélyen hosszú ideig hagyott pezsgősüveg jég hatására eltörik. Mivel a tágulási erő nagyon nagy, ezt semmilyen módon nem lehet befolyásolni. Nos, ami a jégtömbök felhajtóerejét illeti, itt nincs mit bizonyítani. A legkíváncsibbak tavasszal vagy ősszel egymaga is könnyedén végezhetnek hasonló kísérletet, és megpróbálnak jégdarabokat belefojtani egy nagy tócsába.
A Föld felszínének csaknem egytizedét tartósan jég borítja. Ennek a mennyiségnek körülbelül 90 százaléka az Antarktisz és Grönland jégtakarójából származik. A fennmaradó 10 százalék a hegyi gleccsereké. Érdekes módon az Antarktisz borítása másfélszer nagyobb, mint az Egyesült Államoké, és itt 9-szer több jég van, mint Grönland jeges területein.
Az északi régiók lakói ivóvízként jeget használnak. Érdekes módon, amikor a tengervíz megfagy, minimális sótartalmat tartalmaz. Ezért az olvadt jeget az északi tengeri szigetek vagy sarkvidékek lakói, például az eszkimók is használhatják.
Természetesen az északi régiókban, ahol nincsenek erdők, a jég is megtalálja második felhasználását - házak építésére. Külsőleg egy ilyen lakás (iglunak hívják) egy fejjel lefelé fordított félgömb alakú tálra hasonlít. Nagy jégtömbökből áll. A jégkunyhóba egy kis nyúlványon – egy lombkorona – keresztül jutnak be. A jég hővezető képessége meglehetősen alacsony, ezért az iglu belseje gyorsan felmelegszik, mint a külső.
A sarkvidéki kutatókat, akik elsőként láttak ilyen jégkunyhókat, meglepte, hogy kint harminc fokos fagy mellett a jégkunyhó belsejében a hőmérséklet nulla körül alakult. Az igló gyakori volt az észak-amerikai és grönlandi eszkimók körében.
Ilyen lakások használatával az eszkimók szabadon utazhattak nagy távolságokat a jégen, miközben vadásznak. Az eszkimók tapasztalatait a sarki állomásokon dolgozó tudósok átvették. Már az első északi-sarki állomáson rádióállomást telepítettek a jégházba.
A jég tanulmányozása nagyon fontos: a magashegyi gleccserekben és az Antarktisz mélyén megőrzött fosszilis jég a távoli korok egyfajta krónikája. Életkoruk több százezer év.
A helyzet az, hogy a gleccser felszínére hulló hó fokozatosan firn - laza, szemcsés jéggé alakul, sok levegővel. Fokozatosan a firn sűrűbbé válik, és jéggé alakul, amelyben apró buborékok maradnak. A tudósok a gleccserbe fúrással nyerik ki őket, és laboratóriumokban tanulmányozzák őket.
A távoli múlt levegőjét elemezve a tudósok megtudják, milyen volt az időjárás a Földön, honnan fújtak a szelek, és milyen port hordtak magukkal. A tudósok a fosszilis jégből tudták meg, hogy nem egy, hanem két nagy eljegesedés volt a Földön, és ezek az elmúlt 220 ezer év során fordultak elő.
Hogyan válik a víz jéggé?
Nézzük meg, hogyan válik jéggé a víz a tóban. Ahogy a levegő lehűl, lehűti a felső vízréteget. A felső hideg vízréteg nehezebbé válik, mint a meleg alsó réteg, és lesüllyed. Ez a folyamat addig folytatódik, amíg a tó összes vize körülbelül 4 °C-ra le nem hűl.
De a levegő hőmérséklete csökken! Amikor a felső vízrétegek 4°C alá hűlnek, a felszínen maradnak. A helyzet az, hogy a 4°C alá hűtött víz lényegében könnyebbé válik!
Tehát a víz felső rétegei készen állnak a fagyásra. Amikor a hőmérséklet 0°C fagypont alatt vagy az alatt marad, apró kristályok kezdenek képződni.
Minden ilyen kristálynak hat sugara van. Amikor egyesülnek, jeget képeznek, és hamarosan jégkéreg képződik a víz felszínén. Néha átlátszó a jég, néha nem. Miért? A tény az, hogy amikor a vízcseppek megfagynak, apró légbuborékok szabadulnak fel. A jégkristályok sugaraihoz tapadnak. Minél több jégkristály képződik, annál több légbuborék van – ez átlátszatlan jég.
Ha a jég alatti víz megmozdul, a légbuborékok összegyűlnek, és tiszta jég képződik.
A víz, mint néhány más anyag, nem csökkenti térfogatát a folyadékból szilárd állapotba való átmenet során. Amikor a víz megfagy, térfogatának egykilencedével kitágul, vagyis kilenc liter víz megfagyásakor tíz liter szilárd jeget kapunk! Ha télen felrobbannak az autók hűtői és vízvezetékei, az azért van, mert a víz megfagy és térfogata kitágul!
Általában az átlagember számára teljesen érthetetlen, hogy mik ezek
emberek ott, „a Föld tetején”, szélsőséges fagyok, sarki éjszaka körülményei között,
egy jégtáblán, amely bármelyik pillanatban betörhet, és a szokásos kényelem nélkül
modern civilizáció. Amikor arra kértem, hogy beszéljek a tudományos
jégtáblával kapcsolatos kutatást az SP-36 tudományért felelős helyettesének, Vladimirnak
Churun – válaszolta elgondolkodva: „Tudod, én sem bánnám, ha megtudnám
erről!"
Az Északi-sark felfedezésének számos módja van. Automatikus tudományos komplexumok - meteorológiai és oceanográfiai állomások, tömegmérleg-bóják, amelyek a jégbe fagynak, és lehetővé teszik a jégtakaró tömegének növekedését vagy változását (egyébként egy ilyen bója működik az SP-37-en) - nagyban megkönnyítik az adatgyűjtést, de vannak korlátai. Természetesen csábító lenne az irodában ülni, miközben az adatok műholdas kommunikáción keresztül érkeznek egy rendszerből, például automata hidrológiai állomásokból – kikötő- vagy sodródó bójákból. De egy év alatt az ilyen (nagyon drága) bóják több mint 50%-a általában elveszik - ebben a régióban a jégmezők dinamikája (hummocking, kompresszió) miatt még a kifejezetten erre tervezett berendezések számára is meglehetősen nehézkesek a munkakörülmények.
A tudományos adatok megszerzésének másik módja a Föld távérzékelése. Tudományos műholdak (sajnos nem oroszok) lehetővé teszik, hogy információt szerezzenek a jégviszonyokról a látható, infravörös, radar és mikrohullámú tartományban. Ezeket az adatokat elsősorban alkalmazott célokra használjuk fel: hajók vezetésére, sodródó állomásokhoz megfelelő jégtáblák felkutatására; magukon a sodródó állomásokon segítik a munkát - például az SP-36-nál egy kifutópálya építésére alkalmas helyszínt kerestek. A műholdinformációkat azonban a valós megfigyelésekkel - közvetlenül mért jégvastagság, kora - összevetéssel ellenőrizni kell (még nem lehet műholdról közvetlenül mérni ezeket az adatokat).
A (már lakott) tudományos állomások a hajók jégbe fagyasztásával is elhelyezhetők (ezt a módszert Fridtjof Nansen tesztelte). Időről időre ilyen projekteket hajtanak végre, például a francia Tara jachtot vagy az amerikai-kanadai SHEBA-projektet, amely a Beaufort-tengeren sodródó hajót érint. Hasonló projektet fontolgattak az Arktika atomjégtörő esetében is, de végül különböző okok miatt abbahagyták. A befagyott hajók azonban csak jó alapot biztosítanak a tudományos személyzet életéhez és a tudományos komplexum energiaellátásához. A tudományos adatok gyűjtéséhez az embereknek továbbra is jégre kell menniük, hogy kizárják a külső hatásokat. Ráadásul a hajók fagyasztása drága (és elvonja a hajók figyelmét fő munkájukról). 
„Véleményem szerint a sodródó jég egy természetes teherbíró platform, amely a legoptimálisabb mind tudományos komplexum befogadására, mind az emberek lakására” – mondja Vladimir Churun. „Lehetővé teszi, hogy hosszú ideig sodródjon, és tiszta tudományos adatokhoz jusson külső befolyás nélkül. Természetesen a jégtáblán élőket megfosztják némi kényelemtől, de a tudomány nevében ezt el kell viselnünk. Természetesen a tudományos adatok beszerzését átfogó módon, minden rendelkezésre álló eszköz – sodródó állomások, légi expedíciók, műholdas megfigyelések, automata bóják és tudományos expedíciós hajók – felhasználásával kell elvégezni.” 
"Az SP-36 tudományos programja meglehetősen kiterjedt és sikeres volt" - magyarázza Vladimir Churun a Popular Mechanicsnak. „Meteorológiai, aerológiai és hidrológiai megfigyeléseket, valamint a jég- és hótakaró tulajdonságainak vizsgálatát tartalmazta. Ám az ionoszférával és a Föld mágneses mezőjével kapcsolatos kutatások, amelyek a szovjet időkben nagy figyelmet szenteltek a sodródó állomásokon, mára átkerültek a szárazföldi és a szigetek álló sarki állomásaira.”
Levegő
Az állomás munkájának kezdetét nem az orosz zászlónak a gardrób feletti ünnepélyes pillanata jelzi. Hivatalosan a sodródó állomás attól a pillanattól kezdi meg munkáját, amikor az első időjárás-jelentést eljuttatják az AARI-hoz, majd onnan a globális meteorológiai hálózathoz. Mivel, mint tudjuk, „az Északi-sark az időjárás konyhája”, ezek az adatok rendkívül értékes információkkal szolgálják a meteorológusokat. A légkör barikus (nyomás, szélsebesség és irány különböző magasságokban) és hőmérsékleti profiljának tanulmányozását szondákkal 30 km-es magasságig nem csak időjárás-előrejelzésre használják – ezek az adatok később alapvető tudományos célokra, pl. mint a légkörfizika finomító modelljei, és az alkalmazott modellek számára - például repülőgép-repülések támogatására. Mindezekért az adatokért a meteorológusok és az aerológusok felelősek.
A meteorológus munkája egyszerűnek tűnhet - meteorológiai adatokat vesz és elküldi a Roshydrometnek. Ehhez egy 10 méteres időjárási árbocon van elhelyezve egy érzékelőkészlet, amely méri a szél sebességét és irányát, hőmérsékletét és páratartalmát, láthatóságát és nyomását. Minden információ, beleértve a távoli érzékelőktől származó információkat is (hó- és jéghőmérséklet, napsugárzás intenzitása), az időjárás-állomásra áramlik. Bár az állomásról távolról veszik az adatokat, nem mindig lehet méréseket végezni anélkül, hogy az időjárási helyszínre mennénk. „A szélmérők csészéi és az időjárás- és páratartalom-érzékelőket elhelyező időjárásjelző fülke sugárvédelme átfagy, meg kell tisztítani a fagytól (az árboc tetejéhez való hozzáféréshez az utóbbit „törhetővé” teszik ), magyarázza Ilja Bobkov, az SP-36 meteorológus mérnöke.- A Az olvadási szezonban a köteleket folyamatosan meg kell erősíteni, hogy az árboc stabil maradjon. Ráadásul az állomást nem úgy tervezték, hogy ilyen erős fagyos körülmények között, -40°C alatti hőmérsékleten működjön, ezért fűtőberendezést - egy rendes 40 wattos izzólámpát - telepítettünk oda. Természetesen vannak ilyen alacsony hőmérsékletre tervezett állomások, de ezek kevésbé pontosak.”
10 m felett az aerológusok munkaterülete. „Aerológiai szondák segítségével tanulmányozzuk a légkör felső rétegeit” – magyarázza Szergej Ovchinnikov, az SP-36 vezető légimérnöke. - A szonda egy 140 g tömegű doboz, amely egy ballonhoz - körülbelül 1,5 m 3 térfogatú hidrogénnel töltött golyóhoz van rögzítve, amelyet nagynyomású gázgenerátorban kémiai úton állítanak elő - ferroszilícium porból, marónátron, ill. víz. A szonda beépített GPS-vevővel, telemetriai adóval, valamint hőmérséklet-, nyomás- és páratartalom-érzékelőkkel rendelkezik. A szonda két másodpercenként továbbítja az információkat a koordinátáival együtt egy földi vevőállomásnak. A szonda koordinátái lehetővé teszik mozgásának, szélsebességének és irányának kiszámítását különböző magasságokban (a magasság meghatározása barometrikus módszerrel történik). A szonda elektronikáját vízzel töltött akkumulátor táplálja, amelyet először több percig vízben tartanak (hasonló áramforrással látják el a vészjelzővel ellátott mentőmellényeket).
„A szondákat minden nap 0 és 12 órakor indítják, ha az időjárási viszonyok megengedik erős szélben, a szonda egyszerűen a földhöz „szegezi”. Szergej Ovchinnikov szerint kevesebb, mint egy év alatt 640 kibocsátás történt. „Az átlagos emelkedési magasság 28 770 m volt, a maximum 32 400 m volt másfél óra alatt a léggömb a felvonó közben megduzzad, majd kidurran, és a szonda a földre esik. Igaz, szinte lehetetlen megtalálni, így a készülék eldobható, bár drága.”
Víz
„Munkánkban a fő hangsúly az aktuális paraméterek, valamint a hőmérséklet, az elektromos vezetőképesség és a vízsűrűség mérésén van” – mondja Szergej Kuzmin, az SP-36 óceánkutatója világszintnek megfelelő nagy pontosságú eredményeket kaphatunk. Ma már olyan profilozó műszereket használunk, amelyek lehetővé teszik az áramlási sebesség mérését a keresztirányú Doppler-effektus segítségével több rétegben.
"Elsősorban az atlanti áramlatokat vizsgáltuk, amelyek felső határa 180-220 m mélységben, a mag pedig 270-400 m mélységben van." Az áramlatok tanulmányozása mellett a vízoszlop napi vizsgálatát is elvégezték egy szondával, amely hatnaponként mérte az elektromos vezetőképességet és a hőmérsékletet, 1000 méteres mélységig végeztek vizsgálatokat az Atlanti-óceán vizeinek „befogására”, ill. hetente egyszer a szondát leengedték a kábel teljes maximális hosszára - 3400 m-re, hogy tanulmányozzák a mélytengeri rétegeket. „Egyes területeken – magyarázza Szergej Kuzmin – geotermikus hatás figyelhető meg a mély rétegekben.
Az SP-36-on az oceanológusok feladata az is, hogy mintákat gyűjtsenek a hidrokémikusok későbbi elemzéséhez. „Télen háromszor – tavasszal, nyáron és ősszel – vettünk egy jégmagot, amelyet szobahőmérsékleten megolvasztunk, a kapott vizet szűrőn engedjük át, majd ismét lefagyasztjuk” – mondja Szergej. - Mind a szűrőt, mind a jeget speciálisan csomagolták a későbbi elemzéshez. Ugyanígy gyűjtöttük a hómintákat és a szubglaciális vizet. Levegőmintákat is vettek egy elszívó segítségével, amely több, a legkisebb részecskéket visszatartó szűrőn pumpálta át a levegőt. Korábban ilyen módon például néhány növényfaj pollenjét lehetett kimutatni, amelyek Kanadából és az orosz tajgából repülnek a sarki régiókba.
Miért tanulmányozzuk az áramlatokat? „A korábbi évek során felhalmozott adatokkal összehasonlítva megállapíthatóak az éghajlati trendek” – válaszolja Szergej. „Egy ilyen elemzés lehetővé teszi például a Jeges-tengeren a jég viselkedésének megértését, ami nemcsak alapvető, hanem pusztán alkalmazott szempontból is rendkívül fontos – pl. az Északi-sark természeti erőforrásainak fejlesztése.”
Hó
A speciális meteorológiai kutatások programja több részből állt. Tanulmányozták a hó- és jégtakaró szerkezetét, termofizikai és sugárzási tulajdonságait - vagyis azt, hogy hogyan veri vissza és nyeli el a napsugárzást. „A tény az, hogy a hónak nagy a visszaverő képessége, és e tulajdonsága szerint, például a műholdfelvételeken, nagyon hasonlít egy felhőrétegre” – magyarázza Szergej Shutilin meteorológus. - Főleg télen, amikor mindkét helyen több tíz fokkal mínusz a hőmérséklet. Tanulmányoztam a hó termofizikai tulajdonságait a hőmérséklettől, a széltől, a felhőzettől és a napsugárzástól függően. Megmérték a napsugárzás (természetesen a sarki nappal) havon és jégen keresztül történő behatolását különböző mélységekbe (beleértve a vízbe is). Tanulmányozták a hó morfológiáját és termofizikai tulajdonságait is – a különböző mélységek hőmérsékletét, sűrűségét, porozitását és a különböző rétegekben lévő kristályok frakcionált összetételét. Ezek az adatok a sugárzási jellemzőkkel együtt segítenek tisztázni a hó- és jégtakaró leírását különböző szintű modellekben - globális és regionális éghajlati modellekben egyaránt.
A sarki nappal a Föld felszínét érő ultraibolya sugárzás mérését végezték, a sarki éjszakán pedig gázanalizátorokkal vizsgálták a szén-dioxid, a talajközeli ózon és a metán koncentrációját, amelyek kibocsátása az Északi-sarkon láthatóan geológiai folyamatokhoz kapcsolódik. Egy speciális gázanalizátor segítségével Szergej Shutilin szerint egyedi adatokat is lehetett szerezni a szén-dioxid és a vízgőz hó és jég felületén való áramlásáról: „Korábban volt egy modell, amely szerint az olvadékvíz a part az óceánba zuhant, az óceánt jég borította, alatta anaerob folyamatok zajlottak. És miután a felszínt megszabadították a jégtől, szén-dioxid áramlása került a légkörbe. Felfedeztük, hogy az áramlás ellenkező irányú: ha nincs jég, akkor az óceánba megy, ha pedig jég van, akkor a légkörbe! Ez azonban a területtől is függhet – például az SP-35-ön végzett mérések, amelyek közelebb sodródtak délhez és a keleti féltekén a talapzati tengerekhez, összhangban vannak a fenti hipotézissel. Tehát további kutatásra van szükség." 
Most a jég kapja a legnagyobb figyelmet, mert egyértelműen jelzi az Északi-sarkon zajló folyamatokat. Ezért tanulmányozása rendkívül fontos. Először is ez a jégtömeg-egyensúly értékelése. Nyáron olvad, télen növekszik, ezért a vastagságának rendszeres, mérőrudakkal, kijelölt helyen történő mérése lehetővé teszi a jégtábla olvadásának vagy növekedésének becslését, majd ezek az adatok felhasználhatók a különböző több éves jégképződés modelljei. "Az SP-36-nál a hulladéklerakó 80x100 méteres területet foglalt el, és októbertől májusig 8400 tonna jég nőtt rajta" - mondja Vladimir Churun. „Elképzelheti, mennyi jég nőtt a teljes 5x6 km-es jégtáblán!”
„Számos fiatal és idős jégmagot is vettünk, amelyeket az AARI-ban fogunk tanulmányozni – kémiai összetételt, mechanikai tulajdonságokat, morfológiát” – mondja Nyikita Kuznyecov, az SP-36 jégkutatója. „Ez az információ felhasználható különféle klímamodellek finomításához, és például mérnöki célokra is, beleértve a jégtörők építését is.”
Ezenkívül az SP-36-on tanulmányokat végeztek a különböző hullámok tengeri jégben való áthaladásának folyamatairól: a jégtáblák ütközésekor keletkező hullámokról, valamint a tengeri környezetből jégbe jutókról. Ezeket az adatokat rendkívül érzékeny szeizmométerekkel rögzítik, majd a jég szilárd anyagokkal való kölcsönhatásának alkalmazott modelljeiben használják fel. Az SP-36 vezető mérnök-jégkutatója, Leonyid Panov szerint ez lehetővé teszi a különböző mérnöki szerkezetek - hajók, fúrótornyok stb. - terhelésének értékelését a jégállóság szempontjából: „A jellemzők ismeretében A jég és a hullámok kölcsönhatásából ki lehet számítani a jég szilárdsági tulajdonságait, ami azt jelenti, hogy pontosan meg kell jósolni, hol fog megtörni. Az ilyen módszerek lehetővé teszik a repedések áthaladását és a zümmögést veszélyes területeken, például olaj- és gázvezetékek közelében.”
Nem üdülőhely
Amikor megkérdeztem Vlagyimirt, hogyan érezte magát a globális klímaváltozás (nevezetesen a globális felmelegedés) a sodródó állomáson végzett munka közben, ő csak mosolyogva válaszolt: „Természetesen csökkent a jég területe és vastagsága az Északi-sarkon – ez egy jól regisztrált tudományos tény. De egy sodródó állomáson, a jégtábla helyi terében a globális felmelegedés egyáltalán nem érezhető. Ebben a telelésben az elmúlt tíz év minimumhőmérsékletét mértük (-47,3°C). A szél nem volt túl erős – a maximális széllökések 19,4 m/s. De összességében a tél februártól áprilisig nagyon hideg volt. Tehát a globális felmelegedés ellenére az Északi-sarkvidék nem lett melegebb, otthonosabb vagy kényelmesebb. Itt még mindig ugyanolyan hideg van, még mindig fúj a hideg szél, a jég még mindig ugyanolyan körös-körül. Arra pedig még nincs remény, hogy Chukotka hamarosan üdülőhely lesz.”
Dmitrij Mamontov.
