"Arktik Okyanusu" konulu çevredeki dünyaya ilişkin ders özeti. Buzun özellikleri hakkında her şeyi biliyor muyuz? Bir çocuğa karmaşık fiziksel süreçler nasıl açıklanır?

Herkes buzun donmuş su olduğunu, daha doğrusu katı bir toplanma halinde olduğunu bilir. Ancak Buz neden suda batmaz da yüzeyinde yüzer?

Su, nadir görülen, hatta anormal özelliklere sahip olağandışı bir maddedir. Doğada çoğu madde ısıtıldığında genleşir, soğutulduğunda ise büzülür. Örneğin termometredeki cıva dar bir borudan yükselir ve sıcaklıkta bir artış gösterir. Cıva -39°C'de donduğu için zorlu sıcaklık ortamlarında kullanılan termometreler için uygun değildir.

Su ayrıca ısıtıldığında genleşir ve soğutulduğunda büzülür. Ancak yaklaşık +4 ºC'den 0 ºC'ye kadar olan soğutma aralığında genişler. Bu nedenle kışın su boruları içindeki suyun donması ve büyük buz kütlelerinin oluşması durumunda patlayabilir. Boru duvarlarındaki buz basıncı bunların patlamasına neden olacak kadardır.

Su genleşmesi

Su soğutulduğunda genleştiği için buzun yoğunluğu (yani katı hali) sıvı suyunkinden daha azdır. Başka bir deyişle, belirli bir hacimdeki buzun ağırlığı aynı hacimdeki sudan daha azdır. Bu, m = ρV formülüyle yansıtılır; burada V, cismin hacmi, m, cismin kütlesi, ρ, maddenin yoğunluğudur. Yoğunluk ve hacim arasında ters orantılı bir ilişki vardır (V = m/ρ), yani hacim arttıkça (su soğudukça) aynı kütlenin yoğunluğu daha düşük olacaktır. Suyun bu özelliği rezervuarların - göletlerin ve göllerin yüzeyinde buz oluşumuna yol açar.

Suyun yoğunluğunun 1 olduğunu varsayalım. O zaman buzun yoğunluğu 0,91 olacaktır. Bu şekil sayesinde suyun üzerinde yüzen buz kütlesinin kalınlığını öğrenebiliyoruz. Örneğin, bir buz kütlesinin sudan yüksekliği 2 cm ise, su altı katmanının 9 kat daha kalın (yani 18 cm) ve buz kütlesinin tamamının kalınlığının 20 cm olduğu sonucuna varabiliriz.

Dünyanın Kuzey ve Güney Kutupları bölgesinde su donarak buzdağları oluşturur. Bu yüzen buz dağlarının bazıları çok büyüktür. İnsanoğlunun bildiği en büyük buzdağının 31.000 metrekarelik yüzey alanına sahip olduğu kabul ediliyor. kilometre, 1956'da Pasifik Okyanusu'nda keşfedildi.

Katı haldeki su hacmini nasıl artırır? Yapısını değiştirerek. Bilim adamları buzun, eridiğinde su molekülleri ile doldurulan boşluklar ve boşluklar içeren açık bir yapıya sahip olduğunu kanıtladılar.

Deneyimler, suyun donma noktasının artan basınçla her 130 atmosferde yaklaşık bir derece azaldığını göstermektedir.

Okyanuslarda büyük derinliklerde su sıcaklığının 0 ºС'nin altında olduğu ancak yine de donmadığı bilinmektedir. Bu, suyun üst katmanlarının yarattığı basınçla açıklanmaktadır. Bir kilometre kalınlığındaki su tabakası, yaklaşık 100 atmosferlik bir kuvvetle baskı yapıyor.

Su ve buz yoğunluklarının karşılaştırılması

Suyun yoğunluğu buzun yoğunluğundan daha az olabilir mi ve bu onun içinde boğulacağı anlamına mı gelir? Bu sorunun cevabı olumludur ve bunu aşağıdaki deneyle kanıtlamak kolaydır.

Sıcaklığın -5 ºС olduğu dondurucudan, camın üçte biri veya biraz daha büyük bir buz parçası alalım. +20 ºС sıcaklıkta bir kova suya koyalım. Neyi gözlemliyoruz? Buz hızla batar ve batar, yavaş yavaş erimeye başlar. Bunun nedeni, +20 ºС sıcaklıktaki suyun -5 ºС sıcaklıktaki buza kıyasla daha düşük yoğunluğa sahip olmasıdır.

Buzun (yüksek sıcaklıklarda ve basınçlarda) daha büyük yoğunluklarından dolayı suya batacak modifikasyonları vardır. Sözde "ağır" buz - döteryum ve trityumdan (ağır ve süper ağır hidrojenle doymuş) bahsediyoruz. Protium buzdakiyle aynı boşlukların varlığına rağmen suya batacaktır. "Ağır" buzun aksine, protium buz, ağır hidrojen izotoplarından yoksundur ve sıvının litresi başına 16 miligram kalsiyum içerir. Hazırlanma süreci, protium suyunun insan yaşamı için en uygun olduğu düşünüldüğü için zararlı safsızlıklardan% 80 oranında arıtılmasını içerir.

Doğadaki anlam

Buzun su kütlelerinin yüzeyinde yüzmesi doğada önemli bir rol oynar. Su bu özelliğe sahip olmasaydı ve buz dibe çökerse, bu durum rezervuarın tamamının donmasına ve bunun sonucunda da içinde yaşayan canlıların ölümüne yol açacaktı.

Soğuk hava meydana geldiğinde, öncelikle +4 ºС'nin üzerindeki sıcaklıklarda, rezervuar yüzeyinden daha soğuk olan su aşağıya doğru çöker ve sıcak (daha hafif) su yükselir. Bu işleme suyun dikey dolaşımı (karışımı) adı verilir. Tüm rezervuar boyunca +4 ºС'ye ulaştığında, bu işlem durur, çünkü zaten +3 ºС'de olan su yüzeyden aşağıda olduğundan daha hafif hale gelir. Su genleşir (hacmi yaklaşık %10 artar) ve yoğunluğu azalır. Daha soğuk olan katmanın üstte olması sonucunda yüzeyde su donar ve bir buz örtüsü oluşur. Kristal yapısından dolayı buzun termal iletkenliği zayıftır, yani ısıyı tutar. Buz tabakası bir nevi ısı yalıtkanı görevi görüyor. Ve buzun altındaki su ısısını korur. Buzun ısı yalıtım özellikleri sayesinde "soğuk" suyun alt katmanlara aktarımı keskin bir şekilde azalır. Bu nedenle, rezervuarın dibinde neredeyse her zaman en azından ince bir su tabakası kalır ve bu, sakinlerinin yaşamı için son derece önemlidir.

Dolayısıyla, +4 ºС - suyun maksimum yoğunluğunun sıcaklığı - bir rezervuardaki canlı organizmaların hayatta kalma sıcaklığıdır.

Günlük hayatta kullanın

Yukarıda suyun donması durumunda su borularının patlama ihtimalinden bahsetmiştik. Düşük sıcaklıklarda su besleme sisteminin zarar görmesini önlemek için, ısıtma borularından akan ılık su beslemesinde herhangi bir kesinti olmamalıdır. Soğuk havalarda radyatörde su bırakırsanız araç benzer bir tehlikeye maruz kalır.

Şimdi suyun eşsiz özelliklerinin keyifli yanından bahsedelim. Buz pateni çocuklar ve yetişkinler için çok eğlencelidir. Buzun neden bu kadar kaygan olduğunu hiç merak ettiniz mi? Örneğin cam aynı zamanda kaygandır, ayrıca buzdan daha pürüzsüz ve daha çekicidir. Ama patenler üzerinde kaymıyor. Yalnızca buzun bu kadar özel ve hoş bir özelliği vardır.

Gerçek şu ki, ağırlığımızın ağırlığı altında patenin ince bıçağı üzerinde bir baskı var ve bu da buz üzerinde baskıya ve erimesine neden oluyor. Bu durumda, patenin çelik bıçağının kaydığı ince bir su filmi oluşur.

Balmumu ve suyun donmasındaki fark

Deneyler, buz küpünün yüzeyinin belli bir çıkıntı oluşturduğunu gösteriyor. Bunun nedeni donmanın orta kısımda en son meydana gelmesidir. Katı hale geçiş sırasında genişleyen bu çıkıntı daha da yükselir. Bu, balmumunun sertleşmesiyle önlenebilir, bu da tam tersine bir çöküntü oluşturur. Bu, balmumunun katı duruma dönüştükten sonra büzülmesiyle açıklanmaktadır. Dondurulduğunda eşit şekilde büzülen sıvılar biraz içbükey bir yüzey oluşturur.

Suyu dondurmak için 0 ºС donma noktasına kadar soğutmak yeterli değildir; bu sıcaklığın sürekli soğutma yoluyla korunması gerekir.

Tuzla karıştırılmış su

Suya sofra tuzu eklemek donma noktasını düşürür. Bu nedenle kışın yollara tuz serpilir. Tuzlu su -8°C ve altında donar, dolayısıyla sıcaklık en azından bu noktaya düşene kadar donma meydana gelmez.

Düşük sıcaklık deneylerinde bazen "soğutma karışımı" olarak buz-tuz karışımı kullanılır. Buz eridiğinde, dönüşüm için gerekli olan gizli ısıyı çevresinden emerek soğutur. Bu o kadar fazla ısı emer ki, sıcaklık -15 °C'nin altına düşebilir.

Üniversal solvent

Saf suyun (moleküler formül H 2 0) rengi, tadı ve kokusu yoktur. Su molekülü hidrojen ve oksijenden oluşur. Diğer maddeler (suda çözünen ve çözünmeyen) suya girdiğinde kirlenir, bu nedenle doğada kesinlikle saf su yoktur. Doğada bulunan tüm maddeler suda değişen derecelerde çözünebilir. Bu, benzersiz özelliklerine (sudaki çözünürlük) göre belirlenir. Bu nedenle su “evrensel bir çözücü” olarak kabul edilir.

Sabit hava sıcaklığının garantörü

Su, yüksek ısı kapasitesi nedeniyle yavaş ısınır, ancak yine de soğutma işlemi çok daha yavaş gerçekleşir. Bu, okyanusların ve denizlerin yaz aylarında ısı biriktirmesini mümkün kılar. Yıl boyunca gezegenimizin topraklarında hava sıcaklığında keskin bir değişiklik olmadığı için ısı salınımı kışın meydana gelir. Okyanuslar ve denizler Dünya üzerindeki orijinal ve doğal ısı akümülatörleridir.

Yüzey gerilimi

Çözüm

Buzun batmaması, ancak yüzeyde yüzmesi, suya kıyasla yoğunluğunun daha düşük olmasıyla açıklanmaktadır (suyun özgül yoğunluğu 1000 kg/m³, buzun - yaklaşık 917 kg/m³'tür). Bu tez sadece buz için değil aynı zamanda diğer fiziksel cisimler için de geçerlidir. Örneğin kağıttan bir teknenin veya sonbahar yaprağının yoğunluğu suyun yoğunluğundan çok daha düşüktür, bu da onların kaldırma kuvvetini sağlar.

Bununla birlikte, suyun katı halde daha düşük yoğunluğa sahip olma özelliği, genel kuralın bir istisnası olarak doğada çok nadir görülür. Yalnızca metal ve dökme demir (metal demir ile ametal karbonun alaşımı) benzer özelliklere sahiptir.

Küçük çocuklar sıklıkla yetişkinlere ilginç sorular sorarlar ve onlara her zaman hemen cevap veremezler. Çocuğunuza aptal gibi görünmemek için, buzun kaldırma kuvvetine ilişkin eksiksiz, ayrıntılı ve sağlam temellere dayanan bir yanıt edinmenizi öneririz. Sonuçta boğulmuyor, yüzüyor. Bu neden oluyor?

Bir çocuğa karmaşık fiziksel süreçler nasıl açıklanır?

Akla gelen ilk şey yoğunluktur. Evet, aslında buz, yoğunluğundan daha az olduğu için yüzer. Peki bir çocuğa yoğunluğun ne olduğu nasıl açıklanır? Kimse ona okul müfredatını anlatmak zorunda değil, ancak her şeyi özetlemek oldukça mümkün. Sonuçta aynı hacimdeki su ve buzun ağırlıkları farklıdır. Sorunu daha detaylı incelersek yoğunluk dışında başka nedenleri de dile getirebiliriz.
sadece yoğunluğunun azalması onun daha aşağıya batmasını engellediği için değil. Bunun nedeni de buzun içinde küçük hava kabarcıklarının donmasıdır. Ayrıca yoğunluğu da azaltırlar ve bu nedenle genel olarak buz plakasının ağırlığının daha da azaldığı ortaya çıkar. Buz genişlediğinde daha fazla hava almaz, ancak zaten bu katmanın içinde bulunan tüm kabarcıklar, buz erimeye veya süblimleşmeye başlayana kadar orada kalır.

Suyun genleşme kuvveti üzerine bir deney yapmak

Peki buzun gerçekten genişlediğini nasıl kanıtlayabilirsiniz? Sonuçta su da genişleyebilir, peki bu yapay koşullar altında nasıl kanıtlanabilir? İlginç ve çok basit bir deney yapabilirsiniz. Bunu yapmak için plastik veya karton bir bardağa ve suya ihtiyacınız olacak. Miktarın çok fazla olmasına gerek yok; bardağı ağzına kadar doldurmanıza gerek yok. Ayrıca ideal olarak yaklaşık -8 derece veya daha düşük bir sıcaklığa ihtiyacınız vardır. Sıcaklık çok yüksekse deneyim makul olmayacak kadar uzun sürecektir.
Yani içeriye su dökülür, buzun oluşmasını beklememiz gerekir. Az miktarda sıvının iki ila üç saat içinde buza dönüşeceği en uygun sıcaklığı seçtiğimiz için güvenle eve gidip bekleyebilirsiniz. Suyun tamamı buza dönüşene kadar beklemeniz gerekiyor. Bir süre sonra sonuca bakıyoruz. Buz nedeniyle deforme olan veya yırtılan bardak garantilidir. Daha düşük bir sıcaklıkta etkiler daha etkileyici görünür ve deneyin kendisi daha az zaman alır.

Olumsuz sonuçlar

Basit bir deneyin, sıcaklık düştüğünde buz bloklarının gerçekten genişlediğini ve donma sırasında su hacminin kolayca arttığını doğruladığı ortaya çıktı. Kural olarak, bu özellik unutkan insanlar için pek çok soruna neden olur: Yılbaşı gecesi molalarında balkonda uzun süre bırakılan bir şişe şampanya, buza maruz kalma nedeniyle. Genleşme kuvveti çok büyük olduğundan hiçbir şekilde etkilenemez. Buz bloklarının kaldırma kuvvetine gelince, burada kanıtlanacak hiçbir şey yok. En meraklısı, benzer bir deneyi ilkbahar veya sonbaharda kendi başına kolaylıkla gerçekleştirebilir ve buz parçalarını büyük bir su birikintisinde boğmaya çalışabilir.

Dünya yüzeyinin neredeyse onda biri kalıcı olarak buzla kaplıdır. Bu miktarın yaklaşık yüzde 90'ı Antarktika ve Grönland'ın buz tabakalarından geliyor. Geriye kalan yüzde 10 ise dağ buzullarına “aittir”. İlginçtir ki, Antarktika'nın örtüsü Amerika Birleşik Devletleri'ninkinden 1,5 kat daha fazladır ve burada Grönland'ın buzlu alanlarına göre 9 kat daha fazla buz bulunmaktadır.

Kuzey bölgelerinin sakinleri buzu içme suyu olarak kullanıyor. İlginçtir ki, deniz suyu donduğunda çok az miktarda tuz içerir. Bu nedenle erimiş buz, Eskimolar gibi kuzey deniz adalarında veya kutup bölgelerinde yaşayanlar tarafından da kullanılabilir.

Doğal olarak, ormanların bulunmadığı kuzey bölgelerde buz, ev inşaatı için ikinci kullanım alanını da buluyor. Dışarıdan, böyle bir konut (bunlara eskimo kulübesi denir) ters çevrilmiş yarım küre şeklindeki bir kaseye benzer. Büyük buz bloklarından yapılmıştır. Eskimo kulübesine küçük bir uzantı olan bir gölgelik aracılığıyla girerler. Buz oldukça düşük bir ısı iletkenliğine sahiptir ve bu nedenle eskimo kulübesinin içi hızla dışarıdan daha sıcak hale gelir.

Bu tür buz kulübelerini ilk gören arktik kaşifler, dışarıda otuz derecelik don varken eskimo kulübesinin içindeki sıcaklığın sıfır civarında olmasına şaşırdılar. İglolar Kuzey Amerika ve Grönland Eskimoları arasında yaygındı.

Bu tür konutları kullanan Eskimolar, avlanırken buz üzerinde uzun mesafeleri özgürce kat edebiliyorlardı. Eskimoların deneyimi kutup istasyonlarında çalışan bilim adamları tarafından benimsendi. Zaten ilk Kuzey Kutbu istasyonunda buz evine bir radyo istasyonu kuruldu.

Buzun incelenmesi çok önemlidir: Yüksek dağ buzullarında ve Antarktika'nın derinliklerinde korunan fosil buz, uzak dönemlerin bir tür tarihçesini oluşturur. Yaşları yüzbinlerce yıldır.

Gerçek şu ki, buzulun yüzeyine düşen kar yavaş yavaş bol miktarda hava içeren sert, gevşek, granüler buza dönüşüyor. Yavaş yavaş ateş yoğunlaşır ve içinde küçük kabarcıkların kaldığı buz oluşur. Bilim insanları buzulu delerek bunları çıkarıyor ve laboratuvarlarda inceliyor.

Bilim insanları, uzak geçmişin havasını analiz ederek Dünya'da havanın nasıl olduğunu, rüzgarların nereden estiğini ve ne tür tozları beraberlerinde taşıdıklarını öğreniyorlar. Bilim insanları, Dünya'da bir değil iki büyük buzullaşma olduğunu ve bunların son 220 bin yılda meydana geldiğini fosil buzlardan öğrendiler.

Su nasıl buza dönüşür?

Havuzdaki suyun nasıl buza dönüştüğünü görelim. Hava soğudukça suyun üst tabakasını da soğutur. Suyun üstteki soğuk tabakası, sıcak olan alt tabakalarına göre daha ağır hale gelir ve aşağıya doğru çöker. Bu işlem havuz suyunun tamamı yaklaşık 4°C sıcaklığa soğuyana kadar devam eder.

Ancak hava sıcaklığı düşüyor! Suyun üst katmanları 4°C'nin altına soğuduğunda yüzeyde kalır. Gerçek şu ki, 4° C'nin altındaki bir sıcaklığa soğutulan su, esasen daha hafif hale gelir!

Böylece suyun üst katmanları donmaya hazır hale gelir. Sıcaklık donma noktası olan 0°C'de veya bunun altında kaldığında minik kristaller oluşmaya başlar.

Bu tür kristallerin her birinde altı ışın bulunur. Birleştiklerinde buz oluştururlar ve çok geçmeden suyun yüzeyinde bir buz kabuğu oluşur. Bazen buz şeffaftır, bazen değildir. Neden? Gerçek şu ki, su damlacıkları donduğunda küçük hava kabarcıkları açığa çıkar. Buz kristallerinin ışınlarına yapışırlar. Ne kadar çok buz kristali oluşursa o kadar çok hava kabarcığı oluşur; bu opak buzdur.

Buzun altındaki su hareket ederse hava kabarcıkları bir araya gelir ve buz oluşur.

Su da diğer bazı maddeler gibi sıvı durumdan katı duruma geçiş sırasında hacmini azaltmaz. Su donduğunda hacminin dokuzda biri kadar genişler, yani dokuz litre su donduğunda on litre katı buz elde edersiniz! Kışın araba radyatörleri ve su boruları patladığında bunun nedeni suyun donması ve hacminin genişlemesidir!

Kural olarak, bu insanların ne yaptığı ortalama bir insan için tamamen anlaşılmazdır.
oradaki insanlar, “Dünyanın tepesinde”, aşırı don koşullarında, kutup gecesinde,
her an kırılabilecek bir buz kütlesinin üzerinde ve her zamanki konfordan yoksun
çağdaş uygarlık. Bilimsel konularda konuşmak istediğimde
SP-36'nın bilimden sorumlu başkan yardımcısı Vladimir'e bir buz kütlesi üzerinde araştırma
Churun, düşünceli bir şekilde yanıt olarak şunları söyledi: "Biliyor musun, ben de öğrenmeyi sorun etmezdim.
bu konuda!"

Kuzey Kutbu'nu keşfetmenin birçok yolu var. Otomatik bilimsel kompleksler - meteorolojik ve oşinografik istasyonlar, buzun içinde donmuş olan ve buz örtüsünün kütlesindeki artışı veya değişimi belirlemeyi mümkün kılan kütle dengesi şamandıraları (bu arada, böyle bir şamandıra SP-37'de çalışıyor) - veri toplamayı büyük ölçüde kolaylaştırır, ancak sınırlamaları vardır. Elbette, otomatik hidrolojik istasyonlar (bağlama veya sürüklenen şamandıralar) gibi bir sistemden uydu iletişimi yoluyla veriler gelirken ofiste oturmak cazip gelebilir. Ancak bir yılda, bu tür (çok pahalı) şamandıraların% 50'sinden fazlası genellikle kaybolur - bu bölgede, buz sahalarının dinamikleri (tümsek, sıkıştırma) nedeniyle bunun için özel olarak tasarlanmış ekipmanlar için bile çalışma koşulları oldukça zordur.

Bilimsel veri elde etmenin bir diğer yolu da Dünya'nın uzaktan algılanmasıdır. Bilimsel uydular (maalesef Rus uyduları değil) görünür, kızılötesi, radar ve mikrodalga aralıklarındaki buz koşulları hakkında bilgi almayı mümkün kılıyor. Bu veriler esas olarak uygulamalı amaçlar için kullanılır: gemilere rehberlik etmek, sürüklenme istasyonları için uygun buz kütlelerini aramak; sürüklenme istasyonlarında çalışmaya yardımcı oluyorlar - örneğin SP-36'da pist inşasına uygun bir alanın yerini belirlemek için kullanıldılar. Bununla birlikte, uydu bilgilerinin gerçek gözlemlerle (doğrudan ölçülen buz kalınlığı, yaşı) karşılaştırılarak doğrulanması gerekir (bu verileri doğrudan bir uydudan ölçmek henüz mümkün değildir).

Bilimsel istasyonlar (zaten yerleşik olan) gemileri buzda dondurarak da yerleştirilebilir (bu yöntem Fridtjof Nansen tarafından test edilmiştir). Zaman zaman bu tarz projeler gerçekleştiriliyor; Fransız yatı Tara ya da Beaufort Denizi'nde sürüklenen bir gemiyi içeren Amerika-Kanadalı SHEBA projesi buna örnek olarak gösterilebilir. Benzer bir proje nükleer buz kırıcı Arktika için de düşünüldü ancak sonunda çeşitli nedenlerden dolayı vazgeçildi. Bununla birlikte, donmuş gemiler bilimsel personelin yaşamı ve bilimsel kompleks için enerji temini için yalnızca iyi bir temel sağlar. Bilimsel veri toplamak için insanların yine de dış etkileri dışlamak için buza gitmesi gerekecek. Ayrıca gemilerin dondurulması pahalıdır (ve gemilerin dikkatini ana işlerinden uzaklaştırır).


Vladimir Churun, "Bence sürüklenen buz, hem bilimsel bir kompleksi barındırmak hem de insanların yaşaması için en uygun, doğal bir yük taşıyan platformdur" diyor. “Uzun süre sürüklenmenize ve hiçbir dış etki olmadan saf bilimsel veriler elde etmenize olanak tanıyor. Elbette buz kütlesindeki insanlar bir miktar konfordan mahrum kalıyor ama bilim adına buna katlanmak zorundayız. Elbette bilimsel verilerin elde edilmesi, mümkün olan tüm araçlarla - sürüklenme istasyonları, hava seferleri, uydu gözlemleri, otomatik şamandıralar, bilimsel keşif gemileri - kullanılarak kapsamlı bir şekilde gerçekleştirilmelidir.

Vladimir Churun, Popular Mechanics'e "SP-36'nın bilimsel programı oldukça kapsamlı ve başarılıydı" diye açıklıyor. “Meteorolojik, aerolojik ve hidrolojik gözlemlerin yanı sıra buz ve kar örtüsünün özelliklerine ilişkin çalışmaları da içeriyordu. Ancak Sovyet döneminde sürüklenen istasyonlarda büyük ilgi gören iyonosfer ve Dünya'nın manyetik alanıyla ilgili araştırmalar artık anakaradaki ve adalardaki sabit kutup istasyonlarına aktarıldı."

Hava

İstasyonun çalışmalarının başlangıcı, Rus bayrağının koğuş odasının üzerine çekildiği ciddi an ile işaretlenmiyor. Resmi olarak drift istasyonu, ilk hava durumu raporunun AARI'ye ve oradan da küresel meteoroloji ağına iletildiği andan itibaren çalışmaya başlıyor. Bildiğimiz gibi “Kuzey Kutbu havanın mutfağıdır” olduğundan, bu veriler meteorologlara son derece değerli bilgiler sağlıyor. 30 km yüksekliğe kadar sondalar kullanılarak atmosferin barik (çeşitli rakımlarda basınç, rüzgar hızı ve yönü) ve sıcaklık profillerinin incelenmesi yalnızca hava tahmini için kullanılmaz; bu veriler daha sonra temel bilimsel amaçlar için de kullanılabilir. atmosferik fiziğin iyileştirici modelleri olarak ve uygulamalı modeller için (örneğin, uçak uçuşlarını desteklemek için). Tüm bu verilerden meteorologlar ve aerologlar sorumludur.

Bir meteoroloğun işi basit görünebilir; meteorolojik verileri alıp Roshidromet'e göndermektir. Bunu yapmak için, rüzgar hızını ve yönünü, sıcaklığı ve nemi, görünürlüğü ve basıncı ölçen 10 metrelik hava durumu direğine bir dizi sensör yerleştirildi. Uzak sensörlerden gelenler de dahil olmak üzere tüm bilgiler (kar ve buz sıcaklığı, güneş radyasyonu yoğunluğu) meteoroloji istasyonuna aktarılır. Her ne kadar veriler uzaktan istasyondan alınsa da meteoroloji sahasına gitmeden ölçüm yapmak her zaman mümkün olmuyor. “Anemometrelerin kapları ve sıcaklık ve nem sensörlerinin bulunduğu hava durumu kabininin radyasyondan korunması donuyor, dondan arındırılmaları gerekiyor (direğin tepesine erişmek için ikincisi 'kırılabilir' hale getirildi) ), SP-36 meteorolog mühendisi Ilya Bobkov şöyle açıklıyor.- A Erime mevsimi boyunca, direği sabit tutmak için gergi halatlarının sürekli olarak güçlendirilmesi gerekir. Ayrıca istasyon -40°C'nin altındaki şiddetli donma koşullarında çalışacak şekilde tasarlanmadığından oraya bir ısıtma cihazı (40 watt'lık normal bir akkor lamba) kurduk. Elbette bu kadar düşük sıcaklıklar için tasarlanmış istasyonlar var ama bunların doğruluğu daha az.”

10 m'nin üstü aerologların çalışma alanıdır. SP-36'nın önde gelen aeroloji mühendisi Sergei Ovchinnikov, "Aerolojik sondalar kullanarak atmosferin üst katmanlarını inceliyoruz" diye açıklıyor. - Prob 140 g ağırlığında bir kutudur, bir balona tutturulmuştur - ferrosilikon tozu, kostik soda ve yüksek basınçlı bir gaz jeneratöründe kimyasal olarak üretilen hidrojenle doldurulmuş yaklaşık 1,5 m3 hacimli bir top - su. Probda yerleşik bir GPS alıcısı, bir telemetri vericisi ve ayrıca sıcaklık, basınç ve nem sensörleri bulunur. Sonda her iki saniyede bir, koordinatlarıyla birlikte bilgileri yerdeki alıcı istasyona iletiyor.” Probun koordinatları, çeşitli yüksekliklerdeki hareketini, rüzgar hızını ve yönünü hesaplamayı mümkün kılar (yükseklik barometrik yöntemle belirlenir). Probun elektronik aksamı, ilk önce birkaç dakika suda tutulan su dolu bir batarya ile çalıştırılır (acil durum işaretlerine sahip can yelekleri benzer güç kaynaklarıyla donatılmıştır).

“Sondalar her gün GMT saatiyle 0 ve 12'de fırlatılıyor, eğer hava koşulları izin veriyorsa, güçlü rüzgarlarda sonda basitçe yere “çivileniyor”. Sergei Ovchinnikov, bir yıldan kısa bir sürede 640 tahliyenin gerçekleştiğini söylüyor: “Ortalama yükselme yüksekliği 28.770 m, maksimum 32.400 m idi. Sondanın yükselme hızı dakikada yaklaşık 300 m idi, yani maksimum yüksekliğine yaklaşık bir yılda ulaştı. Bir buçuk saat sonra balon, kaldırma kuvvetiyle şişer, sonra patlar ve sonda yere düşer. Doğru, onu bulmak neredeyse imkansız, bu yüzden cihaz pahalı da olsa tek kullanımlık.”

su

SP-36 okyanusbilimci Sergei Kuzmin, "Çalışmamızdaki ana vurgu, mevcut parametrelerin yanı sıra sıcaklık, elektrik iletkenliği ve su yoğunluğunun ölçülmesidir" diyor ve ekliyor: "Son yıllarda cihaz filosu önemli ölçüde güncellendi ve şimdi. dünya seviyesine denk gelen yüksek doğrulukta sonuçlar elde edebiliyoruz. Artık çeşitli katmanlarda enine Doppler efektini kullanarak akış hızını ölçmemize olanak tanıyan profil oluşturma araçlarını kullanıyoruz.

"Esas olarak üst sınırı 180-220 m derinlikte ve çekirdeği 270-400 m olan Atlantik akıntılarını inceledik." Akıntıların incelenmesine ek olarak, her altı günde bir elektriksel iletkenliği ve sıcaklığı ölçen bir prob kullanılarak su kolonunun günlük bir çalışması sağlandı; Atlantik sularını "yakalamak" için 1000 m'ye kadar derinlikte çalışmalar yapıldı ve haftada bir kez sonda, derin deniz katmanlarını incelemek için kablonun maksimum uzunluğunun tamamına (3400 m) indirildi. Sergei Kuzmin, "Bazı bölgelerde derin katmanlarda jeotermal etki gözlemlenebilir" diye açıklıyor.

Oşinologların SP-36'daki görevi ayrıca hidrokimyacılar tarafından daha sonraki analizler için numunelerin toplanmasını da içeriyordu. Sergei, "Kışın üç kez - ilkbahar, yaz ve sonbaharda - bir buz çekirdeği aldık, bu daha sonra oda sıcaklığında eritildi, elde edilen su bir filtreden geçirildi ve sonra tekrar donduruldu" diyor. - Hem filtre hem de buz daha sonraki analizler için özel olarak paketlendi. Kar örnekleri ve buzul altı suları da aynı şekilde toplandı. Hava örnekleri, en küçük parçacıkları tutan çeşitli filtrelerden hava pompalayan bir aspiratör kullanılarak da alındı. Daha önce bu şekilde örneğin Kanada ve Rus taygasından kutup bölgelerine uçan bazı bitki türlerinin polenlerini tespit etmek mümkündü.”

Neden akımları incelemeliyiz? Sergei, "Geçmiş yıllarda biriken verilerle karşılaştırıldığında iklim eğilimleri belirlenebilir" diye yanıtlıyor. "Böyle bir analiz, örneğin Arktik Okyanusu'ndaki buzun davranışını anlamayı mümkün kılacaktır; bu, yalnızca temel açıdan değil, aynı zamanda tamamen uygulamalı bir bakış açısından da son derece önemlidir - örneğin, ne zaman? Kuzey Kutbu'nun doğal kaynaklarını geliştirmek.”

Kar

Özel meteorolojik araştırma programı birkaç bölümden oluşuyordu. Kar ve buz örtüsünün yapısı, termofiziksel ve radyasyon özellikleri, yani güneş ışınımını nasıl yansıttığı ve emdiği incelendi. Meteorolog Sergei Shutilin, "Gerçek şu ki, karın yüksek bir yansıtma özelliği var ve bu özelliğe göre, örneğin uydu görüntülerinde, bir bulut katmanına çok benziyor" diye açıklıyor. - Özellikle kışın, her iki yerde de sıcaklığın sıfırın birkaç on derece altında olduğu durumlarda. Sıcaklığa, rüzgâra, bulutluluğa ve güneş ışınımına bağlı olarak karın termofiziksel özelliklerini inceledim.” Güneş radyasyonunun (tabii ki kutup günü boyunca) kar ve buzdan çeşitli derinliklere (su dahil) nüfuzu da ölçüldü. Karın morfolojisi ve termofiziksel özellikleri de incelendi; çeşitli derinliklerdeki sıcaklık, yoğunluk, gözeneklilik ve çeşitli katmanlardaki kristallerin fraksiyonel bileşimi. Bu veriler, radyasyon özellikleriyle birlikte, hem küresel hem de bölgesel iklim modelleri olmak üzere çeşitli düzeylerdeki modellerde kar ve buz örtüsünün tanımını netleştirmeye yardımcı olacaktır.

Kutup günü boyunca, Dünya yüzeyine ulaşan ultraviyole radyasyon ölçümleri yapıldı ve kutup gecesi boyunca, Kuzey Kutbu'nda emisyonları açıkça görülen karbondioksit, yer seviyesinde ozon ve metan konsantrasyonlarını incelemek için gaz analizörleri kullanıldı. jeolojik süreçlerle ilişkilidir. Sergei Shutilin'e göre, özel bir gaz analizörü kullanarak kar ve buz yüzeyindeki karbondioksit ve su buharının akışına ilişkin benzersiz veriler elde etmek de mümkündü: “Daha önce, suyun eridiği bir model vardı. kıyı okyanusa düştü, okyanus buzla kaplandı ve altında anaerobik süreçler yaşandı. Yüzey buzdan arındırıldıktan sonra atmosfere bir karbondioksit akışı girdi. Akışın ters yönde gittiğini keşfettik: Buz olmadığında okyanusa, buz olduğunda atmosfere gidiyor! Ancak bu aynı zamanda bölgeye de bağlı olabilir; örneğin güneye ve doğu yarımkürede raf denizlerine doğru sürüklenen SP-35 üzerindeki ölçümler yukarıdaki hipotezle tutarlıdır. Bu yüzden daha fazla araştırmaya ihtiyaç var."

Buz şu anda en büyük ilgiyi görüyor çünkü Kuzey Kutbu'nda meydana gelen süreçlerin açık bir göstergesi. Bu nedenle incelenmesi son derece önemlidir. Her şeyden önce bu, buz kütlesi dengesinin bir değerlendirmesidir. Yazın eriyor, kışın büyüyor, dolayısıyla belirli bir alanda ölçüm çubukları kullanılarak kalınlığının düzenli olarak ölçülmesi, buz kütlesinin erime veya büyüme oranının tahmin edilmesini mümkün kılıyor ve bu veriler daha sonra çeşitli iyileştirmeler yapmak için kullanılabiliyor. çok yıllık buz oluşumu modelleri. Vladimir Churun, "SP-36'da çöp sahası 80x100 m'lik bir alanı kapladı ve Ekim'den Mayıs'a kadar üzerinde 8.400 ton buz büyüdü" diyor. “5x6 km ölçülerindeki buz kütlesinin tamamında ne kadar buz oluştuğunu hayal edebilirsiniz!”

SP-36 buz araştırmacısı Nikita Kuznetsov, "Ayrıca AARI'de incelenecek olan kimyasal bileşim, mekanik özellikler, morfoloji gibi birçok genç ve yaşlı buz çekirdeği aldık" diyor. "Bu bilgi, çeşitli iklim modellerini iyileştirmek için kullanılabileceği gibi, buz kırıcıların inşası da dahil olmak üzere mühendislik amaçları için de kullanılabilir."

Ayrıca SP-36'da, deniz buzunda çeşitli dalgaların geçiş süreçleri üzerine çalışmalar yapıldı: buz kütlelerinin çarpışması sırasında oluşan dalgaların yanı sıra deniz ortamından buza geçen dalgalar. Bu veriler son derece hassas sismometreler kullanılarak kaydedilir ve daha sonra katı maddelerle buz etkileşiminin uygulamalı modelleri için kullanılır. SP-36'nın önde gelen mühendis-buz araştırmacısı Leonid Panov'a göre bu, çeşitli mühendislik yapılarındaki (gemiler, sondaj platformları vb.) yükleri buz direnci açısından değerlendirmeyi mümkün kılıyor: “Özellikleri bilmek Buzun dalgalarla etkileşimi göz önüne alındığında, buzun mukavemet özelliklerini hesaplamak mümkündür, bu da tam olarak nerede kırılacağını tahmin etmek anlamına gelir. Bu tür yöntemler, petrol ve gaz boru hatları gibi tehlikeli alanlardaki çatlakların ve tümseklerin geçişini uzaktan tespit etmeyi mümkün kılacak."

Bir tatil yeri değil

Vladimir'e sürüklenme istasyonunda çalışırken küresel iklim değişikliğinin (yani küresel ısınmanın) nasıl hissettiğini sorduğumda yanıt olarak sadece gülümsedi: “Elbette Kuzey Kutbu'ndaki buz alanı ve kalınlığı azaldı - bu bir tescillenmiş bilimsel gerçek. Ancak buz kütlesinin yerel alanında sürüklenen bir istasyonda küresel ısınma hiç hissedilmiyor. Özellikle bu kış döneminde son on yılın en düşük sıcaklıklarını (-47,3°C) kaydettik. Rüzgar çok kuvvetli değildi; maksimum rüzgar 19,4 m/s idi. Ancak genel olarak şubattan nisana kadar kış çok soğuktu. Dolayısıyla, küresel ısınmaya rağmen Kuzey Kutbu daha sıcak, daha sıcak veya daha konforlu hale gelmedi. Burası hâlâ aynı soğuk, soğuk rüzgarlar esiyor, buzlar hâlâ her yerde aynı. Ve Chukotka'nın yakında bir tatil yeri haline geleceğine dair henüz bir umut yok."

Dmitry Mamontov.