Основные гидрологические данные

  Начиная с 1966 г. океанологи из Орегонского университета дважды в месяц совершали экспедиции в океан на научно- исследовательском судне, двигаясь при этом из Ньюпорта, шт. Орегон, на запад до точки, отстоящей от берега на 265 км. Их задачей было собрать физические, химические и биологические данные и объединить их в одну картину, ко­торая давала бы представление о сезонных и межгодовых вариациях в этом секторе северо-восточной части Тихого океана. В таблице 8.1 перечислены все виды данных, получен­ных в двух рейсах: зимнем (4 января 1968 г.) и летнем (9 ию­ля 1968 г.)

Научно-исследовательское судно «Якина»

Научно-исследовательское судно «Якина», на котором в 1960—1970-х годах совершали рейсы сотрудники Школы океанографии Орегонского университета.

Объяснение данных

  Расшифровка заголовков. Подобно представителям других наук, океанологи очень внимательно следят за тем, чтобы данные по каждой станции были снабжены сведениями, ко­торые потребуются при дальнейшем анализе. Многие из этих сведений записываются в сокращенном виде, как пока­зано ниже для январского рейса 1968 г.

 

NH-105                                     Каждой станции присваивается свой номер.

44° 39,1 с.ш., 126° 31,1 з.д.      Станция была выполнена на указан­ных широте и долготе.

04 янв 68 0434 GCT         Дата - 4 января 1968 г.; время всегда дастся Гринвическое (по 24-часовому циферблату).

Угол наклона троса 2                Угол, который составляет с верти­калью уходящий в воду трос, равен 2°.

Сухой 49,8 Влажный 46,1   Значения температуры, измеренной «сухим» и «влажным» термометра­ми; разность  температур является мерой влажности воздуха.

Направление ветра 33               Истинное направление ветра равно 330°.

Скорость 5                               Измеренная скорость ветра равна 5 узлам (2,5 м/с).

Давление 32                            Барометрическое (атмосферное) дав­ление равно 1032 мбар.

Направление зыби 31 Н 4  Т 7    Эти данные описывают состояние морской поверхности во время про­ведения наблюдений: средняя высота волн равна 4 м, период 7 с, направление, в котором они распространя­ются, 310°.

Облачность 6 АМТ                   Доля покрытого облаками небосвода составляет 6/10.

 

  Неравномерные интервалы глубин. В верхнем слое пробы воды отбирают достаточно часто: в первых 100 м глубины расстояния между батометрами, используемыми для отбора проб, составляют 10, 20 и 25 м. В глубоких слоях пробы отбирают через 200 м. Причина состоит в том, что, как мы знаем из опыта, в верхнем слое характеристики воды меня­ются с глубиной гораздо быстрее, чем в более глубоких сло­ях. Соответственно для построения кривых вертикального распределения параметров нужно иметь больше точек вбли­зи поверхности. Чтобы убедиться в сказанном, достаточно взглянуть на вертикальные профили, построенные по этим данным (рисунок 8.3).

 Рисунок 8.1. Схема работ в рейсах научно-исследовательского судна «Якина» 4 января и 9 ию­ля 1968 г.

Схема работ в рейсах научно-исследовательского судна «Якина» 4 января и 9 июля 1968 г.

Продолжительность каждого рейса составляла трое суток. Целью экспедиций было изучение вертикального и горизонтального распределений температуры, солености, кис­лорода и питательных веществ на разрезе, идущем от Ньюпорта. Экспедициями руко­водили У. Берг и С. Нешиба. Начальник технической службы - Б. Уиатт. Капитан - X. Линзи. Исследования финансировались Научно-исследовательским управлением ВМС США и Национальным научным фондом. 1 мор. миля = 1,853 км.

 

 Рисунок 8.2. Гидрологические станции, на которых проводились измерения в рейсах научно-исследовательского судна «Якина» на разрезе, начинающемся от Ньюпорта.

Гидрологические станции, на которых проводились измерения в рейсах научно-исследовательского судна «Якина» на разрезе, начинающемся от Ньюпорта

Чтобы привезти из рейса пробы морской воды с глубин, нужно опустить в море трос, к которому подвешены специальные емкости для отбора проб — батометры, обычно в количестве 20 штук, размешенные на тросе с такими интервалами, чтобы оказаться на заданных глубинах после того, как трос полностью вытравлен. Спустя некоторое вре­мя, нужное для того, чтобы прикрепленные к батометрам термометры приняли темпе­ратуру окружающей воды, по тросу пускают грузик. Он заставляет батометры опроки­дываться и закрываться. Поскольку термометры при этом также опрокидываются, ртутный столбик отрывается от основной массы ртути; это позволяет определять, ка­кой объем имел столбик на данной глубине. Лаборант измеряет угол, на который трос отклоняется от вертикали вследствие дрейфа судна или из-за подводных течений. В ре­альных условиях трос редко идет вертикально, хотя обычно принимаются меры к то­му, чтобы сделать угол наклона минимальным.

Расположение гидрологических станций планируется заранее (см. рисунок 8.1). Задача капитана — выйти на точку и удерживать судно в данном месте в течение всего време­ни измерений. Это нелегкая задача, так как работы на глубоководной станции обычно длятся около 4 ч. Если из-за плохой погоды план работ приходится менять, руководи­тель экспедиции составляет новый график, решая, какие станции можно пропустить, а какие заменить, чтобы обеспечить максимальный объем измерений. На каждой станини приходится также решать, насколько близко от дна должен располагаться последний батометр. Существует реальная опасность, что трос зацепится за дно и оборвется. Сто­имость оборудования может быть различной: планктонная сеть стоит несколько сотен долларов, полная серия батометров с термометрами — 40 тыс. долл., а специальные электронные приборы — несколько сотен тысяч долларов. Неослабное внимание уче­ных и команды — решающий фактор в обеспечении безопасности работ и сохранности оборудования. Работа идет вахтовым методом — по 4 ч с 8 ч перерывами на отдых, круглые сутки, день за днем.

После возвращения из рейса оборудование промывают и сушат, чтобы избежать коррозии от соли. Важнейшие пробы — образцы планктона и других организмов — не­медленно обрабатываются или должным образом консервируются для последующего анализа. Только после этого члены экспедиции могут позволить себе как следует отдох­нуть.

После рейса в возможно более короткий срок проводится предварительный анализ данных. Затем печатают отчеты с данными измерений, и принимавшие участие в рейсе ученые обмениваются замечаниями, которые учитываются при планировании последу­ющих экспедиций. Экспедиции большинства научно-исследовательских судов в США фи­нансируются Национальным научным фондом. Чтобы дорогостоящее судовое оборудо­вание можно было использовать с максимальной отдачей, ученые должны планировать исследования на несколько лет вперед.

  Интерполированные данные. В соответствии с международ­ными соглашениями все гидрологические данные публику­ются, причем в таблицах приводятся значения, относящиеся к стандартным горизонтам. Новый набор данных мы полу­чаем путем интерполяции первоначальных данных — либо с помощью компьютера, либо строя вертикальные профили и снимая с них значения параметров на стандартных горизон­тах.

 Таблица 8.1. Гидрофизические и гидрохимические данные, собранные у берегов шт. Орегон зимой и летом 1968 г.: глубина отбора пробы D, температура воды Т, рассчитанная соленость S, содержание растворенного кислорода О2, концентрации биогенных веществ РО43- , NO3- и Si(OH)4, измеренные в пробах. Значения, соответствующие действительным глубинам, на которых брали пробы, интерполировались так, чтобы в отчете могли быть указаны значения на стандартных горизонтах.

NH-105; 44°39,1' с.ш., 126°31,1 з.д.; 04 янв 68 0434 GCT; угол наклона троса 2; сухой 49,8 влажный 46,1; направление ветра 33; скорость 5; давление 32; направление зыби 31 Н 4Т 7; облачность 6 АМТ

 Наблюденные  Интерполированные
 D, м  T, °С S, ‰ O2, мл/л РО43-, мкмоль/кг NO3-, мкмоль/кг Si(OH)4, мкмоль/кг Z, м Т, °С S, ‰ σt
 0  9,13  32,399  6,54  0,74  3,1  4  0  9,13  32,40  25,09
 10  9,16  32,396  6,66  0,69  2,8  3  10  9,16  32,40  25,09
 30  9,16  32,395  6,55  0,76  3,1  4  20  9,16  32,40  25,09
 50  9,13  32,399  6,51        30  9,16  32,40  25,09
 75  7,92  33,231  4,49  1,73  17,0  22  50  9,13  32,40  25,09
 100  8,16  33,596  3,62  1,99  24,0  28  75  7,93  33,24  25,93
 125  7,94  33,834  3,02  2,19  27,5  33  100  8,16  33,60  26,18
 149  7,78  33,851  2,96        150  7,77  33,88  26,46
 199  7,11  33,944  2,58  2,23  31,2  35  200  7,10  33,94  26,60
 300  6,14  34,008  1,79  2,73  36,7  53  250  6,57  33,98  26,70
 401  5,48  34,072  1,11  2,95  39,1  66  300  6,15  34,01  26,78
 601  4,65  34,201  0,42  3,28  43,1  82  400  5,49  34,07  26,91
 801  4,10  34,308  0,26  3,39  44,7  99  500  5,01  34,14  27,02
 1001  3,50  34,414  0,32  3,38  44,0  125  600  4,65  34,20  27,11
 1005  3,47  34,421  0,39  3,39  44,6    700  4,36  34,26  27,18
 1202  3,05  34,473  0,60  3,32  45,2  137  800  4,10  34,31  27,25
 1207  3,06  34,480  0,56  3,36  44,2    1000  3,51  34,41  27,40
 1408  2,65  34,512  0,67  3,30  44,4    1200  3,05  34,47  27,49
 1609  2,33  34,549  0,94  3,23  43,3    1500  2,49  34,53  27,58
 1810  2,08  34,574  1,24  3,17  42,5    2000  1,91  34,61  27,69
 2012  1,90  34,608  1,56  3,05  41,8    2500  1,76  34,64  27,73
 2213  1,78  34,616  1,77  3,02  41,5          
 2414  1,78  34,635  1,89  3,01  41,4  169        
 2615    34,645  2,49  3,00  42,4  175        

 

NH-105; 44°39,1' с.ш., 126°31,1' э.д.; 09 июля 68 2330 GCT; угол наклона троса 2; сухой 66,2 влажный 62,2; направление ветра 23; скорость 06; давление 17; направление зыби 24 Н 03Т06; облачность 6 АМТ

 Наблюденные  Интерполированные
 D, м  T, °С S, ‰ O2, мл/л РО43-, мкмоль/кг NO3-, мкмоль/кг Si(OH)4, мкмоль/кг Z, м Т, °С S, ‰ σt
 0  17,68  29,751  5,80  0,30    8  0  17,69  29,76  21,37
 10  16,11  31,498  5,90  0,30    2  10  16,11  31,43  23,01
 30  14,84  32,468  6,05  0,43    1  20  15,50  32,20  23,74
 50  10,64  32,505  7,12  0,48    1  30  14,84  32,47  24,09
 75  9,17 32,573  6,65  0,65 0,9  3  50  10,64  32,51  24,93
 100  8,18  32,949  5,42  1,28  10,8  13  75 9,17  32,58  25,22
 125  7,59  33,294  4,73  1,36  10,7  13  100  8,18  32,95  25,67
 150  7,71  33,656  3,95  2,00  22,3  28  150  7,71  33,66  26,29
 201  7,21  33,868  3,45  2,10  27,9  35  200  7,22  33,86  25,52
 251  6,66  33,913  3,09  2,38  30,6  39  250  6,67  33,91  26,63
 301  6,09  33,962  2,25  2,36  28,3  47  300  6,10  33,96  26,75
402  5,24  34,000  1,58  2,65  32,0  57  400  5,25  34,00  26,88
603  4,66  34,202  0,42  2,87    79  500  4,87  34,09  27,00
 805  4,03  34,306  0,23        600  4,66  34,20  27,11
996  3,53  34,398  0,23        700  4,35  34,26  27,19
 1005  3,50  34,402  0,27  2,93      800  4,05  34,30  27,26
 1195  3,13  34,471  0,42  3,04   121  1000  3,52  34,40  27,39
 1206  3,03  34,459  0,43  2,97      1200  3,08  34,47  27,48
 1394  2,70  34,512  0,93  3,11 39,6 133  1500  2,50  34,53  27,58
 1594  2,34  34,548  1,20  2,97      2000  1,93  34,60  27,69
 1793  2,11  34,577  1,46  3,06 38,8    2500  1,71  34,64 27,73
 1992  1,93  34,603  1,81  2,86 35,4 143        
 2191  1,85  34,623    3,03            
 2390  1,77  34,633  1,84  2,93  37,9 158        
 2590  1,65  34,641  2,04  2,73  34,0 161        

 

  Единицы. Единицы измерений всегда указываются в табли­цах. Содержание кислорода (единственный растворенный газ, который определялся в этих рейсах) дано в миллилит­рах на литр морской воды. Концентрации питательных ве­ществ РО43- , NO3- и Si(OH)4 приводятся в микромолях на килограмм (химическая запись) и не интерполируются.

  Точность измерений. Температура округляется до 0,01 °С; опытные океанологи, имеющие в своем распоряжении на­дежные термометры, действительно могут измерять темпе­ратуру in situ с такой точностью. На сегодняшний день электронные датчики температуры дают в 10 раз лучшее разрешение — 0,001 °С, однако для периодической проверки работы электронных схем до сих пор применяют термомет­ры. Соленость приведена с точностью 0,001‰, откуда сле­дует, что измерения велись электронными приборами, а не химическими методами, дающими меньшую точность. (Правда, погрешность измерений судового солемера состав­ляет лишь около 0,003‰.) Почему мы нуждаемся в столь точных измерениях температуры и солености? Дело в том, что океанологи оценивают скорости течений, рассчитывая изменения плотности воды от станции к станции, а рассчи­тать плотность можно, лишь имея точные данные о темпе­ратуре и содержании растворенных солей.

  Измерения концентраций питательных веществ прово­дятся по возможности сразу после того, как батометр под­нят на палубу. Однако трудности, связанные с работой на борту судна, не всегда позволяют это сделать. В таких слу­чаях к пробам воды добавляют фиксирующие вещества, не дающие организмам в пробе размножаться. Но, несмотря на принимаемые меры предосторожности, результаты тако­го запоздалого анализа часто уже нельзя считать достовер­ными.

  «Плохие» данные. «Плохие» точки — скорее правило, чем исключение. Одна из главных причин, по которым нужно строить вертикальные профили разных параметров (как на рисунке 8.3), состоит в необходимости выявить точки, настоль­ко далеко «отскакивающие» от плавных кривых, что их приходится считать подозрительными. Источники ошибок неисчислимы: крышка батометра может захлопнуться до того, как трос будет вытравлен на всю длину; неправильно может работать лебедка; кратковременные сбои в электро­питании во время некоторых процедур химического анализа могут привести к изменениям температуры в холодильнике, где хранятся пробы, — этот список можно продолжать по­чти до бесконечности.