Zhrnutie lekcie o okolitom svete na tému "Arktický oceán". Vieme všetko o vlastnostiach ľadu? Ako vysvetliť dieťaťu zložité fyzikálne procesy

Každý vie, že ľad je zamrznutá voda, alebo skôr, je v pevnom stave agregácie. ale Prečo ľad neklesá vo vode, ale pláva na jej povrchu?

Voda je nezvyčajná látka so vzácnymi, až anomálnymi vlastnosťami. V prírode sa väčšina látok pri zahrievaní rozťahuje a pri ochladzovaní sťahuje. Napríklad ortuť v teplomere stúpa cez úzku trubicu a vykazuje zvýšenie teploty. Pretože ortuť zamŕza pri -39ºC, nie je vhodná pre teplomery používané v náročných teplotných prostrediach.

Voda sa tiež pri zahrievaní rozširuje a pri ochladzovaní sťahuje. Avšak v rozsahu ochladzovania od približne +4 ºC do 0 ºC expanduje. Preto môže v zime prasknúť vodovodné potrubie, ak voda v nich zamrzla a vytvorili sa veľké masy ľadu. Tlak ľadu na steny potrubia je dostatočný na to, aby spôsobil ich prasknutie.

Rozšírenie vody

Keďže voda pri ochladzovaní expanduje, hustota ľadu (t. j. jeho pevná forma) je menšia ako hustota tekutej vody. Inými slovami, daný objem ľadu váži menej ako rovnaký objem vody. To sa odráža vo vzorci m = ρV, kde V je objem telesa, m je hmotnosť telesa, ρ je hustota látky. Medzi hustotou a objemom je nepriamo úmerný vzťah (V = m/ρ), t.j. so zvyšujúcim sa objemom (ako sa voda ochladzuje) bude mať rovnaká hmotnosť nižšiu hustotu. Táto vlastnosť vody vedie k tvorbe ľadu na hladine nádrží - rybníkov a jazier.

Predpokladajme, že hustota vody je 1. Potom bude mať ľad hustotu 0,91. Vďaka tomuto údaju vieme zistiť hrúbku ľadovej kryhy, ktorá pláva na vode. Napríklad, ak má ľadová kryha nad vodou výšku 2 cm, potom môžeme usúdiť, že jej podvodná vrstva je 9-krát hrubšia (t.j. 18 cm) a hrúbka celej ľadovej kryhy je 20 cm.

V oblasti severného a južného pólu Zeme voda zamŕza a vytvára ľadovce. Niektoré z týchto plávajúcich ľadových hôr sú obrovské. Za najväčší známy ľadovec sa považuje ľadovec s plochou 31 000 metrov štvorcových. kilometrov, ktorý bol objavený v roku 1956 v Tichom oceáne.

Ako voda v pevnom stave zväčšuje svoj objem? Zmenou jeho štruktúry. Vedci dokázali, že ľad má prelamovanú štruktúru s dutinami a dutinami, ktoré sa po roztopení naplnia molekulami vody.

Prax ukazuje, že bod tuhnutia vody klesá so zvyšujúcim sa tlakom približne o jeden stupeň na každých 130 atmosfér.

Je známe, že v oceánoch vo veľkých hĺbkach je teplota vody nižšia ako 0 ºС, a napriek tomu nezamŕza. Vysvetľuje to tlak vytvorený hornými vrstvami vody. Vrstva vody hrubá jeden kilometer lisuje silou asi 100 atmosfér.

Porovnanie hustôt vody a ľadu

Môže byť hustota vody menšia ako hustota ľadu a znamená to, že sa v nej utopí? Odpoveď na túto otázku je kladná, čo sa dá ľahko dokázať nasledujúcim experimentom.

Zoberme si z mrazničky, kde je teplota -5 ºС, kúsok ľadu o veľkosti tretiny pohára alebo o niečo viac. Dajme to do vedra s vodou pri teplote +20 ºС. Čo pozorujeme? Ľad rýchlo klesá a klesá, postupne sa začína topiť. Stáva sa to preto, že voda pri teplote +20 ºС má nižšiu hustotu v porovnaní s ľadom pri teplote -5 ºС.

Existujú modifikácie ľadu (pri vysokých teplotách a tlakoch), ktoré vďaka svojej väčšej hustote vo vode klesnú. Hovoríme o takzvanom „ťažkom“ ľade – deutériu a tríciu (nasýtenom ťažkým a superťažkým vodíkom). Napriek prítomnosti rovnakých dutín ako v protiumovom ľade sa potopí vo vode. Na rozdiel od „ťažkého“ ľadu neobsahuje protium ľad ťažké izotopy vodíka a obsahuje 16 miligramov vápnika na liter tekutiny. Proces jeho prípravy zahŕňa čistenie od škodlivých nečistôt o 80%, vďaka čomu je protium voda považovaná za najoptimálnejšiu pre ľudský život.

Význam v prírode

Skutočnosť, že ľad pláva na povrchu vodných plôch, zohráva v prírode dôležitú úlohu. Ak by voda túto vlastnosť nemala a ľad by klesol na dno, viedlo by to k zamrznutiu celej nádrže a v dôsledku toho k smrti živých organizmov, ktoré ju obývajú.

Keď nastane chladné počasie, najprv pri teplotách nad +4 ºС, chladnejšia voda z povrchu nádrže klesá a teplá (ľahšia) voda stúpa. Tento proces sa nazýva vertikálna cirkulácia (miešanie) vody. Keď dosiahne +4 ºС v celej nádrži, tento proces sa zastaví, pretože z povrchu sa voda už pri +3 ºС stáva ľahšou ako tá, ktorá je dole. Voda expanduje (jej objem sa zväčšuje približne o 10%) a jej hustota klesá. V dôsledku toho, že chladnejšia vrstva je navrchu, voda na povrchu zamŕza a vzniká ľadová pokrývka. Ľad má vďaka svojej kryštalickej štruktúre zlú tepelnú vodivosť, čo znamená, že zachováva teplo. Vrstva ľadu pôsobí ako druh tepelného izolátora. A voda pod ľadom si zachováva svoje teplo. Vďaka tepelnoizolačným vlastnostiam ľadu sa výrazne znižuje prenos „chladu“ do spodných vrstiev vody. Na dne nádrže preto takmer vždy zostáva aspoň tenká vrstva vody, ktorá je pre život jej obyvateľov mimoriadne dôležitá.

Teda +4 ºС - teplota maximálnej hustoty vody - je teplota prežitia živých organizmov v nádrži.

Použitie v každodennom živote

Vyššie bola spomenutá možnosť prasknutia vodovodného potrubia pri zamrznutí vody. Aby nedošlo k poškodeniu vodovodného systému pri nízkych teplotách, nemalo by dochádzať k prerušeniu dodávky teplej vody, ktorá preteká vykurovacím potrubím. Vozidlo je vystavené podobnému nebezpečenstvu, ak v chladnom počasí zostane voda v chladiči.

Teraz si povedzme o príjemnej stránke jedinečných vlastností vody. Korčuľovanie je skvelá zábava pre deti aj dospelých. Premýšľali ste niekedy nad tým, prečo je ľad taký šmykľavý? Napríklad sklo je tiež klzké a tiež hladšie a atraktívnejšie ako ľad. Korčule sa po nej ale nekĺžu. Jedine ľad má takú špecifickú rozkošnú vlastnosť.

Faktom je, že pod váhou našej váhy vzniká tlak na tenkú čepeľ korčule, čo následne spôsobuje tlak na ľad a jeho topenie. V tomto prípade sa vytvorí tenký vodný film, po ktorom sa oceľová čepeľ korčule kĺže.

Rozdiel v mrazení vosku a vody

Experimenty ukazujú, že povrch kocky ľadu tvorí určitú vydutinu. Je to spôsobené tým, že zmrazenie v strede nastáva ako posledné. A roztiahnutím sa počas prechodu do pevného stavu sa táto vydutina ešte viac zväčší. Proti tomu sa dá pôsobiť tvrdnutím vosku, ktorý naopak tvorí priehlbinu. Vysvetľuje to skutočnosť, že vosk sa po premene do pevného stavu stiahne. Kvapaliny, ktoré sa pri zmrazení rovnomerne zmršťujú, vytvárajú trochu konkávny povrch.

Na zmrazenie vody nestačí jej ochladzovanie na bod mrazu 0 ºC, táto teplota sa musí udržiavať neustálym chladením.

Voda zmiešaná so soľou

Pridaním kuchynskej soli do vody sa zníži jej bod tuhnutia. Práve z tohto dôvodu sú cesty v zime posypané soľou. Slaná voda zamŕza pri teplote -8°C a nižšej, takže kým teplota neklesne aspoň na túto hranicu, k zamrznutiu nedochádza.

Zmes ľadu a soli sa niekedy používa ako „chladiaca zmes“ na experimenty pri nízkej teplote. Keď sa ľad topí, absorbuje zo svojho okolia latentné teplo potrebné na premenu, čím ho ochladzuje. To absorbuje toľko tepla, že teplota môže klesnúť pod -15 °C.

Univerzálne rozpúšťadlo

Čistá voda (molekulový vzorec H 2 0) nemá žiadnu farbu, žiadnu chuť, žiadnu vôňu. Molekula vody pozostáva z vodíka a kyslíka. Keď sa do vody dostanú iné látky (rozpustné a nerozpustné vo vode), dochádza k jej znečisteniu, preto v prírode neexistuje absolútne čistá voda. Všetky látky, ktoré sa vyskytujú v prírode, môžu byť v rôznej miere rozpustené vo vode. To je dané ich jedinečnými vlastnosťami – rozpustnosťou vo vode. Voda sa preto považuje za „univerzálne rozpúšťadlo“.

Garant stabilnej teploty vzduchu

Voda sa ohrieva pomaly kvôli svojej vysokej tepelnej kapacite, ale napriek tomu proces chladenia prebieha oveľa pomalšie. To umožňuje oceánom a moriam akumulovať teplo v lete. K uvoľňovaniu tepla dochádza v zime, vďaka čomu nedochádza k prudkým zmenám teploty vzduchu na území našej planéty počas celého roka. Oceány a moria sú pôvodným a prirodzeným akumulátorom tepla na Zemi.

Povrchové napätie

Záver

Skutočnosť, že ľad neklesá, ale pláva na povrchu, sa vysvetľuje jeho nižšou hustotou v porovnaní s vodou (špecifická hustota vody je 1000 kg/m³, ľadu - asi 917 kg/m³). Táto téza platí nielen pre ľad, ale aj pre akékoľvek iné fyzické telo. Napríklad hustota papierového člna alebo jesenného lístia je oveľa nižšia ako hustota vody, čo zabezpečuje ich vztlak.

Avšak vlastnosť vody mať nižšiu hustotu v pevnom stave je v prírode veľmi zriedkavá, výnimka zo všeobecného pravidla. Iba kov a liatina (zliatina kovového železa a nekovového uhlíka) majú podobné vlastnosti.

Malé deti veľmi často kladú dospelým zaujímavé otázky a nie vždy im môžu hneď odpovedať. Aby ste svojmu dieťaťu nepripadali hlúpi, odporúčame vám oboznámiť sa s úplnou a podrobnou, fundovanou odpoveďou týkajúcou sa vztlaku ľadu. Veď pláva, nie sa topí. Prečo sa to deje?

Ako vysvetliť dieťaťu zložité fyzikálne procesy?

Prvá vec, ktorá vás napadne, je hustota. Áno, v skutočnosti ľad pláva, pretože je menej hustý ako . Ako však vysvetliť dieťaťu, čo je hustota? Nikto nie je povinný povedať mu školské osnovy, ale je celkom možné to všetko zredukovať na to, čo to je. Koniec koncov, v skutočnosti rovnaký objem vody a ľadu má rôznu hmotnosť. Ak problém preštudujeme podrobnejšie, môžeme okrem hustoty vyjadriť aj niekoľko ďalších dôvodov.
nielen preto, že jej znížená hustota bráni jej nižšiemu klesaniu. Dôvodom je aj to, že v ľade sú zamrznuté malé vzduchové bublinky. Znižujú tiež hustotu, a preto sa vo všeobecnosti ukazuje, že hmotnosť ľadovej dosky je ešte menšia. Keď sa ľad roztiahne, nenaberie viac vzduchu, ale všetky tie bublinky, ktoré sú už vo vnútri tejto vrstvy, tam zostanú, kým sa ľad nezačne topiť alebo sublimovať.

Uskutočnenie experimentu o sile expanzie vody

Ale ako môžete dokázať, že ľad sa skutočne rozširuje? Veď aj voda sa môže rozpínať, tak ako sa to dá dokázať v umelých podmienkach? Môžete vykonať zaujímavý a veľmi jednoduchý experiment. Na to budete potrebovať plastový alebo kartónový pohár a vodu. Množstvo nemusí byť veľké, pohár nemusíte naplniť až po okraj. V ideálnom prípade potrebujete teplotu okolo -8 stupňov alebo nižšiu. Ak je teplota príliš vysoká, zážitok bude trvať neprimerane dlho.
Voda sa teda naleje dovnútra, musíme počkať, kým sa vytvorí ľad. Keďže sme zvolili optimálnu teplotu, pri ktorej sa malý objem tekutiny premení v priebehu dvoch až troch hodín na ľad, pokojne môžete ísť domov a čakať. Musíte počkať, kým sa všetka voda zmení na ľad. Po chvíli sa pozrieme na výsledok. Pohár, ktorý je zdeformovaný alebo roztrhnutý ľadom, je zaručený. Pri nižšej teplote vyzerajú efekty pôsobivejšie a samotný experiment trvá menej času.

Negatívne dôsledky

Ukazuje sa, že jednoduchý experiment potvrdzuje, že ľadové bloky sa pri znižovaní teploty naozaj rozťahujú a objem vody sa pri mrazení ľahko zväčšuje. Táto funkcia spravidla spôsobuje veľa problémov zábudlivým ľuďom: fľaša šampanského ponechaná na balkóne počas silvestrovských prestávok v dôsledku vystavenia ľadu. Keďže expanzná sila je veľmi veľká, nedá sa nijako ovplyvniť. No a čo sa týka vztlaku ľadových blokov, tu nie je čo dokazovať. Tí najzvedavejší môžu ľahko uskutočniť podobný experiment na jar alebo na jeseň sami a pokúsiť sa utopiť kusy ľadu vo veľkej mláke.

Takmer desatina zemského povrchu je trvalo pokrytá ľadom. Asi 90 percent z tohto množstva pochádza z ľadových príkrovov Antarktídy a Grónska. Zvyšných 10 percent „patrí“ horským ľadovcom. Zaujímavosťou je, že pokrývka Antarktídy je 1,5-krát väčšia ako pokrývka Spojených štátov a je tu 9-krát viac ľadu ako v ľadových oblastiach Grónska.

Obyvatelia severných regiónov používajú ľad ako pitnú vodu. Zaujímavé je, že keď morská voda zamrzne, obsahuje minimálny obsah soli. Roztopený ľad preto môžu využívať aj obyvatelia severných morských ostrovov či polárnych oblastí, napríklad Eskimáci.

Prirodzene, v severných regiónoch, kde nie sú lesy, nachádza ľad aj svoje druhé využitie – na stavbu domov. Vonkajšie takéto obydlie (nazývajú sa iglu) pripomína pologuľovú misku otočenú hore dnom. Je vyrobený z veľkých ľadových blokov. Do iglu vstupujú cez malý nadstavec – baldachýn. Ľad má pomerne nízku tepelnú vodivosť, a preto sa vnútro iglu rýchlo zohreje ako vonkajšok.

Arktických prieskumníkov, ktorí ako prví videli takéto ľadové chatrče, prekvapilo, že pri tridsaťstupňovom mraze vonku bola teplota vo vnútri iglu približne nulová. Iglu boli bežné medzi Eskimákmi v Severnej Amerike a Grónsku.

Pomocou takýchto obydlí mohli Eskimáci pri love voľne cestovať na veľké vzdialenosti po ľade. Skúsenosti Eskimákov si osvojili vedci pracujúci na polárnych staniciach. Už na prvej stanici Severného pólu bola v ľadovni inštalovaná rádiostanica.

Štúdium ľadu je veľmi dôležité: fosílny ľad zachovaný vo vysokohorských ľadovcoch a hlbinách Antarktídy predstavuje akúsi kroniku vzdialených období. Ich vek je státisíce rokov.

Sneh, ktorý padá na povrch ľadovca, sa totiž postupne mení na firn – sypký, zrnitý ľad s množstvom vzduchu. Postupne firn hustne a tvorí ľad, v ktorom zostávajú drobné bublinky. Vedci ich získavajú vŕtaním do ľadovca a skúmajú ich v laboratóriách.

Analýzou ovzdušia dávnej minulosti sa vedci dozvedia, aké bolo na Zemi počasie, odkiaľ fúkali vetry a aký prach so sebou niesli. Práve z fosílneho ľadu vedci zistili, že na Zemi nebolo jedno, ale dve veľké zaľadnenia a že k nim došlo za posledných 220 tisíc rokov.

Ako sa voda mení na ľad?

Pozrime sa, ako sa voda v jazierku mení na ľad. Keď sa vzduch ochladzuje, ochladzuje vrchnú vrstvu vody. Horná studená vrstva vody sa stáva ťažšou ako teplá spodná vrstva a klesá. Tento proces pokračuje, kým všetka voda v jazierku nevychladne na teplotu asi 4 °C.

Ale teplota vzduchu klesá! Keď sa vrchné vrstvy vody ochladia na teplotu pod 4°C, zostávajú na povrchu. Faktom je, že voda ochladená na teplotu pod 4°C sa v podstate stáva ľahšou!

Takže horné vrstvy vody sú pripravené na zmrazenie. Keď teplota zostane na alebo pod bodom mrazu 0 °C, začnú sa vytvárať drobné kryštály.

Každý takýto kryštál má šesť lúčov. Keď sa spoja, vytvoria ľad a čoskoro sa na hladine vody vytvorí ľadová kôra. Niekedy je ľad priehľadný, niekedy nie. prečo? Faktom je, že keď kvapôčky vody zamrznú, uvoľnia sa drobné vzduchové bublinky. Lepia sa na lúče ľadových kryštálikov. Čím viac ľadových kryštálov sa vytvorí, tým viac vzduchových bublín je - to je nepriehľadný ľad.

Ak sa voda pod ľadom pohybuje, vzduchové bubliny sa zhromažďujú a vytvára sa čistý ľad.

Voda, podobne ako niektoré iné látky, nezmenšuje svoj objem pri prechode z kvapalného do tuhého skupenstva. Keď voda zamrzne, zväčší sa o jednu devítinu svojho objemu, čo znamená, že keď zamrzne deväť litrov vody, získate desať litrov pevného ľadu! Keď v zime prasknú radiátory a vodovodné potrubia, je to preto, že voda zamrzne a roztiahne svoj objem!

Pre bežného človeka je spravidla úplne nepochopiteľné, čo títo ľudia robia.
ľudia tam, „na vrchole Zeme“, v podmienkach extrémnych mrazov, polárnej noci,
na ľadovej kryhe, ktorá by sa mohla každú chvíľu zlomiť a bez obvyklého komfortu
modernej civilizácie. Keď som požiadal, aby som hovoril o vedeckom
výskum na ľadovej kryhe zástupcovi vedúceho SP-36 pre vedu Vladimírovi
Churun, zamyslene odpovedal: „Vieš, tiež by mi nevadilo, keby som to zistil
o tom!"

Existuje mnoho spôsobov, ako preskúmať Arktídu. Automatické vedecké komplexy - meteorologické a oceánografické stanice, bóje hmotnostnej rovnováhy, ktoré sú zamrznuté v ľade a umožňujú určiť nárast alebo zmenu hmotnosti ľadovej pokrývky (mimochodom, takáto bója funguje na SP-37) - značne uľahčujú zber údajov, ale majú svoje obmedzenia. Samozrejme, bolo by lákavé sedieť v kancelárii, kým dáta prichádzajú cez satelitnú komunikáciu zo systému, napríklad automatických hydrologických staníc – kotviacich alebo unášaných bójí. Ale za rok sa zvyčajne stratí viac ako 50% takýchto (veľmi drahých) bójí - v tomto regióne sú pracovné podmienky dosť ťažké aj pre zariadenia špeciálne navrhnuté na to kvôli dynamike ľadových polí (hummockovanie, kompresia).

Ďalším spôsobom, ako získať vedecké údaje, je diaľkový prieskum Zeme. Vedecké satelity (bohužiaľ nie ruské) umožňujú získavať informácie o podmienkach ľadu vo viditeľnom, infračervenom, radarovom a mikrovlnnom rozsahu. Tieto údaje sa používajú najmä na aplikované účely: na navádzanie lodí, na vyhľadávanie vhodných ľadových krýh pre unášacie stanice; na samotných unášacích staniciach pomáhajú pri práci - napríklad na SP-36 boli použité na lokalizáciu miesta vhodného na výstavbu pristávacej dráhy. Satelitné informácie je však potrebné overiť porovnaním s reálnymi pozorovaniami – priamo meraná hrúbka ľadu, jeho vek (tieto údaje zatiaľ nie je možné priamo merať zo satelitu).

Vedecké stanice (už obývané) je možné umiestniť aj zmrazením lodí v ľade (tento spôsob testoval Fridtjof Nansen). Z času na čas sa takéto projekty realizujú napríklad francúzska jachta Tara alebo americko-kanadský projekt SHEBA zahŕňajúci loď driftujúcu v Beaufortovom mori. O podobnom projekte sa uvažovalo aj pre jadrový ľadoborec Arktika, no nakoniec sa od neho z rôznych dôvodov upustilo. Zamrznuté lode však poskytujú len dobrú základňu pre život vedeckého personálu a zásobovanie vedeckým komplexom energiou. Aby ľudia zbierali vedecké údaje, stále budú musieť ísť na ľad, aby vylúčili vonkajšie vplyvy. Okrem toho je zmrazenie lodí drahé (a odvádza pozornosť lodí od ich hlavnej práce).


„Podľa môjho názoru je unášaný ľad prirodzenou nosnou platformou, ktorá je najoptimálnejšia pre umiestnenie vedeckého komplexu aj pre život ľudí,“ hovorí Vladimir Churun. „Umožňuje vám to driftovať po dlhú dobu a získavať čisté vedecké údaje bez akéhokoľvek vonkajšieho vplyvu. Samozrejme, ľudia na ľadovej kryhe sú zbavení určitého komfortu, ale v mene vedy to musíme strpieť. Samozrejme, získavanie vedeckých údajov musí prebiehať komplexne, s využitím všetkých dostupných prostriedkov – driftovacích staníc, leteckých expedícií, satelitných pozorovaní, automatických bójí a vedeckých expedičných plavidiel.“

"Vedecký program SP-36 bol pomerne rozsiahly a úspešný," vysvetľuje Vladimir Churun ​​​​pre Popular Mechanics. “Zahŕňal meteorologické, aerologické a hydrologické pozorovania, ako aj štúdie vlastností ľadu a snehovej pokrývky. Ale výskum súvisiaci s ionosférou a magnetickým poľom Zeme, ktorému sa v sovietskych časoch venovala značná pozornosť na driftovacích staniciach, sa teraz presunul na stacionárne polárne stanice na pevnine a na ostrovoch.

Vzduch

Začiatok práce stanice nie je poznačený slávnostným momentom vztýčenia ruskej vlajky nad uborovňou. Oficiálne driftovacia stanica začína svoju činnosť od okamihu, keď sa prvá správa o počasí odošle do AARI a odtiaľ do globálnej meteorologickej siete. Keďže, ako vieme, „Arktída je kuchyňou počasia“, tieto údaje poskytujú meteorológom mimoriadne cenné informácie. Štúdium barických (tlak, rýchlosť a smer vetra v rôznych výškach) a teplotných profilov atmosféry pomocou sond do výšky 30 km sa využíva nielen na predpovedanie počasia – tieto údaje je možné neskôr využiť na zásadné vedecké účely, napr. ako spresňujúce modely fyziky atmosféry a pre aplikované - napríklad na podporu letov lietadiel. Za všetky tieto údaje sú zodpovední meteorológovia a aerológovia.

Práca meteorológa sa môže zdať jednoduchá – berie meteorologické údaje a posiela ich do Roshydrometu. Na tento účel je na 10-metrovom stožiari počasia umiestnená sada senzorov, ktorá meria rýchlosť a smer vetra, teplotu a vlhkosť, viditeľnosť a tlak. Všetky informácie, vrátane informácií zo vzdialených senzorov (teplota snehu a ľadu, intenzita slnečného žiarenia), prúdia do meteorologickej stanice. Aj keď sa údaje zo stanice získavajú na diaľku, nie je vždy možné vykonať merania bez návštevy meteorologickej stanice. „Poháre anemometrov a radiačná ochrana kabíny proti poveternostným vplyvom, kde sú umiestnené snímače teploty a vlhkosti, zamrznú, musia byť zbavené námrazy (na prístup k hornej časti sťažňa je sťažeň „rozbitný“ ), vysvetľuje inžinier meteorológ SP-36 Iľja Bobkov.- A Počas obdobia topenia sa kotevné laná musia neustále posilňovať, aby bol stožiar stabilný. Stanica navyše nie je navrhnutá na prevádzku v takých silných mrazoch, pod - 40°C, preto sme tam nainštalovali vykurovacie zariadenie - obyčajnú 40-wattovú žiarovku. Samozrejme, existujú stanice určené na takéto nízke teploty, ale sú menej presné.“

Nad 10 m je pracovná plocha pre aerológov. „Študujeme horné vrstvy atmosféry pomocou aerologických sond,“ vysvetľuje vedúci aerologický inžinier SP-36 Sergej Ovchinnikov. - Sonda je krabička s hmotnosťou 140 g, je pripevnená k balónu - guli s objemom cca 1,5 m 3 naplnenej vodíkom, ktorý sa vyrába chemicky vo vysokotlakovom generátore plynu - z ferosilíciového prášku, lúhu sodného a voda. Sonda má zabudovaný GPS prijímač, telemetrický vysielač, ako aj snímače teploty, tlaku a vlhkosti. Každé dve sekundy sonda odošle informácie spolu so svojimi súradnicami do pozemnej prijímacej stanice. Súradnice sondy umožňujú vypočítať jej pohyb, rýchlosť a smer vetra v rôznych nadmorských výškach (nadmorská výška sa zisťuje barometrickou metódou). Elektronika sondy je napájaná vodou naplnenou batériou, ktorá sa najprv nechá niekoľko minút vo vode (podobnými zdrojmi energie sú vybavené záchranné vesty s núdzovými majákmi).

„Sondy sa spúšťajú každý deň o 0 a 12 hodine GMT, ak to poveternostné podmienky dovolia pri silnom vetre, sonda sa jednoducho „pribije“ k zemi. Za menej ako rok sa uskutočnilo 640 vypustení, hovorí Sergej Ovchinnikov „Priemerná výška výstupu bola 28 770 m, maximálna rýchlosť výstupu bola asi 300 m za minútu, takže svoju maximálnu výšku dosiahla približne za rok hodinu a pol sa balón pri výťahu nafúkne a potom praskne a sonda spadne na zem. Je pravda, že je takmer nemožné ho nájsť, takže zariadenie je na jedno použitie, aj keď drahé.“

Voda

„Hlavný dôraz v našej práci kladieme na meranie aktuálnych parametrov, ako aj teploty, elektrickej vodivosti a hustoty vody,“ hovorí oceánológ SP-36 Sergei Kuzmin „V posledných rokoch bola flotila nástrojov výrazne aktualizovaná môžeme získať výsledky s vysokou presnosťou zodpovedajúcou svetovej úrovni. Teraz používame profilovacie prístroje, ktoré nám umožňujú merať rýchlosť prúdenia pomocou priečneho Dopplerovho javu vo viacerých vrstvách.

"Študovali sme hlavne atlantické prúdy, ktorých horná hranica je v hĺbke 180 - 220 m, a jadro - 270 - 400 m." Okrem študovania prúdov sa vykonávala denná štúdia vodného stĺpca pomocou sondy, ktorá každých šesť dní merala elektrickú vodivosť a teplotu, štúdie sa uskutočňovali v hĺbke až 1000 m na „zachytenie“ vôd Atlantiku, a raz týždenne bola sonda spustená na celú maximálnu dĺžku kábla - 3400 m, aby mohla študovať hlbokomorské vrstvy. "V niektorých oblastiach," vysvetľuje Sergej Kuzmin, "je možné pozorovať geotermálny efekt v hlbokých vrstvách."

Úlohou oceánológov na SP-36 bolo aj zbieranie vzoriek na následnú analýzu hydrochemikmi. "Trikrát počas zimy - na jar, v lete a na jeseň - sme vzali ľadové jadro, ktoré sa potom roztopilo pri izbovej teplote, výsledná voda prešla cez filter a potom sa znova zmrazila," hovorí Sergej. - Filter aj ľad boli špeciálne zabalené pre následnú analýzu. Vzorky snehu a subglaciálna voda sa odoberali rovnakým spôsobom. Vzorky vzduchu sa odoberali aj pomocou odsávačky, ktorá pumpovala vzduch cez niekoľko filtrov, ktoré zadržiavali najmenšie častice. Predtým bolo možné týmto spôsobom napríklad odhaliť peľ niektorých druhov rastlín, ktoré lietajú do polárnych oblastí z Kanady a ruskej tajgy.“

Prečo študovať prúdy? „Porovnaním s údajmi nahromadenými za predchádzajúce roky možno určiť klimatické trendy,“ odpovedá Sergej. „Takáto analýza umožní pochopiť napríklad správanie sa ľadu v Severnom ľadovom oceáne, čo je mimoriadne dôležité nielen z fundamentálneho hľadiska, ale aj z čisto aplikovaného hľadiska – napríklad keď rozvoj prírodných zdrojov Arktídy“.

Sneh

Program špeciálneho meteorologického výskumu obsahoval viacero sekcií. Študovala sa štruktúra snehovej a ľadovej pokrývky, jej termofyzikálne a radiačné vlastnosti – teda ako odráža a pohlcuje slnečné žiarenie. „Faktom je, že sneh má vysokú odrazivosť a podľa tejto charakteristiky, napríklad na satelitných snímkach, veľmi pripomína vrstvu oblakov,“ vysvetľuje meteorológ Sergej Shutilin. - Najmä v zime, keď je teplota na oboch miestach niekoľko desiatok stupňov pod nulou. Študoval som termofyzikálne vlastnosti snehu v závislosti od teploty, vetra, oblačnosti a slnečného žiarenia.“ Meral sa aj prienik slnečného žiarenia (samozrejme počas polárneho dňa) cez sneh a ľad do rôznych hĺbok (aj do vody). Študovala sa aj morfológia snehu a jeho termofyzikálne vlastnosti – teplota v rôznych hĺbkach, hustota, pórovitosť a frakčné zloženie kryštálov v rôznych vrstvách. Tieto údaje spolu s radiačnými charakteristikami pomôžu objasniť popis snehovej a ľadovej pokrývky v modeloch rôznych úrovní – globálnych aj regionálnych klimatických modelov.

Počas polárneho dňa sa uskutočňovali merania ultrafialového žiarenia dopadajúceho na zemský povrch a počas polárnej noci sa pomocou analyzátorov plynov skúmali koncentrácie oxidu uhličitého, prízemného ozónu a metánu, ktorých emisie v Arktíde sú zrejme spojené s geologickými procesmi. Pomocou špeciálneho analyzátora plynov bolo možné podľa Sergeja Shutilina získať aj unikátne údaje o prietoku oxidu uhličitého a vodnej pary cez povrch snehu a ľadu: „Predtým existoval model, podľa ktorého sa topila voda z pobrežie spadlo do oceánu, oceán bol pokrytý ľadom a pod ním prebiehali anaeróbne procesy. A po uvoľnení povrchu z ľadu sa do atmosféry dostal prúd oxidu uhličitého. Zistili sme, že tok ide opačným smerom: keď nie je ľad, ide do oceánu, a keď je tam ľad, ide do atmosféry! To však môže závisieť aj od oblasti – napríklad merania na SP-35, ktorý sa unášal bližšie k juhu a k šelfovým moriam na východnej pologuli, sú v súlade s vyššie uvedenou hypotézou. Preto je potrebný ďalší výskum."

Ľadu sa teraz venuje najväčšia pozornosť, pretože je jasným indikátorom procesov prebiehajúcich v Arktíde. Preto je jeho štúdium mimoriadne dôležité. V prvom rade ide o posúdenie bilancie ľadovej hmoty. V lete sa topí a v zime rastie, takže pravidelné merania jej hrúbky pomocou meracích tyčí na určenom mieste umožňujú odhadnúť rýchlosť topenia alebo rastu ľadovej kryhy a tieto údaje potom možno použiť na spresnenie rôznych modely viacročnej tvorby ľadu. „Pri SP-36 skládka zaberala plochu 80 x 100 m a od októbra do mája na nej vyrástlo 8 400 ton ľadu,“ hovorí Vladimir Churun. "Viete si predstaviť, koľko ľadu vyrástlo na celej ľadovej kryhe s rozmermi 5x6 km!"

"Zobrali sme aj niekoľko jadier mladého a starého ľadu, ktoré budú skúmané na AARI - chemické zloženie, mechanické vlastnosti, morfológia," hovorí výskumník ľadu SP-36 Nikita Kuznetsov. "Tieto informácie možno použiť na spresnenie rôznych klimatických modelov a tiež napríklad na inžinierske účely vrátane konštrukcie ľadoborcov."

Okrem toho sa na SP-36 uskutočnili štúdie o procesoch prechodu rôznych vĺn v morskom ľade: vlny vznikajúce pri kolíziách ľadových kryh, ako aj tie, ktoré prechádzajú z morského prostredia do ľadu. Tieto údaje sa zaznamenávajú pomocou vysoko citlivých seizmometrov a následne sa používajú na aplikované modely interakcie ľadu s pevnými látkami. Podľa popredného inžiniera-ľadového výskumníka SP-36 Leonida Panova to umožňuje vyhodnotiť zaťaženie rôznych inžinierskych stavieb - lodí, vrtných plošín atď. - z hľadiska odolnosti voči ľadu: „Poznanie vlastností z interakcie ľadu s vlnami je možné vypočítať pevnostné vlastnosti ľadu, čo znamená presne predpovedať, kde sa zlomí. Takéto metódy umožnia na diaľku detekovať prenikanie trhlín a hummokov v nebezpečných oblastiach, napríklad v blízkosti ropovodov a plynovodov.“

Nie letovisko

Keď som sa Vladimíra spýtal, ako pociťuje globálnu zmenu klímy (konkrétne globálne otepľovanie) pri práci na driftovacej stanici, iba sa usmial: „Samozrejme, plocha ľadu a jeho hrúbka v Arktíde sa zmenšila – to je dobre zaregistrovaný vedecký fakt. Ale na driftovacej stanici, v miestnom priestore ľadovej kryhy, globálne otepľovanie vôbec necítiť. Najmä počas tohto zimovania sme zaznamenali minimálnu teplotu za posledných desať rokov (-47,3°C). Vietor nebol veľmi silný - v nárazoch maximálne 19,4 m/s. Ale celkovo bola zima od februára do apríla veľmi chladná. Takže napriek globálnemu otepľovaniu sa Arktída nestala teplejšou, útulnejšou ani pohodlnejšou. Je tu stále rovnako chladno, stále fúka studený vietor, ľad je stále rovnaký. A zatiaľ nie je nádej, že sa Čukotka čoskoro stane letoviskom.“

Dmitrij Mamontov.