Приборы - разведчики морских глубин

Если у физика имеются широкие возможности проводить свои эксперименты в лаборатории при однозначно определяемых и контролируемых начальных условиях, то океанологи оказываются лицом к лицу с окружающим Землю Мировым океаном. Им приходится учитывать все многообразие происходящих там сложных процессов. Хотя в океанологии для решения специальных задач, таких, например, как исследование проблемы перемещения вод в прибрежной зоне, приливо-отливных явлений или даже общей океанической циркуляции, проводились модельные эксперименты в лабораториях, однако полученные при этом научные выводы большей частью ограничивались специальными случаями или выявляли более или менее значительные отклонения от реальных условий. Это объясняется тем, что перенесение результатов, полученных на небольшой модели, на масштаб Мирового океана, без сомнения, невозможно.

В настоящее время разработка математических моделей для океанологических исследований приобретает все большее значение. Их целью при исследовании специальных проблем является описание важнейших процессов с помощью соответствующих математических выражений. В эти уравнения не только входят действующие силы и процессы, но и с помощью соответствующих формул включаются также граничные условия (например, размеры исследуемого района моря, рельеф дна и др.). Такие математические модели позволяют объяснять происходящие процессы и могут служить для прогнозирования океанологических факторов. Из-за больших расчетных трудностей лишь успехи в электронно-вычислительной технике при обработке данных сделали возможным создание таких моделей в больших масштабах. С помощью подобного рода модельных расчетов значительные успехи были достигнуты, например, при исследовании и предсказании приливов и отливов или изменений уровня, вызываемых ветровыми нагонами в окраинных морях. Подобные модели были созданы для расчета полей течений, а в последнее время делаются попытки математического описания и биохимических процессов в море.

Общим для всех этих моделей является то, что исходным материалом для них служат данные о фактических гидрологических условиях в море и что результаты модельных расчетов, в свою очередь, должны проверяться материалами непосредственных измерений. Таким образом, наблюдения и измерения в море создают основу для дальнейшего углубления знаний о нем, о действующих при этом силах и о происходящих в океане процессах. В океанологии, в отличие от метеорологии, до сих пор отсутствует сеть стационарных станций наблюдений. Немногие постоянные станции на побережье и на брандвахтах собирают данные только для прибрежной зоны. Корабли погоды, оборудованные для проведения метеонаблюдений и для обеспечения безопасности полетов (в настоящее время девять судов размещены в северной Атлантике и четыре в северной части Тихого океана), выполняют океанологические измерения только в самом ограниченном объеме. Наконец, определенную помощь в сборе и передаче материалов наблюдений будет оказывать создаваемая в настоящее время глобальная океаническая система станций, о которой уже говорилось раньше.

Однако одной глобальной океанической системы наблюдения недостаточно, так как даже при привлечении дополнительных судов, а в дальнейшем и измерительных буев, возможная плотность сети станций все же оставит желать много лучшего и значительная часть микро- и мезомасштабных процессов будет выпадать из поля зрения. Даже применение в будущем искусственных спутников Земли для океанографических исследований, о котором еще пойдет речь ниже, не исключает специальных исследований. Поэтому, несмотря на такую ценную информацию, которую дают торговые суда, автоматически работающие измерительные буи и искусственные спутники Земли, исследовательские суда будут занимать важное место в океанологии.

В настоящее время имеется свыше 1000 исследовательских судов, из которых, однако, лишь около 160 судов имеет водоизмещение более 1000 т. Только Советский Союз имеет в своем распоряжении более 100 исследовательских судов, которые ведут работы во всех морях.

Исследовательское судно должно обладать хорошими мореходными качествами, так как океанологические исследования проводятся не только при хорошей погоде. С помощью соответствующей конструкции корпуса, используя дополнительные технические устройства, выдвижные успокоители качки, надлежащим образом размещая лебедки и лабораторные помещения, стремятся уменьшить вредное влияние возникающих при волнении собственных движений судна. Необходимы также хорошая маневренность при опускании измерительных приборов и по возможности уменьшение шумовых и вибрационных помех. Расходы на эксплуатацию исследовательского судна должны находиться в разумных пределах, так как эти суда и без того принадлежат к самым дорогостоящим основным средствам океанологии.

Для погружения измерительных приборов исследовательское судно должно иметь специальные тросовые и кабельные лебедки, а также соответствующие устройства для спуска различных приспособлений. Для обработки измерений на борту должны быть лаборатории и другие помещения для регистрации информации, поступающей от непрерывно работающих датчиков. Чтобы полноценно эксплуатировать исследовательское судно, предусматривают частичную смену судовых лабораторий. Кроме того, современные исследовательские суда имеют на борту собственный вычислительный центр, к которому подключаются измерительные приборы и целые лаборатории.

Различные новые конструкции судов предназначены для комплексных океанологических исследований, однако некоторые суда оборудуются для специальных задач, например для научного рыболовства или для разведки обстановки на морском дне. Уже имеются специальные суда, с которых на глубинах более чем 6000 м в ложе океана были проложены 1100-метровые буровые скважины.

В последнее время во все возрастающих масштабах применяются суда, позволяющие проводить научные исследования в космосе и в высоких слоях атмосферы. Эти суда одновременно обеспечивают радиосвязь с космическими кораблями. Для выполнения подобных задач Академия наук СССР только в 1967 г. получила девять новых судов. В начале 1972 г., после разносторонних испытаний, вступил в строй новейший корабль «Космонавт Юрий Гагарин».

Эксплуатация исследовательских судов поднимает проблему об определении их места в море. К точности обсервации предъявляются очень высокие требования.

Проникновение человека в глубины океана (см. 1-й цветной разворот); - рекордные погружения свободных водолазов на глубины около 80 м; 2 - погружения автономных водолазов с аппаратом на глубины свыше 250 м; 3 - подводная лаборатория (в настоящее время глубина ее погружения до 150 м.); 4 - глубина погружения современной подводной лодки около 500 м; 5 - рекордный спуск батисферы на 1372 м; 6 - глубина погружения современных подводных судов - свыше 2000 м; 7 - фотографирование морского дна на глубине примерно 9200 м; 8 - самый глубокий рыболовный трал «Галатеи» 10 189 м; 9 - отбор проб воды с глубин свыше 10 000 м; 10 - самый глубокий спуск «Триеста» на глубину 10 916 м.

Обеспечение водолаза дыхательным газом (см. 2-й цветной разворот); 1 - свободный водолаз без аппарата; 2 - водолаз с автономным прибором; 3 - плавающий водолаз со снабжением дыхательным газом по шлангу с водной поверхности; 4 - снабжение водолазов из погружаемой камеры; 5 - снабжение из погружаемой камеры, которая, со своей стороны, снабжается с поверхности; 6 - обеспечение водолазов дыхательным газом из подводного дома; 7 - погружение с помощью подводного судна.

Большинство имеющихся в настоящее время навигационных систем еще не удовлетворяют этим требованиям. Обычные методы астрономической навигации, с помощью которых при благоприятных условиях точность обсервации достигает примерно одной морской мили, в отдаленных морских районах даже сегодня - единственный способ определения места корабля в море. Ценным вспомогательным средством являются различные новейшие способы радионавигации. Вблизи берегов эти средства позволяют достичь точности примерно ± 20 м. Использование искусственных спутников Земли в навигационных целях может оказаться очень полезным для океанографии. Различные новейшие исследовательские суда уже оборудованы установками для спутниковой навигации.

Непосредственные наблюдения человека за процессами, происходящими в море, вряд ли возможны, хотя здесь также наметились некоторые перемены, к которым мы еще вернемся в дальнейшем.

В настоящее время измерения в толще моря проводятся преимущественно косвенными методами с помощью дистанционных измерительных приборов, погружаемых с судов.

В распоряжении океанографии имеется весьма разнообразный комплекс приборов. Несмотря на различные задачи, океанографические приборы должны удовлетворять определенным требованиям. При относительном однообразии в распределении многих океанологических характеристик небольшие различия в них играют значительную роль. Поэтому измерительные приборы, обеспечивая точность измерений, должны быть прочными и надежными. Прежде всего они должны выдерживать суровые эксплуатационные условия в море. Ввиду того что измерения проводятся и на больших глубинах, важное значение имеет высокий предел прочности при сжатии измерительных приборов. Наконец, они должны быть коррозиоустойчивыми, чтобы не подвергаться действию морской воды.

Плодотворное влияние на развитие океанографической измерительной техники оказывают успехи в исследовании космоса.

Целью новейших способов измерения является отказ от дискретных исследований распределения отдельных характеристик и поиски возможностей непрерывной регистрации их изменений по глубине или во времени. При этом измерения стремятся проводить непосредственно в море, в то время как до сих пор большая часть исследований выполнялась на пробах воды, которые доставлялись на борт исследовательского судна с помощью батометров или других приборов для отбора проб.

С появлением новейшей аппаратуры возросло и количество измеряемых параметров, для обработки которых необходима современная вычислительная техника.

Для полного и точного описания океана потребуется очень большое число измерений, которые должны быть, во-первых, достаточно точными, а во-вторых, взаимно сопоставимыми. Сопоставимость данных, стандартизация измерительных приборов и методов измерений играют чрезвычайно важную роль при стандартных наблюдениях, например для глобальной сети океанографических станций.

«Космонавт Юрий Гагарин» (длина 231 м, водоизмещение 45 тыс. т) вступил в строй в 1972 г.

В настоящее время проводится значительный обмен данными в международных масштабах, который в дальнейшем будет расширяться. Чтобы эффективно и быстро обрабатывать эти материалы, добиваются единых форм передачи данных и ввода их в машины.

Принцип действия батометра Нансена

После обзора некоторых общих проблем, связанных с исследованиями океана, обратимся к наиболее важным методам измерений. Из-за небольшого объема брошюры мы остановимся лишь на некоторых из них, чтобы показать многообразие стоящих на очереди проблем. В океанологии уже давно применяются батометры, с помощью которых те или иные объемы воды могут доставляться на поверхность даже с больших глубин без смешивания с окружающей средой. Имеется много конструкций таких батометров. В качестве стандартной модели был принят батометр, сконструированный норвежским ученым Фритьофом Нансеном. Прибор позволяет отбирать пробу воды объемом около 1 л. Батометр представляет собой металлическую трубку с двумя клапанами на ее верхнем и нижнем концах. Трубка прикрепляется зажимами к тонкому тросу и открытой опускается на заданную глубину. Затем по тросу спускается посыльный груз, который освобождает верхнее крепление батометра и он переворачивается. При этом оба клапана закрываются, и вода в батометре, уже изолированная от внешней среды, сохраняется для последующих исследований. В процессе опрокидывания высвобождается второй посыльный груз, который перевертывает следующий батометр. Таким образом, на один трос может быть подвешена целая серия батометров. Для отбора больших объемов воды применяются батометры из пластмассы с откидными крышками, которые тоже закрываются при помощи посыльных грузов. Батометры, изготовленные из неметаллических материалов, применяют и для проб воды, предназначенных для биохимических исследований, при которых не должно быть загрязнения воды следами металла.

Отобранные с помощью батометров пробы затем исследуются в судовой лаборатории и только в в исключительных случаях хранятся для более поздних анализов до конца экспедиции. В области химии моря, даже в трудных судовых условиях, также должно предусматриваться серийное применение аналитических методов с достаточно точными результатами. Пробы должны обрабатываться по возможности сразу после их отбора, так как концентрации содержащихся в морской воде веществ могут сильно изменяться во время хранения из-за происходящих в них биохимических процессов. Это особенно важно в тех случаях, когда исследуются вещества, содержащиеся в морской воде в очень небольших количествах (например, содержание фосфатов составляет меньше чем миллиграмм на 1 м³).

Важным исследованием, проводимым на полученных пробах воды, является определение солености - одной из основных величин при оценке океанографических условий. По температуре и солености морской воды может быть рассчитана ее плотность, а пространственное распределение плотности и ее изменения во времени служат ключом к объяснению движений водных масс и процессов перемешивания в море. Соленость - важная исходная величина также и для оценки многих других процессов. Новейшие методы измерения используют зависимость электропроводности воды от концентрации в ней соли.

Для определения микроэлементов, присутствующих в морской воде в незначительных количествах, в химии моря укоренились колориметрические методы. При этом исследуемое вещество окрашивается с помощью соответствующих химических реактивов и затем в специальных фотометрах сравнивается с эталонными растворами. Для ускорения обработки проб, поступающих в большом количестве, на борту корабля с успехом используются и автоматические средства проведения анализов, разработанные ранее для медицинских целей.

Для измерения температуры воды - также весьма важной характеристики - служат опрокидывающиеся термометры. В современном виде они начали употребляться в океанографии в конце XIX столетия. Это тщательно выверенные ртутные термометры, предохраняемые от давления воды защитным футляром из стекла. Точность измерения составляет 0,01 - 0,02^°С. Как же оценить истинную температуру на глубине, если при подъеме термометр попадает в слои воды с иной температурой? Дело в том, что при опрокидывании батометра ртутный столбик в прикрепленном к нему термометре обрывается в месте сужения капилляров, что и позволяет зафиксировать температуру на исследуемой глубине.

В последнее время разработан ряд измерительных приборов, которые, в отличие от опрокидывающихся термометров, пригодных лишь для дискретных измерений, дают возможность проводить непрерывную запись температуры, а в некоторых случаях применяются даже на ходу судна.

Раньше разные приборы применялись только для отдельных измерений на определенных горизонтах. Сегодня делаются попытки создания приборов, имеющих несколько датчиков, помещаемых в батизонды. Они одновременно измеряют несколько величин и по кабелю передают данные на борт корабля, где они принимаются в виде кривых или цифр. Еще лучше, если все величины выдаются в форме, пригодной для электронной обработки, например в виде перфолент или магнитофонной записи.

Принципиально новые способы измерений - свободно погружаемые зонды, которые сбрасываются с судна или даже вертолета. Например, были продемонстрированы приборы, одновременно измеряющие глубину, температуру воды и скорость распространения в ней звука. Приборы свободно опускаются на глубину до 5000 м со скоростью около 2 м/с. После освобождения от балласта зонды, внутри которых содержатся накопленные измеренные данные, всплывают и их поднимают на борт исследовательского судна.

Важной проблемой физической океанологии была и остается проблема изучения морских течений. Для их определения с давних пор использовались данные о дрейфе судов. По разнице между фактическим местом судна, найденным посредством астрономических или радионавигационных обсерваций, и его местом, вычисленным по истинному курсу и скорости (В нашей литературе такой способ определения места судна называется определение «по счислению».), можно судить о его перемещении под действием течения на поверхности моря. Соответствующие данные из судовых журналов статистически обрабатываются в Центре сбора данных и затем представляются в виде карт. Разумеется, эти карты дают лишь упрощенную картину фактической скорости и направления течений. Наблюдения распределены очень неравномерно и главным образом сосредоточены на маршрутах основных судоходных путей.

Результаты, аналогичные получаемым по данным о дрейфах судов, можно извлечь также и с помощью бутылочной почты, которая является очень старым вспомогательным средством получения информации. Этот столь примитивный способ применяется и сегодня, только вместо бутылок используют запечатанные в пластмассовые пакеты почтовые открытки. Много открыток было выброшено, например, в 1954 г. к западу от Британских островов, а в 1963 - 1964 гг. - в Немецкой бухте. Таким методом попытались получить сведения о вероятных путях распространения нефтяных загрязнений в море.

Принцип, подобный бутылочной почте, был применен английским океанологом Сваллоу для исследования глубинных течений: поплавки, находящиеся во взвешенном состоянии на определенной глубине, посылают звуковые сигналы, которые улавливаются на борту судна. Если дрейф судна известен, можно определить течение на глубине. С помощью таких поплавков в глубинных слоях были обнаружены поразительно высокие скорости течений.

Однако измерять скорость и направление течений в тех или иных точках моря можно также соответствующими приборами.

Трудность состоит в получении в море некоторого неподвижного пункта, с которого могли бы проводиться наблюдения. Даже поставленное на якорь судно не находится в покое, а перемещается вокруг якоря, причем перемещения зависят от ветра и течения. Они сильно искажают получаемую информацию. Кроме того, постановка на якорь на больших глубинах - задача сложная и трудоемкая. Поэтому около 15 лет назад пришли к выводу, что на якорь следует ставить не само исследовательское судно, а выставлять с него буи, на якорном тросе которых подвешиваются измерительные приборы. Зачастую применяют также притопленные буи, на которые не влияет действие волнения. Местоположение такой станции отмечается маленьким сигнальным буйком с радиопередатчиком.

При измерении течений важно, чтобы одновременно фиксировались две величины - направление и скорость. Для определения скорости течения почти во всех измерительных приборах применяются пропеллеры или какие-либо иные роторы, число оборотов которых показывает скорость (В нашей литературе такие измерители течений называют «вертушками», например, вертушка Экмана - Мерца, вертушка Алексеева и др.). Так как прибор устанавливается по течению, его направление можно фиксировать с помощью компаса. Новейшие приборы конструируются как регистраторы течений, автоматически работающие несколько месяцев. Большое значение имеет форма записи, которая должна удовлетворять требованиям автоматической обработки данных.

Автоматический измерительный буй для регистрации метеорологических и океанологических параметров. Наблюдатели дают наглядное представление о величине буя.

Были испытаны и другие способы измерений, например, такие, как охлаждение течением накаленной проволоки или акустические или магнитные измерители течений. Наконец, следует еще сказать, что при определенных условиях представление о характере течений можно получить и косвенным путем. Так, по вертикальному ходу плотности рассчитывается распределение давления в море, которое, со своей стороны, позволяет проводить количественный расчет морских течений. Наши сегодняшние представления о движении вод в глубоких слоях для многих морских областей основаны именно на косвенных расчетах, выполненных динамическим методом. Обширен также набор приборов для доставки на борт исследовательского судна различных форм морской фауны и флоры. По сравнению с биологами на суше, морские биологи находятся в более неблагоприятном положении. Они не могут наблюдать объекты своих исследований в природных условиях и вынуждены довольствоваться случайными выборочными пробами, поднятыми с океанских глубин различными сетками.

Для ловли растительного и животного планктона (У нас более употребительна терминология: фито- и зоопланктон.) применяются конические сетки из тонкого газа. Планктонные организмы в невозмущенной водной среде находятся во взвешенном состоянии и имеют ограниченное собственное перемещение. В зависимости от размеров исследуемого планктона выбирается тип сетки. Имеются планктонособиратели, которые буксируются с идущего судна. При этом полоса газа внутри прибора, с помощью которой из моря отфильтровываются различные формы планктона, наматывается на шпульку. Такие приборы применялись и на торговых судах. Иные виды сеток служат для ловли глубоководных рыб. Пробы донной фауны и флоры поднимаются на борт дночерпателями или драгами. Драги подобны граблям, за которыми укреплена сетка из проволоки. Кожа или плотная ткань и цепи защищают сетку от повреждений, когда она, иногда часами, волочится по морскому дну, влекомая идущим судном.

Морские геологи также не имеют прямого доступа к объектам своих исследований. Представление о форме морского дна дают промеры глубин лотом. На смену промеров лотом, требующих большой затраты времени и позволяющих вести только дискретные определения глубин, пришли промеры эхолотные. Основу эхолота создал в 1912 г. немецкий физик Бем. В 1922 г. американское судно проложило первый эхолотный профиль через северную Атлантику, а в 1925 - 1927 гг., в процессе океанографических исследований, «Метеор» впервые выполнил обширные промерные работы с помощью эхолота.

Эхолот измеряет время, которое требуется посланному звуковому импульсу для того, чтобы пройти расстояние от судна до морского дна и обратно. Это время пропорционально глубине, так что, если известна скорость звука в воде, можно рассчитать расстояние «судно - морское дно». С помощью специальных эхограмм можно определять не только глубину: звуковые волны проникают также и в мягкие напластования дна, что позволяет судить о мощности осадочной толщи, т. е. отложении на морском дне. Некоторые виды эхограмм показывают распределение планктона или косяков рыб и являются важным вспомогательным средством при изучении биологических основ рыболовства.

Дночерпатели, работающие подобно грейферам землечерпалки, захватывают только самые верхние слои морского дна, в то время как геологические трубки проникают в него глубже. Они представляют собой опускаемые с борта судна длинные трубки, которые вонзаются в дно либо под действием собственного веса, либо с помощью разрывного заряда или вибрационного устройства. С помощью такого рода приборов, вес которых иногда превышает 2 т, на «Витязе» удалось поднять с морского дна колонку грунта длиной свыше 30 м.

Наконец, о строении морского дна позволяют судить геофизические методы. При сейсмических методах, например, в определенном районе возбуждаются сейсмические волны, которые после отражения различными поверхностями морского дна регистрируются в другом районе. О структуре строения морского дна дают представление также и измерения гравитационного и магнитного полей Земли или тепловых потоков, идущих из земных недр.

Подводная фотография и подводное телевидение дополняют океанографические методы исследований. Главной проблемой подводной фотографии является создание оптимальных искусственных источников освещения. Вследствие сильного поглощения и рассеяния солнечного излучения в воде естественного светового поля даже на небольших глубинах недостаточно для фотографирования. Еще в 1893 г. французский зоолог Бутан, который сделал первые снимки под водой с помощью плоской камеры на глубине 10 м в Средиземном море, применял осветительную вспышку, а позднее - угольные дуговые лампы.

Все возрастающее распространение в океанологии получает и подводное телевидение, в особенности для наблюдений за морским дном. Телевизионная техника была впервые применена под водой в 1951 г. при поисках подводной лодки, утонувшей в устье Темзы. В настоящее время существуют установки, которые позволяют вести передачи по кабелю длиной несколько километров.

Наряду с исследовательскими судами в последние годы появились автоматические измерительные буи, ведущие метеорологические и океанологические наблюдения и передающие данные в центры управления. С развитием и эксплуатацией этих буев связаны многочисленные технические, экономические, а также юридические проблемы, которые до сих пор еще далеко не все решены.

Как к самим измерительным датчикам, так и к устройствам для обработки и передачи данных предъявляются следующие основные требования: небольшие размеры, малое потребление энергии и высокая надежность.

Измерения, полученные на буе, должны передаваться наземным станциям. Это в общем возможно, исключая применение подводных кабелей в прибрежных районах, только с помощью радиосвязи. Система передачи должна быть пригодна для автоматической работы и действовать один-два года без технического обслуживания. Следует также учитывать возможность использования искусственных спутников в качестве радиорелейных станций при связи между буем и Землей.

Наряду с конструированием соответствующих измерительных и передаточных устройств проблемой является обеспечение их энергией. Не все источники энергии пригодны для использования в море. Кроме того, снабжение автономных буев энергией должно отличаться высокой надежностью и исключать техническое обслуживание. Источники энергии должны иметь небольшие размеры и ничтожный вес. Большое значение придается уже испытанным в космосе генераторам, превращающем химическую энергию, вырабатываемую содержащимися в воде веществами при взаимодействии их с оксигенами, в энергию электрическую. Важная роль принадлежит термоэлектрическим генераторам изотопов, которые в электрическую энергию преобразуют энергию тепловую, высвобождающуюся при радиоактивном распаде некоторых элементов, например стронция. Сейчас имеются экспериментальные установки, в качестве источников питания использующие кинетическую энергию морских волн.

В настоящее время существуют прототипы различных видов измерительных буев, которые устанавливают на якорь даже на больших глубинах. Перспективные модели буев смогут выполнять измерения, дрейфуя в заданных морских районах. Особое место среди заякоренных измерительных буев занимает разработанный в 1967 г. в США тяжелый «Монстрбуй» весом свыше 100 т, представляющий собой поплавок в виде диска диаметром более 13 м. «Монстрбуй» может измерять 14 метеорологических и океанологических характеристик и передавать их на расстояния до 4000 км. Расходы на подобный буй составляют около 500 тыс. долларов. Однако имеются измерительные буи весом только 90 кг, которые могут сбрасываться и с вертолетов. Эти буи измеряют пять характеристик на поверхности моря и передают данные на расстояние 100-150 км.

В проектируемой океанической сети станций в глобальных масштабах измерительные буи будут иметь большое значение в качестве стационарных станций. Разумеется, это потребует высоких затрат. Точки зрения на наиболее рациональное размещение буев значительно расходятся. В глобальной сети наиболее оптимальной считается сторона квадрата примерно в 400 км. Это значит, что на площади 160 000 км² (что больше территории ГДР) разместилась бы одна буйковая станция. Для сравнения следует упомянуть, что в ГДР на 2500 км² приходится одна метеорологическая станция.

Французский лабораторный буй, стоящий на якоре к югу от Марселя на глубине 2400 м

Между исследовательскими судами и автоматическими измерительными буями займут место заранее отведенные в предусмотренные районы плавучие средства с приборами и экипажами для их обслуживания. Некоторые из этих носителей приборов должны находиться в вертикальном положении, но могут, подобно лихтеру, буксироваться и горизонтально. Затем в выбранном месте назначения они наполняются водой и выпрямляются. Дрейфуя или стоя на якоре, они являются идеальными измерительными платформами для исследований в пограничном слое океан - атмосфера и в верхних слоях моря. Даже при сильном волнении на море они ведут себя спокойно. Так, в заливе Аляска такие носители американской конструкции при волнах высотой 11 м имели вертикальные перемещения менее 10 см. Особенно известнымистали американская инструментальная станция FLIP и созданный в 1964 г. по инициативе французского исследователя Кусто лабораторный буй. Буй имеет длину 66 м, из которых 56 м находятся под водой. При водоизмещении 250 т он позволяет жить и работать в нем четырем сотрудникам.

Общим для всех описанных выше способов измерений, шла ли речь о приборах на исследовательских судах, автоматических буях или других носителях аппаратуры, является то, что измерительные датчики находятся в непосредственном контакте с исследуемой средой, т. е. с морем. Однако в последнее время разработаны и неконтактные методы, которые дают возможность проводить наблюдения за различными океанографическими характеристиками с помощью дистанционных измерений, например с самолетов или с искусственных спутников Земли.

До применения дистанционных приборов для океанографических исследований с самолетов были получены косвенные научные заключения об океанологических процессах путем интерпретации данных аэрофотосъемок. Особенно ценные выводы об изменении условий волнения моря и о переносе различного материала в прибрежной зоне дали снимки, сделанные вблизи береговой полосы. Самолеты, используя аэрофотосъемку, вели наблюдения и за ледовой обстановкой.

С начала 50-х годов самолеты с дистанционными приборами применяются непосредственно в целях океанографии. Так, инфракрасными термометрами путем измерения длинноволнового излучения морской поверхности определялась ее температура. Правда, этот способ имеет ограниченное применение, так как определяется температура только самого поверхностного слоя воды толщиной 1 мм. Измерениям мешают водяные пары атмосферы. Поэтому использование этого метода сохранилось главным образом в районах с большими горизонтальными градиентами температуры, таких, например, как зона Гольфстрима. При изучении течений с помощью поплавков или при исследовании процессов горизонтальной турбулентности с успехом применяется аэрофотограмметрия.

В будущем большое значение приобретут наблюдения и измерения с помощью искусственных спутников Земли. Хотя «космическая океанография» делает еще только первые шаги, проводимые по ее развитию работы являются многообещающими. Высокая скорость обращения космических аппаратов позволяет одновременно наблюдать большие районы и быстро повторять измерения. Поэтому космические летательные аппараты особенно целесообразно использовать в тех случаях, когда необходимо получение синхронной информации на обширных океанических областях. Если эти аппараты оснащены достаточно чувствительными измерительными датчиками, можно исследовать микро- и мезомасштабные явления. Они могут служить также в качестве радиорелейных станций для получения информации от сети заякоренных или дрейфующих буев.

В настоящее время главная проблема состоит в создании датчиков, которые работали бы достаточно надежно и точно на высотах в сотни километров. Следующая важная проблема заключается в том, чтобы освободить измерения от вредного влияния облачности. Именно поэтому современные методы использования искусственных спутников для океанологических целей применяются в сравнительно безоблачных субтропических районах.

Успешные космические наблюдения за морем в последние годы позволили судить о границах и сезонных перемещениях ярко выраженных морских течений, а по фотографиям метеорологических спутников делались выводы о характерных формах облаков. По солнечным бликам на этих фотографиях могут оцениваться условия волнения на море. С 1961 г., по данным метеорологических спутников, составляются карты ледовой обстановки. В дальнейшем с помощью искусственных спутников можно будет определять местоположение косяков рыбы.

Исследования, проводимые пилотируемыми космическими аппаратами и орбитальными станциями, также могут вносить ценный вклад в океанографию. В этой связи следует напомнить о первом совместном применении исследовательских судов, космических кораблей и метеорологических спутников в Индийском океане в 1970 г. при полете советского космического корабля «Союз-9» или о программе наблюдений, выполненной в 1971 г. первой советской орбитальной станцией «Салют».

Полноты ради следует упомянуть, что наряду с уже отмеченными вспомогательными техническими средствами в океанографии могут использоваться также и автоматические устройства, которые, будучи управляемыми на расстоянии по заранее составленной программе, отбирают пробы на различных глубинах, фотографируют или даже выполняют непосредственные измерения. Некоторые такие устройства были с успехом испытаны на глубине 5000 м и более. В дальнейшем их можно будет использовать в качестве автоматических обсерваторий на морском дне. По истечении предусмотренного срока по заранее разработанной программе или но акустическому сигналу они поднимаются на поверхность, где отбираются накопленные данные.

Большое значение имеют «подводные роботы», например для контрольных и ремонтных работ на подводных нефтепроводах. Для строительных работ под водой в Японии, Советском Союзе и США были разработаны автоматические подводные бульдозеры. Например, японская конструкция, плавбазой для которой на поверхности моря служит катамаран, может работать на глубинах до 60 м. Большинство подводных роботов кабелем связано с надводным судном, с которого они управляются и которое подает им необходимую энергию. Приводимые в действие гидравлическими приводами, грейферы позволяют выполнять подводные работы и транспортировку грузов. Их ориентирование обеспечивается с помощью прожекторов и подводных телевизоров.