Rezumatul lecției despre lumea înconjurătoare pe tema „Oceanul Arctic”. Știm totul despre proprietățile gheții? Cum să explici unui copil procesele fizice complexe

Toată lumea știe că gheața este apă înghețată sau, mai degrabă, este într-o stare solidă de agregare. Dar De ce gheața nu se scufundă în apă, ci plutește pe suprafața ei?

Apa este o substanță neobișnuită cu proprietăți rare, chiar anormale. În natură, majoritatea substanțelor se extind atunci când sunt încălzite și se contractă când sunt răcite. De exemplu, mercurul dintr-un termometru se ridică printr-un tub îngust și arată o creștere a temperaturii. Deoarece mercurul îngheață la -39 °C, nu este potrivit pentru termometrele utilizate în medii cu temperaturi dure.

Apa se dilată și când este încălzită și se contractă când este răcită. Cu toate acestea, în intervalul de răcire de la aproximativ +4 ºC la 0 ºC se extinde. Acesta este motivul pentru care conductele de apă pot sparge iarna dacă apa din ele a înghețat și s-au format mase mari de gheață. Presiunea gheții de pe pereții țevii este suficientă pentru a le face să se spargă.

Expansiunea apei

Deoarece apa se extinde atunci când este răcită, densitatea gheții (adică forma solidă) este mai mică decât cea a apei lichide. Cu alte cuvinte, un anumit volum de gheață cântărește mai puțin decât același volum de apă. Aceasta este reflectată de formula m = ρV, unde V este volumul corpului, m este masa corpului, ρ este densitatea substanței. Există o relație invers proporțională între densitate și volum (V = m/ρ), adică, odată cu creșterea volumului (pe măsură ce apa se răcește), aceeași masă va avea o densitate mai mică. Această proprietate a apei duce la formarea de gheață pe suprafața rezervoarelor - iazuri și lacuri.

Să presupunem că densitatea apei este 1. Atunci gheața va avea o densitate de 0,91. Datorită acestei figuri, putem afla grosimea banchizei de gheață care plutește pe apă. De exemplu, dacă un banc de gheață are o înălțime deasupra apei de 2 cm, atunci putem concluziona că stratul său subacvatic este de 9 ori mai gros (adică 18 cm), iar grosimea întregului banc de gheață este de 20 cm.

În zona Polului Nord și Sud al Pământului, apa îngheață și formează aisberguri. Unii dintre acești munți de gheață plutitori sunt enormi. Cel mai mare aisberg cunoscut de om este considerat a fi cu o suprafață de 31.000 de metri pătrați. kilometri, care a fost descoperit în 1956 în Oceanul Pacific.

Cum își mărește apa în stare solidă volumul? Prin schimbarea structurii sale. Oamenii de știință au demonstrat că gheața are o structură ajurata cu cavități și goluri, care, atunci când sunt topite, sunt umplute cu molecule de apă.

Experiența arată că punctul de îngheț al apei scade odată cu creșterea presiunii cu aproximativ un grad la fiecare 130 de atmosfere.

Se știe că în oceane, la adâncimi mari, temperatura apei este sub 0 ºС și, totuși, nu îngheață. Acest lucru se explică prin presiunea creată de straturile superioare de apă. Un strat de apă gros de un kilometru presează cu o forță de aproximativ 100 de atmosfere.

Comparația densităților apei și gheții

Poate densitatea apei să fie mai mică decât densitatea gheții și asta înseamnă că se va îneca în ea? Răspunsul la această întrebare este afirmativ, ceea ce este ușor de demonstrat cu următorul experiment.

Să luăm din congelator, unde temperatura este de -5 ºС, o bucată de gheață de dimensiunea unei treimi de pahar sau puțin mai mult. Să-l punem într-o găleată cu apă la o temperatură de +20 ºС. Ce observăm? Gheața se scufundă și se scufundă rapid, începând treptat să se topească. Acest lucru se întâmplă deoarece apa la o temperatură de +20 ºС are o densitate mai mică în comparație cu gheața la o temperatură de -5 ºС.

Există modificări ale gheții (la temperaturi și presiuni ridicate), care, datorită densității lor mai mari, se vor scufunda în apă. Vorbim despre așa-numita gheață „grea” - deuteriu și tritiu (saturate cu hidrogen greu și supergreu). În ciuda prezenței acelorași goluri ca și în gheața de protium, se va scufunda în apă. Spre deosebire de gheața „grea”, gheața de protium este lipsită de izotopi grei de hidrogen și conține 16 miligrame de calciu pe litru de lichid. Procesul de preparare a acestuia implică purificarea de impurități nocive cu 80%, datorită căruia apa protium este considerată cea mai optimă pentru viața umană.

Sens în natură

Faptul că gheața plutește pe suprafața corpurilor de apă joacă un rol important în natură. Dacă apa nu ar avea această proprietate și gheața s-ar scufunda în fund, acest lucru ar duce la înghețarea întregului rezervor și, ca urmare, la moartea organismelor vii care îl locuiesc.

Când apare vremea rece, mai întâi la temperaturi peste +4 ºС, apa mai rece de la suprafața rezervorului se scufundă și apa caldă (mai ușoară) crește. Acest proces se numește circulație verticală (amestecare) a apei. Când atinge +4 ºС în întregul rezervor, acest proces se oprește, deoarece de la suprafață apa deja la +3 ºС devine mai ușoară decât cea de dedesubt. Apa se dilată (volumul ei crește cu aproximativ 10%) și densitatea ei scade. Ca o consecință a faptului că stratul mai rece este deasupra, apa îngheață la suprafață și apare o acoperire de gheață. Datorită structurii sale cristaline, gheața are o conductivitate termică slabă, ceea ce înseamnă că reține căldura. Stratul de gheață acționează ca un fel de izolator termic. Iar apa de sub gheață își păstrează căldura. Datorită proprietăților termoizolante ale gheții, transferul de „rece” către straturile inferioare de apă este redus brusc. Prin urmare, cel puțin un strat subțire de apă rămâne aproape întotdeauna în fundul unui rezervor, ceea ce este extrem de important pentru viața locuitorilor săi.

Astfel, +4 ºС - temperatura densității maxime a apei - este temperatura de supraviețuire a organismelor vii într-un rezervor.

Utilizați în viața de zi cu zi

Mai sus a fost menționată posibilitatea ca conductele de apă să se spargă atunci când apa îngheață. Pentru a evita deteriorarea sistemului de alimentare cu apă la temperaturi scăzute, nu ar trebui să existe întreruperi în alimentarea cu apă caldă care curge prin conductele de încălzire. Un vehicul este expus unui pericol similar dacă în radiator rămâne apă pe vreme rece.

Acum să vorbim despre partea plăcută a proprietăților unice ale apei. Patinajul este foarte distractiv pentru copii și adulți. Te-ai întrebat vreodată de ce gheața este atât de alunecoasă? De exemplu, sticla este, de asemenea, alunecoasă și, de asemenea, mai netedă și mai atractivă decât gheața. Dar patinele nu alunecă pe el. Doar gheața are o astfel de proprietate specifică încântătoare.

Cert este că sub greutatea greutății noastre există o presiune asupra lamei subțiri a patinei, care, la rândul său, provoacă presiune asupra gheții și topirea acesteia. În acest caz, se formează o peliculă subțire de apă, împotriva căreia alunecă lama de oțel a patinei.

Diferența de înghețare a cerii și a apei

Experimentele arată că suprafața unui cub de gheață formează o anumită umflătură. Acest lucru se datorează faptului că înghețarea la mijloc apare ultima. Și extinzându-se în timpul tranziției la o stare solidă, această umflătură crește și mai mult. Acest lucru poate fi contracarat prin întărirea cerii, care, dimpotrivă, formează o depresiune. Acest lucru se explică prin faptul că ceara se contractă după ce se transformă în stare solidă. Lichidele care se contractă uniform atunci când sunt înghețate formează o suprafață oarecum concavă.

Pentru a îngheța apa, nu este suficient să o răcești până la punctul de îngheț de 0 ºC, această temperatură trebuie menținută prin răcire constantă.

Apa amestecata cu sare

Adăugarea de sare de masă în apă scade punctul de îngheț. Din acest motiv drumurile sunt stropite cu sare iarna. Apa sărată îngheață la -8°C și mai jos, așa că până când temperatura scade cel puțin până în acest punct, înghețul nu are loc.

Un amestec de gheață-sare este uneori folosit ca „amestec de răcire” pentru experimente la temperatură scăzută. Când gheața se topește, absoarbe căldura latentă necesară transformării din mediul înconjurător, răcind-o astfel. Aceasta absoarbe atât de multă căldură încât temperatura poate scădea sub -15 °C.

Solvent universal

Apa pură (formula moleculară H 2 0) nu are culoare, gust, miros. Molecula de apă este formată din hidrogen și oxigen. Când alte substanțe (solubile și insolubile în apă) intră în apă, aceasta devine poluată, motiv pentru care nu există apă absolut pură în natură. Toate substanțele care apar în natură pot fi dizolvate în apă în diferite grade. Acest lucru este determinat de proprietățile lor unice - solubilitatea în apă. Prin urmare, apa este considerată un „solvent universal”.

Garant al temperaturii stabile a aerului

Apa se încălzește lent datorită capacității sale mari de căldură, dar, cu toate acestea, procesul de răcire are loc mult mai lent. Acest lucru face posibil ca oceanele și mările să acumuleze căldură în timpul verii. Eliberarea de căldură are loc iarna, din cauza căreia nu există o schimbare bruscă a temperaturii aerului pe teritoriul planetei noastre pe tot parcursul anului. Oceanele și mările sunt acumulatorul original și natural de căldură de pe Pământ.

Tensiune de suprafata

Concluzie

Faptul că gheața nu se scufundă, ci plutește la suprafață, se explică prin densitatea sa mai mică în comparație cu apa (densitatea specifică a apei este de 1000 kg/m³, a gheții - aproximativ 917 kg/m³). Această teză este valabilă nu numai pentru gheață, ci și pentru orice alt corp fizic. De exemplu, densitatea unei bărci de hârtie sau a unei frunze de toamnă este mult mai mică decât densitatea apei, ceea ce asigură flotabilitatea acestora.

Cu toate acestea, proprietatea apei de a avea o densitate mai mică în stare solidă este foarte rară în natură, o excepție de la regula generală. Doar metalul și fonta (un aliaj al fierului metalic și al carbonului nemetalic) au proprietăți similare.

Copiii mici pun foarte des întrebări interesante adulților și nu întotdeauna le răspund imediat. Pentru a nu părea prost copilului dumneavoastră, vă recomandăm să vă familiarizați cu un răspuns complet și detaliat, bine întemeiat, referitor la flotabilitatea gheții. La urma urmei, plutește, nu se îneacă. De ce se întâmplă asta?

Cum să explici unui copil procesele fizice complexe?

Primul lucru care îmi vine în minte este densitatea. Da, de fapt, gheața plutește pentru că este mai puțin densă decât . Dar cum să explic unui copil ce este densitatea? Nimeni nu este obligat să-i spună programa școlară, dar este foarte posibil să se reducă totul la ceea ce este. La urma urmei, de fapt, același volum de apă și gheață are greutăți diferite. Dacă studiem problema mai detaliat, putem exprima și alte motive, în afară de densitate.
nu numai pentru că densitatea sa redusă îl împiedică să se scufunde mai jos. Motivul este, de asemenea, că mici bule de aer sunt înghețate în gheață. De asemenea, reduc densitatea și, prin urmare, în general, se dovedește că greutatea plăcii de gheață devine și mai mică. Când gheața se extinde, nu ia mai mult aer, dar toate acele bule care sunt deja în interiorul acestui strat rămân acolo până când gheața începe să se topească sau să se sublimeze.

Efectuarea unui experiment asupra forței de dilatare a apei

Dar cum poți dovedi că gheața se extinde de fapt? La urma urmei, apa se poate extinde, deci cum se poate dovedi acest lucru în condiții artificiale? Puteți efectua un experiment interesant și foarte simplu. Pentru a face acest lucru, veți avea nevoie de o cană de plastic sau carton și apă. Cantitatea nu trebuie să fie mare, nu trebuie să umpleți paharul până la refuz. De asemenea, în mod ideal aveți nevoie de o temperatură de aproximativ -8 grade sau mai mică. Dacă temperatura este prea ridicată, experiența va dura nerezonabil de mult.
Deci, se toarnă apă înăuntru, trebuie să așteptăm să se formeze gheață. Deoarece am ales temperatura optimă la care un volum mic de lichid se va transforma în gheață în decurs de două până la trei ore, puteți merge în siguranță acasă și așteptați. Trebuie să așteptați până când toată apa se transformă în gheață. După ceva timp ne uităm la rezultat. O cupă care este deformată sau ruptă de gheață este garantată. La o temperatură mai scăzută, efectele par mai impresionante, iar experimentul în sine durează mai puțin timp.

Consecințe negative

Se dovedește că un experiment simplu confirmă că blocurile de gheață se extind într-adevăr atunci când temperatura scade, iar volumul de apă crește cu ușurință atunci când îngheață. De regulă, această caracteristică provoacă o mulțime de probleme oamenilor uituci: o sticlă de șampanie lăsată mult timp pe balcon în pauzele de Revelion din cauza expunerii la gheață. Deoarece forța de expansiune este foarte mare, nu poate fi influențată în niciun fel. Ei bine, în ceea ce privește flotabilitatea blocurilor de gheață, nu este nimic de demonstrat aici. Cei mai curioși pot realiza cu ușurință un experiment similar primăvara sau toamna singuri, încercând să înece bucăți de gheață într-o băltoacă mare.

Aproape o zecime din suprafața pământului este acoperită permanent cu gheață. Aproximativ 90% din această cantitate provine din calotele de gheață din Antarctica și Groenlanda. Restul de 10% „aparțin” ghețarilor de munți. Interesant este că acoperirea Antarcticii este de 1,5 ori mai mare decât cea a Statelor Unite și aici există de 9 ori mai multă gheață decât în ​​întinderile înghețate ale Groenlandei.

Locuitorii din regiunile nordice folosesc gheața ca apă potabilă. Interesant este că atunci când apa de mare îngheață, conține un conținut minim de sare. Prin urmare, gheața topită poate fi folosită și de locuitorii insulelor maritime din nord sau din regiunile polare, de exemplu eschimosi.

Desigur, în regiunile nordice, unde nu există păduri, gheața își găsește și a doua utilizare - pentru construcția de case. În exterior, o astfel de locuință (se numesc iglu) seamănă cu un bol emisferic întors cu susul în jos. Este făcut din blocuri mari de gheață. Ei intră în iglu printr-o mică extensie - un baldachin. Gheața are o conductivitate termică destul de scăzută și, prin urmare, interiorul igluului devine rapid mai cald decât exteriorul.

Exploratorii arctici, care au văzut primii astfel de cabane de gheață, au fost surprinși că, cu un îngheț de treizeci de grade afară, temperatura din interiorul igluului era de aproximativ zero. Igluurile erau comune printre eschimosii din America de Nord și Groenlanda.

Folosind astfel de locuințe, eschimosii puteau călători liber pe distanțe lungi pe gheață în timp ce vânează. Experiența eschimosilor a fost adoptată de oamenii de știință care lucrează la stațiile polare. Deja la prima stație de la Polul Nord a fost instalat un post de radio în casa de gheață.

Studiul gheții este foarte important: gheața fosilă conservată în ghețarii de munți înalți și adâncurile Antarcticii constituie un fel de cronică a erelor îndepărtate. Vârsta lor este de sute de mii de ani.

Cert este că zăpada care cade pe suprafața ghețarului se transformă treptat în firn - gheață slăbită, granulată, cu mult aer. Treptat, bradul devine mai dens și formează gheață, în care rămân bule minuscule. Oamenii de știință le extrag forând în ghețar și le studiază în laboratoare.

Analizând aerul din trecutul îndepărtat, oamenii de știință învață cum era vremea pe Pământ, de unde au suflat vânturile și ce fel de praf au purtat cu ei. Din gheața fosilă, oamenii de știință au aflat că nu au existat una, ci două mari glaciații pe Pământ și că au avut loc în ultimii 220 de mii de ani.

Cum se transformă apa în gheață?

Să vedem cum apa dintr-un iaz se transformă în gheață. Pe măsură ce aerul se răcește, acesta răcește stratul superior de apă. Stratul de apă rece superior devine mai greu decât straturile inferioare calde și se scufundă. Acest proces continuă până când toată apa din iaz s-a răcit la o temperatură de aproximativ 4° C.

Dar temperatura aerului scade! Când straturile superioare de apă se răcesc la o temperatură sub 4° C, ele rămân la suprafață. Cert este că apa, răcită la o temperatură sub 4° C, devine în esență mai ușoară!

Deci, straturile superioare de apă sunt gata să înghețe. Când temperatura rămâne la sau sub punctul de îngheț de 0°C, încep să se formeze cristale minuscule.

Fiecare astfel de cristal are șase raze. Când se combină, formează gheață, iar în curând se formează o crustă de gheață la suprafața apei. Uneori gheața este transparentă, alteori nu. De ce? Faptul este că atunci când picăturile de apă îngheață, se eliberează bule de aer minuscule. Se lipesc de razele cristalelor de gheață. Cu cât se formează mai multe cristale de gheață, cu atât sunt mai multe bule de aer - asta este gheață opacă.

Dacă apa de sub gheață se mișcă, bulele de aer se adună și se formează gheață limpede.

Apa, ca și alte substanțe, nu își scade volumul în timpul trecerii de la starea lichidă la starea solidă. Când apa îngheață, se extinde cu o nouă parte din volumul său, ceea ce înseamnă că atunci când nouă litri de apă îngheață, obțineți zece litri de gheață solidă! Când radiatoarele auto și conductele de apă explodează iarna, este pentru că apa îngheață și se extinde în volum!

Este, de regulă, complet de neînțeles pentru omul obișnuit ceea ce fac acești oameni.
oamenii de acolo, „în vârful Pământului”, în condiții de înghețuri extreme, noapte polară,
pe un ban de gheață care s-ar putea rupe în orice moment și fără confortul obișnuit
civilizație modernă. Când am cerut să vorbesc despre științific
cercetare pe un banc de gheață către șef adjunct al SP-36 pentru știință, Vladimir
Churun, el a spus gânditor ca răspuns: „Știi, nici nu m-ar deranja să aflu
despre!"

Există multe moduri de a explora Arctica. Complexe științifice automate - stații meteorologice și oceanografice, geamanduri de echilibru de masă, care sunt înghețate în gheață și fac posibilă determinarea creșterii sau modificării masei stratului de gheață (apropo, o astfel de geamandura funcționează pe SP-37) - facilitează foarte mult colectarea datelor, dar au limitările lor. Desigur, ar fi tentant să stai la birou în timp ce datele sosesc prin comunicații prin satelit dintr-un sistem, de exemplu, stații hidrologice automate - geamanduri de acostare sau în derivă. Dar într-un an, mai mult de 50% din astfel de geamanduri (foarte scumpe) se pierd de obicei - în această regiune, condițiile de lucru sunt destul de dificile chiar și pentru echipamentele special concepute pentru aceasta din cauza dinamicii câmpurilor de gheață (hummocking, compresie).

O altă modalitate de a obține date științifice este prin teledetecția Pământului. Sateliții științifici (din păcate, nu cei ruși) fac posibilă obținerea de informații despre condițiile gheții în domeniul vizibil, infraroșu, radar și microunde. Aceste date sunt utilizate în principal în scopuri aplicate: pentru ghidarea navelor, pentru căutarea sloturilor de gheață potrivite pentru stațiile de plutire; la stațiile în derivă în sine, ei ajută la lucru - de exemplu, la SP-36 au fost folosiți pentru a localiza un loc potrivit pentru construirea unei piste. Cu toate acestea, informațiile satelitului trebuie verificate comparându-le cu observațiile reale - grosimea gheții măsurată direct, vârsta acesteia (nu este încă posibilă măsurarea directă a acestor date de la un satelit).

Stațiile științifice (deja locuite) pot fi amplasate și prin înghețarea navelor în gheață (această metodă a fost testată de Fridtjof Nansen). Din când în când, astfel de proiecte sunt realizate, printre exemplele, iahtul francez Tara sau proiectul american-canadian SHEBA care implică o navă care derivă în Marea Beaufort. Un proiect similar a fost luat în considerare pentru spărgătorul de gheață nuclear Arktika, dar în cele din urmă a fost abandonat din diverse motive. Cu toate acestea, navele înghețate oferă doar o bază bună pentru viața personalului științific și aprovizionarea cu energie a complexului științific. Pentru a colecta date științifice, oamenii vor trebui totuși să meargă pe gheață pentru a exclude influențele externe. În plus, înghețarea navelor este costisitoare (și distrage atenția navelor de la activitatea lor principală).


„După părerea mea, gheața în derivă este o platformă portantă naturală, cea mai optimă atât pentru găzduirea unui complex științific, cât și pentru oamenii în care locuiesc”, spune Vladimir Churun. „Îți permite să mergi în derivă pentru o lungă perioadă de timp și să obții date științifice pure, fără nicio influență externă. Bineînțeles, oamenii de pe slot de gheață sunt lipsiți de un oarecare confort, dar în numele științei trebuie să suportăm asta. Desigur, obținerea datelor științifice trebuie efectuată într-o manieră cuprinzătoare, folosind toate mijloacele disponibile - stații în derivă, expediții aeriene, observare prin satelit, geamanduri automate și nave de expediție științifică.”

„Programul științific al SP-36 a fost destul de extins și de succes”, explică Vladimir Churun ​​pentru Popular Mechanics. „A inclus observații meteorologice, aerologice și hidrologice, precum și studii ale proprietăților stratului de gheață și zăpadă. Dar cercetările legate de ionosferă și câmpul magnetic al Pământului, care au primit o atenție considerabilă la stațiile aflate în derivă în timpul sovietic, au fost acum transferate în stații polare staționare de pe continent și pe insule.

Aer

Începutul lucrărilor stației nu este marcat de momentul solemn al ridicării drapelului rus peste camera de gardă. Oficial, stația de drifting își începe activitatea din momentul în care primul raport meteo este transmis către AARI, iar de acolo către rețeaua meteorologică globală. Deoarece, după cum știm, „Arctica este bucătăria vremii”, aceste date oferă meteorologilor informații extrem de valoroase. Studiul profilurilor barice (presiunii, vitezei și direcției vântului la diferite altitudini) și temperaturii atmosferei folosind sonde până la o altitudine de 30 km este folosit nu numai pentru predicția vremii - aceste date pot fi utilizate ulterior în scopuri științifice fundamentale, cum ar fi ca modele de rafinare ale fizicii atmosferice și pentru cele aplicate - de exemplu, sprijinirea zborurilor cu aeronave. Meteorologii și aerologii sunt responsabili pentru toate aceste date.

Munca unui meteorolog poate părea simplă - este să ia date meteorologice și să le trimită la Roshydromet. Pentru a face acest lucru, un set de senzori este amplasat pe un catarg meteo de 10 metri care măsoară viteza și direcția vântului, temperatura și umiditatea, vizibilitatea și presiunea. Toate informațiile, inclusiv de la senzori de la distanță (temperatura zăpezii și gheții, intensitatea radiației solare), circulă către stația meteo. Deși datele sunt preluate de la stație de la distanță, nu este întotdeauna posibil să se efectueze măsurători fără a merge la site-ul meteo. „Cupele anemometrelor și protecția împotriva radiațiilor a cabinei meteorologice, unde sunt amplasați senzorii de temperatură și umiditate, îngheață, trebuie curățate de îngheț (pentru a accesa vârful catargului, acesta din urmă este făcut „casabil” ), explică inginerul meteorolog SP-36 Ilya Bobkov.- A În timpul sezonului de topire, cablurile trebuie să fie întărite în mod constant pentru a menține stabil catargul. În plus, stația nu este proiectată să funcționeze în condiții atât de severe de îngheț, sub - 40°C, așa că am instalat acolo un dispozitiv de încălzire - o lampă obișnuită cu incandescență de 40 de wați. Desigur, există stații proiectate pentru temperaturi atât de scăzute, dar sunt mai puțin precise.”

Peste 10 m este zona de lucru pentru aerologi. „Studiam straturile superioare ale atmosferei folosind sonde aerologice”, explică Serghei Ovchinnikov, inginer principal în aerologie SP-36. - Sonda este o cutie care cântărește 140 g, este atașată unui balon - o minge cu un volum de aproximativ 1,5 m 3 umplută cu hidrogen, care este produsă chimic într-un generator de gaz de înaltă presiune - din pulbere de ferosiliciu, sodă caustică și apă. Sonda are un receptor GPS încorporat, un transmițător de telemetrie, precum și senzori de temperatură, presiune și umiditate. La fiecare două secunde, sonda transmite informații împreună cu coordonatele sale către o stație de recepție la sol.” Coordonatele sondei fac posibilă calcularea mișcării, vitezei vântului și direcției acesteia la diferite altitudini (altitudinea este determinată prin metoda barometrică). Electronica sondei este alimentată de o baterie umplută cu apă, care este mai întâi ținută în apă timp de câteva minute (vestele de salvare cu balize de urgență sunt echipate cu surse de alimentare similare).

„Sondele sunt lansate în fiecare zi la 0 și la 12:00 GMT, dacă condițiile meteorologice o permit în condiții de vânt puternic, sonda pur și simplu „se prinde” la sol. În mai puțin de un an, au avut loc 640 de lansări, spune Sergei Ovchinnikov „Înălțimea medie de urcare a fost de 28.770 m, viteza maximă de urcare a sondei a fost de aproximativ 300 m pe minut, așa că a atins înălțimea maximă în aproximativ un an o oră și jumătate, balonul în timp ce liftul se umflă, apoi explodează, iar sonda cade la pământ. Adevărat, este aproape imposibil să-l găsești, așa că dispozitivul este de unică folosință, deși scump.”

Apă

„Accentul principal în munca noastră este pe măsurarea parametrilor de curent, precum și a temperaturii, conductibilității electrice și a densității apei”, spune oceanologul SP-36, Serghei Kuzmin, „În ultimii ani, flota de instrumente a fost actualizată semnificativ și acum putem obține rezultate cu o precizie ridicată corespunzătoare nivelului mondial. Acum folosim instrumente de profilare care ne permit să măsurăm viteza curgerii folosind efectul Doppler transversal în mai multe straturi.

„Am studiat în principal curenții atlantici, a căror limită superioară se află la o adâncime de 180-220 m, iar miezul - 270-400 m”. Pe lângă studierea curenților, s-a oferit un studiu zilnic al coloanei de apă folosind o sondă care a măsurat conductivitatea electrică și temperatura la fiecare șase zile, au fost efectuate studii la o adâncime de până la 1000 m pentru a „capta” apele Atlanticului; o dată pe săptămână sonda a fost coborâtă pe toată lungimea maximă a cablului - 3400 m pentru a studia straturile de adâncime. „În unele zone”, explică Serghei Kuzmin, „un efect geotermal poate fi observat în straturile adânci”.

Sarcina oceanologilor de pe SP-36 a inclus și colectarea de probe pentru analiza ulterioară de către hidrochimiști. „De trei ori în timpul iernii - primăvara, vara și toamna - am luat un miez de gheață, care a fost apoi topit la temperatura camerei, apa rezultată a fost trecută printr-un filtru și apoi înghețată din nou", spune Serghei. - Atât filtrul, cât și gheața au fost ambalate special pentru analize ulterioare. Probele de zăpadă și apă subglaciară au fost colectate în același mod. Probele de aer au fost, de asemenea, prelevate folosind un aspirator, care a pompat aer prin mai multe filtre care rețineau cele mai mici particule. Anterior, în acest fel era posibil, de exemplu, să se detecteze polenul unor specii de plante care zboară în regiunile polare din Canada și taiga rusă.”

De ce să studiezi curentele? „Prin comparație cu datele acumulate în anii precedenți, tendințele climatice pot fi determinate”, răspunde Serghei. „O astfel de analiză va face posibilă înțelegerea, de exemplu, a comportamentului gheții în Oceanul Arctic, care este extrem de important nu numai din punct de vedere fundamental, ci și din punct de vedere pur aplicat - de exemplu, atunci când dezvoltarea resurselor naturale ale Arcticii.”

Zăpadă

Programul de cercetări meteorologice speciale a cuprins mai multe secțiuni. Au fost studiate structura stratului de zăpadă și gheață, proprietățile sale termofizice și de radiație - adică modul în care reflectă și absoarbe radiația solară. „Adevărul este că zăpada are o reflectivitate ridicată și, conform acestei caracteristici, de exemplu în imaginile din satelit, seamănă foarte mult cu un strat de nor”, ​​explică meteorologul Serghei Shutilin. - Mai ales iarna, când temperatura în ambele locuri este de câteva zeci de grade sub zero. Am studiat proprietățile termofizice ale zăpezii în funcție de temperatură, vânt, înnorare și radiația solară.” S-a măsurat și pătrunderea radiației solare (desigur, în timpul zilei polare) prin zăpadă și gheață la diferite adâncimi (inclusiv în apă). Au fost studiate, de asemenea, morfologia zăpezii și proprietățile ei termofizice - temperatura la diferite adâncimi, densitatea, porozitatea și compoziția fracționată a cristalelor în diferite straturi. Aceste date, împreună cu caracteristicile radiațiilor, vor ajuta la clarificarea descrierii stratului de zăpadă și gheață în modele de diferite niveluri - atât modele climatice globale, cât și regionale.

În timpul zilei polare, s-au efectuat măsurători ale radiațiilor ultraviolete care ajung la suprafața Pământului, iar în timpul nopții polare au fost folosite analizoare de gaze pentru a studia concentrațiile de dioxid de carbon, ozon la nivelul solului și metan, ale căror emisii în Arctica sunt aparent. asociate cu procesele geologice. Folosind un analizor special de gaze, a fost posibil să se obțină, potrivit lui Serghei Shutilin, date unice privind fluxul de dioxid de carbon și vapori de apă prin suprafața zăpezii și a gheții: „Anterior, exista un model conform căruia apa topită din coasta a căzut în ocean, oceanul s-a acoperit cu gheață și sub el au avut loc procese anaerobe. Și după ce suprafața a fost eliberată de gheață, un flux de dioxid de carbon a intrat în atmosferă. Am descoperit că fluxul merge în sens invers: când nu există gheață, merge în ocean, iar când este gheață, intră în atmosferă! Cu toate acestea, acest lucru poate depinde și de zonă - de exemplu, măsurătorile pe SP-35, care s-a apropiat de sud și de mările de raft din emisfera estică, sunt în concordanță cu ipoteza de mai sus. Deci este nevoie de mai multe cercetări.”

Gheața primește acum cea mai mare atenție, deoarece este un indicator clar al proceselor care au loc în Arctica. Prin urmare, studiul acestuia este extrem de important. În primul rând, aceasta este o evaluare a bilanţului masei de gheaţă. Se topește vara și crește în timpul iernii, astfel încât măsurătorile regulate ale grosimii sale folosind tije de măsurare la un loc desemnat fac posibilă estimarea ratei de topire sau creștere a slotului de gheață, iar aceste date pot fi apoi utilizate pentru a rafina diverse modele de formare multianuală a gheții. „La SP-36, depozitul a ocupat o suprafață de 80x100 m, iar din octombrie până în mai au crescut 8.400 de tone de gheață”, spune Vladimir Churun. „Îți poți imagina cât de multă gheață a crescut pe întregul banc de gheață care măsoară 5x6 km!”

„Am luat și mai multe nuclee de gheață tânără și veche, care vor fi studiate la AARI - compoziție chimică, proprietăți mecanice, morfologie”, spune cercetătorul de gheață SP-36 Nikita Kuznetsov. „Aceste informații pot fi folosite pentru a perfecționa diverse modele climatice și, de asemenea, de exemplu, în scopuri de inginerie, inclusiv pentru construcția de spărgătoare de gheață.”

În plus, la SP-36 s-au efectuat studii asupra proceselor de trecere a diferitelor valuri în gheața de mare: valuri formate în timpul ciocnirilor de slot de gheață, precum și cele care trec din mediul marin în gheață. Aceste date sunt înregistrate cu ajutorul seismometrelor foarte sensibile și sunt ulterior utilizate pentru modele aplicate de interacțiune a gheții cu solidele. Potrivit cercetătorului principal inginer-gheață al SP-36, Leonid Panov, acest lucru face posibilă evaluarea sarcinilor pe diferite structuri inginerești - nave, platforme de foraj etc. - din punctul de vedere al rezistenței la gheață: „Cunoașterea caracteristicilor din interacțiunea gheții cu valurile, este posibil să se calculeze proprietățile de rezistență ale gheții, ceea ce înseamnă să prezicem exact unde se va sparge. Astfel de metode vor face posibilă detectarea de la distanță a trecerii crăpăturilor și a zguduirii în zone periculoase, de exemplu, lângă conductele de petrol și gaze.”

Nu o statiune

Când l-am întrebat pe Vladimir cum s-au simțit schimbările climatice globale (și anume încălzirea globală) în timp ce lucra la stația de plutire, el a zâmbit doar ca răspuns: „Desigur, zona de gheață și grosimea ei din Arctica au scăzut - aceasta este un fapt științific bine înregistrat. Dar la o stație aflată în derivă, în spațiul local al banchizei, încălzirea globală nu se simte deloc. În special, în această iernare am înregistrat temperatura minimă din ultimii zece ani (-47,3°C). Vântul nu a fost foarte puternic - rafale maxime au fost de 19,4 m/s. Dar, în general, iarna din februarie până în aprilie a fost foarte rece. Deci, în ciuda încălzirii globale, Arctica nu a devenit mai caldă, mai confortabilă sau mai confortabilă. Este încă la fel de frig aici, vânturile reci bat încă, gheața este tot aceeași peste tot. Și nu există încă nicio speranță că Chukotka va deveni în curând o stațiune.”

Dmitri Mamontov.