Охрана окружающей среды пособие 4 модуль (1135362), страница 47
Текст из файла (страница 47)
Трудности использованияртутных термометров для измерения температуры воды в океане на произвольныхгоризонтах заключались в необходимости защиты термометра от меняющегосягидростатического давления и изобретении способа запоминания результата измерения,выполненного где-то на глубине. Эти задачи были решены и в начале XX века былразработан глубоководный опрокидывающийся термометр, который более полувека былосновным прибором для измерения температуры вод во всей толще океана, включаяМарианскую впадину с глубиной более 11 км.
Затем, примерно в 60-х годах на сменуртутным термометрам пришли электрические термометры сопротивления. Это позволилоповысить точность измерения температуры с 0,01°, в эпоху ртутных термометров, до 0,001°.Кроме того, инерционность термометра (то есть время, необходимое для полученияотсчета) сократилась с 5 мин до 30-50 мс. Последствия этого стали революционными –океанологи смогли перейти от дискретных (точечных) измерений температуры (синтервалами от 10 м до 500 м) к практически непрерывным (с интервалом в 10-20 см). Внастоящее время для изготовления термометров сопротивления используются медь иплатина.Измерения солености251Определение солености звучит весьма просто. Соленость – это масса растворенныхсолей в граммах, содержащаяся в 1000 г морской воды. Отсюда следует, что соленостьбезразмерная величина и измеряется в промилле (‰).
В истории океанологии соленостьопределялась как прямыми, так и косвенными методами. Самый прямой метод определениясолености – это полный солевой анализ, то есть определение раздельно массы каждогоиона, входящего в солевой состав морской воды. Сумма всех ионов и есть соленость.Океанологам было интересно, постоянен ли солевой состав вод в океанах и морях с разнойсоленостью и на разных глубинах? Эта проверка продолжалась более полувека и в 1885году после публикации результатов обработки 77 проб экспедиции «Челленджера»окончательно утвердился закон постоянства солевого состава вод океана.
Было доказано,что во всем водном теле океана содержится один и тот же набор ионов (из 8 основныхионов) и доля каждого иона остается постоянной при изменении общей солености воды.Это открытие позволило упростить измерение солености и свести его к определениюодного иона в пробе и вычислению солености, зная его долю в массе солей. Наибольшуюдолю в солевой массе морской воды имеет ион хлора.
Разработанный в начале XX векаметод определения солености титрованием на хлор был основным методом в течениепервой половины века. Это тоже был прямой (но не полный!) метод определения солености.Затем его сменил косвенный метод определения солености по электропроводности.
Чембольше ионов в воде, тем больше ее электропроводность. Вроде бы все просто. Методвпервые дал возможность проводить измерения солености непосредственно в морскойсреде, на несколько порядков уменьшилось время измерения. Мы можем теперь получатьпрактически непрерывное распределение солености по вертикали. Но новый шаг по путипрогресса открывает не только перспективы, но и порождает новые проблемы.
Одна изсерьезных проблем – зависимость электропроводности не только от концентрации ионов,ноиоттемпературы.Такимобразом,алгоритмвычислениясоленостипоэлектропроводности включает еще один аргумент – температуру. Более того, еслиизмерения выполняются непосредственно в морской среде, то необходимо вводить ещеодин аргумент – давление. Теперь, чтобы определить соленость, необходимо измерять нетолько электропроводность, но и температуру и давления, причем в том же месте и в то жевремя.Внастоящеевремяполучилираспространениедватипадатчиковэлектропроводности: кондуктивные и индуктивные. В датчиках первого типа электродыоткрыты и морская вода является непосредственной частью электрической цепи.
Виндуктивных датчикам вода выполняет роль сердечника контуров индуктивности ивоздействует опосредованно через электромагнитное поле. Неоспоримых достоинств нет252ни у одного из перечисленных типов датчиков. Но есть общий недостаток, датчики весьмачувствительны к присутствию в морской воде всякого рода инородных частиц или тел(взвесь, детрит, мелкие живые организмы).Измерители температуры и электропроводности (CTD зонды)В настоящее время в океанологии используются самые разнообразные CTD системы.Их можно разделить на разные группы по назначению, качеству измерений и принципуработы.Первую группу составляют высокоточные стационарные CTD зонды. Ониустанавливаются стационарно на больших научно-исследовательских судах. Обладаютнаибольшим классом точности (порядка 0,001) по температуре и электропроводности.Часто входят в состав больших измерительных комплексов, включающих кассетубатометров для отбора проб воды.
Как правило опускаются на кабель-тросе, что даетвозможность управлять работой системы и получать информацию в режиме on line.Вторую группу образуют высокоточные переносные CTD зонды. Они обладаютнесколько другим классом точности (около 0,005), отличаются меньшими габаритами.Могут работать с коммуникацией по кабелю и автономно на тросе. Есть возможностьподключения дополнительных датчиков.Третья группа включает самые практичные и востребованные приборы –среднеточные переносные CTD зонды. Обладают порядком точности 0,01. Компактны,малый вес позволяет работать без лебедки.
Могут работать в кабельном варианте иавтономно.Возможно подключение дополнительных датчиков.Четвертая группа составлена из CTD зондов, предназначенных для выполненияприкладных задач. Обладают классом точности порядка 0,1. Малогабаритны инеприхотливы в работе.253Рисунок 1. Стационарный CTD зонд.Рисунок2.CTDзондсвозможностьподключения дополнительных датчиковРисунок 3.
Мини CTD зонд, среднейточности.CTD зонды можно классифицировать по тому для какого вида гидрологическихисследованийонипредназначены.Самуюмногочисленнуюгруппусоставляютзондирующие приборы, предназначенные для вертикального профилирования воднойтолщи.
Отличительной особенностью такого типа приборов является малая инерционностьдатчиков и большая частота измерений (5-8 герц). Могут работать на кабеле и тросе.Другая группа приборов предназначены для проведения длительных измерений вфиксированной точке (например, в комплекте автономной буйковой станции). Датчикитаких приборов обычно имеют большую инерционность и интервалы измерений от минутдо часов. Такие приборы работают только в автономном режиме.Третью разновидность CTD зондов составляют буксируемые приборы. Это посуществу тоже зондирование, но по горизонтали. Приборы снабжены системамистабилизации, которые позволяют им двигаться за судном на фиксированной глубине или254совершать волнообразные движения в вертикальной плоскости, тем самым увеличивая слойзондирования.Некоторые замечания по работе с CTD зондамиВсе датчики CTD зонда – в одном экземпляре.
Из опыта работы с электроннымиприборами известно, что любой прибор способен дать сбой. В пылу работы можно незаметить, что тот или иной датчик начал барахлить. Особенно нужно быть внимательными,если прибор, например, коснулся дна, ударился о борт и т.д.Прибор делает два зондирования: вниз и вверх. В зависимости от положениядатчиков можно решить, какому из зондирований следует отдать предпочтение.В последнее время практически все океанологические приборы имеют иностранноепроисхождение. Фирмы –производители настойчиво рекомендуют проводить поверкуприборов только у них. После 3-5 лет интенсивного использования любой прибор требуеткалибровки основных датчиков. Это дорого и трудоемко, поэтому нередко приходитсянаблюдать, как исследователи продолжают работать некалиброванным прибором в течениемногих лет.Наблюдения течений в моряхГидродинамика предлагает два принципа описания движения воды: принцип Эйлераи принцип Лагранжа.
В первом случае движение прослеживается в фиксированных точкахпространства, через которые проходят частицы жидкости. Во втором случае движениеописывается по движению определенных частиц жидкости. В условиях нестационарноститечений в морях предложенные принципы не заменяют, а только дополняют друг друга. Взависимости от задачи тот или иной принцип оказывается более предпочтительным. Дляописания движения планктона, например, более подходит принцип Лагранжа. Для расчетаводообмена через пролив лучше использовать принцип Эйлера.Приборы вертушечного типа – самые распространенные измерители течений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
