книги из ГПНТБ / Океанография и морская метеорология учебник

Р — динамическая вязкость жидкости, г/(см -с). Химический анализ проб грунта устанавливает нали­

чие тех или иных элементов (кремния, кальция, магния, железа, фосфора и др.) и их соединений (качественный анализ), а также массовое содержание этих элементов (количественный анализ).

Непосредственный отбор проб грунта осуществляется иногда с помощью водолазов, но возможности этого ме­ тода ограничены предельными глубинами погружения, не превышающими 200 м (в жестком скафандре).

Значительно большими возможностями обладают ди­ станционно управляемые подводные манипуляторы и другие глубоководные аппараты, получающие в наши дни все большее распространение. Подводная фото­ съемка, особенно стереофотосъемка, позволяет исследо­ вать микрорельеф и структуру осадочных отложений, а также взаимодействие дна с океаном практически на любых глубинах, вплоть до предельных. Подводное те­ левидение служит этим же целям, обеспечивая непре­ рывность информации, однако исследования ограничены длиной кабеля, связывающего бокс телекамеры с судном.

Исключительно перспективными оказались акустиче­ ские методы исследования грунтов дна океана. Эти ме­ тоды базируются на следующих соображениях. Вязкость грунта влияет на затухание преломленной звуковой вол­ ны и амплитуду отраженной волны. Плотность грунта определяет скорость распространения в нем звука. Плотность же грунта зависит от его влажности и пори­ стости, которые в свою очередь определяются в значи­ тельной степени механическим составом грунта, т. е. ве­ личиной слагающих его зерен. Следовательно, по аку­ стическим свойствам грунта можно судить о его меха­ ническом составе.

Различные грунты по-разному отражают звуковые сигналы, но характеристика отражения для каждого типа грунта остается почти постоянной. Это свойство ис­ пользовано для опознания грунтов с помощью элек­

20

тронного осциллографа, подключаемого к эхолоту. Для этой цели могут быть использованы эхолоты любых ти­ пов — и навигационные, и промерные. Эхолот излучает ультразвуковые импульсы примерно постоянной дли­ тельности. При отражении же от дна форма, амплитуда и продолжительность принимаемых эхо-импульсов изме­ няются в зависимости от характера отражающей по­ верхности — грунта. Характер грунта опознается на экране осциллографа по виду импульса, отраженного от дна, путем сличения его с изображением эталонных эхо-импульсов, типичных для различных грунтов. Эта­ лонные изображения, соответствующие различным грун­ там, должны быть получены однотипным эхолотом и предварительно проверены взятием проб грунтодобы­ вающими приборами на участках с ровным дном и одно­ родным грунтом. Следует отметить, что характер отра­ женных эхо-импульсов может зависеть от геологиче­ ского строения дна и флуктуаций * плотности морской воды, поэтому правильное опознание грунта иногда бы­ вает затруднительным.

Эхолоты с обычными самописцами позволяют изу­ чать стратификацию верхних слоев донных отложений. При наличии отражающих поверхностей (прослоек вул­ канического пепла, слоев ила различной плотности) на эхограмме будет зафиксирована слоистая структура. Известен случай, когда на глубинах около 700 м было зафиксировано восемь прослоек вулканического пепла в толще грунта около 70 м.

Для более глубокого исследования характера и структуры осадочных и подстилающих их пород лито­ сферы используются методы геофизики: сейсмические, гравиметрические и геомагнитные. Однако все эти ме­ тоды являются косвенными.

Сейсмическое профилирование позволяет определять толщину различных слоев осадочных пород и скорость звука на различных горизонтах путем возбуждения взрывом акустических волн, отражающихся от этих слоев или преломляющихся в них. По скорости звука в грунте судят о его типе. В системах непрерывного сей­ смического профилирования источниками упругих коле­

* Флуктуация — беспорядочное отклонение, носящее случайный характер.

21

баний служат электроискровые и пневматические излу­ чатели. Высокая частота повторяемости акустических посылок в этих системах позволяет получать практиче­ ски непрерывные сейсмические профили любой протя­

женности. Обработка полученной информации выпол­ няется на ЭВМ.

В основе гравиметрического метода лежит зависи­ мость значения силы тяжести от характера пород зем­ ной коры в данной точке.

Геомагнитные методы дают возможность определить, какие породы (магнитные или рыхлые) слагают океан­ ское дно. Комплексное применение всех геофизических методов позволяет довольно точно исследовать подвод­ ный рельеф, структуру и плотность донных отложений и подстилающих скальных пород в значительных тол­

щах земной коры, достигающих в отдельных случаях 2000—3000 м от дна океана.

Накопленная к настоящему времени информация о грунтах дна океанов и морей свидетельствует о том, что его большая часть покрыта осадочными породами со­ временного происхождения: рыхлыми, толщина которых измеряется десятками и сотнями метров, и твердыми толщина которых может достигать 1 км. Древние же горные породы (граниты, диабазы, известняки и т. и.) выходят на поверхность дна океана только на участках

с крутыми склонами или с сильными придонными тече­ ниями.

Современные осадочные породы по своей микроско­ пической структуре и химическому составу могут быть подразделены на следующие породы:

—терригенные (материкового происхождения);

—органогенные (органического происхождения);

—хемогенные (химического происхождения).

Т е р р и г е н н ы е отложения образуются в резуль­ тате размыва коренных пород, слагающих берега и дно и из частиц породы, которые выносятся в океан реками! При этом более крупные частицы отлагаются ближе к берегам, а дальше в море относятся более мелкие ча­ стицы. Поэтому в прибрежной зоне осаждение идет ин­ тенсивно, а с удалением от берегов мощность осадков уменьшается. У берегов грунт днд вначале состоит из валунов и гальки, дальше идет гравий, затем — крупный песокг мелкий песок с примесью ила, еще дальше — раз­

22

ного рода илы с примесью песка и, наконец, чистый ил. Осадочные породы терригенного происхождения обна­

руживаются в основном в пределах материковой от­ мели.

О р г а н о г е н н ы е отложения представляют собой твердые остатки различных организмов (скелеты, обо­ лочки, раковины), уцелевшие от растворения и разло­ жения при опускании на дно. Эти отложения преобла­ дают (до 60—80%) в грунтах ложа океанов и морей на значительном удалении от берегов, но, несмотря на это, в них можно обнаружить частицы терригенного проис­ хождения. В зависимости от того, остатки каких орга­ низмов преобладают в данном грунте, последний полу­ чает соответствующее название. Так, глобигеринояые илы, состоящие главным образом из скорлупок микро­

площади ложа Атлантического и Индийского океанов и около четверти Тихого. Иногда в океане встречаются диатомовые (7%), радиоляриевые (до 5%) и птероподовые (менее 0,5%) илы.

Х е м о г е н н ы е отложения образовались химиче­ ским путем из взвесей и растворенных в морской воде веществ. Доля этих отложений в океанах незначи­ тельна.

Среди других глубоководных отложений необходимо выделить так называемую красную глину — пластичный вязкий грунт шоколадного цвета, образовавшийся в ре­ зультате разложения морской водой продуктов вулка­ нических извержений. Красная глина особенно большую площадь занимает в Тихом океане (около 50% пло­ щади ложа), но мощность слоя не превышает 1 м, так как осадкообразование происходит очень медленно.

Всего глубоководные отложения занимают около 75% площади дна Мирового океана. Скорость отложе­ ний колеблется в довольно широких пределах: у берегов она достигает нескольких сантиметров, в морях — сотых, в океанах — тысячных долей сантиметра в год.

Детально состав, строение, историю образования осадочных пород, структуру земной коры, наличие по­ лезных ископаемых на дне океанов и морей изучает при­ мыкающая к океанографии наука — геология моря. Су­

23

ществуют различные классификации грунтов морского дна (по происхождению, по вещественному или механи­ ческому составу и т. д.), позволяющие всесторонне опи­ сать тот или иной грунт.

Однако мореплавателя не столько интересует проис­ хождение грунта или его вещественный состав, сколько такие качества, как консистенция, пластичность, вяз­ кость, размеры слагающих грунт частиц, цвет, т. е, те качества, которые должны учитываться при обеспечении безопасности мореплавания и эффективного использова­ ния оружия и технических средств ВМФ.

Навигационная классификация грунтов. В основу на­ вигационной классификации грунтов положен их меха­ нический состав, т. е. величина слагающих грунт зерен с учетом возраста и происхождения грунта. При этой классификации грунтов выделяют две основные группы грунтов:

850 кг), чаще состоящие из окислов железа и марганца, но иногда содержащие до 30 других элементов. Конкре­ ции местами устилают дно в таком количестве, что при­ обретают промышленное значение. Происхождение кон­ креций в океанах еще не установлено, одна из гипотез предполагает жизнедеятельность особых форм бакте­ рий, способных концентрировать химические элементы, растворенные в морской воде.

Древние горные породы представляют собой масси­ вы осадочного (глина, песчаник, известняк и т. д.) или кристаллического (гранит, диабаз) происхождения. Все

—грубообломочные;

—сыпучие (зернистые);

—связные.

В классе грубообломочных отложений выделяют сле­ дующие типы грунтов:

24

—песок от 0,25 до 0,5 мм;

—мелкий песок от 0,1 до 0,25 мм;

—пылеватый песок от 0,01 до 0,1 мм.

Связные отложения характеризуются наличием в них очень мелких зерен (менее 0,01 мм). Исходя из про­ центного содержания частиц менее 0,01 мм в этом клас­ се, выделяют:

—илистый песок (5—10%);

—песчанистый ил (10—30%);

—ил (30—50%);

—глинистый ил (>50% ).

Современные отложения органического происхожде­ ния (в зависимости от степени обработанное™ поверх­

лы, мшанки (известковые кусты, образованные мелки­ ми животными), литотамний (известковые образования на поверхности водорослей).

Согласно навигационной классификации характер слагающих морское дно грунтов показывают на мор­ ских навигационных картах с помощью специальных буквенных сокращений. Буквенные сокращения наносят на карты в местах определения грунта, причем название грунта располагается таким образом, чтобы середина надписи пришлась в точку с координатами, в которых взята проба грунта. При написании грунта на карте первым дается цвет грунта, затем его состав и свойство (строчными буквами) и далее название грунта (с про­ писной буквы). При обозначении сложного грунта со­ кращенные обозначения составляющих грунтов пишут­ ся в строчку. Слоистые грунты обозначаются в виде дроби; если при этом известна толщина слоя, то она

25

указывается в сантиметрах [63]. Так, например, надпись на карте злв-ср пж И 30/С/с означает, что в данной точке под слоем зеленовато-серого полужидкого ила толщиной 30 см расположена скала.

Такая система информации мореплавателей о грун­ тах довольно удобна, так как вместе с глубинами, изо­ батами и другими навигационно-гидрографическими све­ дениями комплексно характеризует район плавания. Однако этой системе свойственны определенные недо­ статки. Она:

—не дает представления о площади распростране­ ния грунта;

—не всегда позволяет выявить закономерности в

На некоторых морских навигационных картах, в рай­ онах, где достаточно данных о грунтах, показывают площади распространения грунтов путем оконтуривания участков с однородными грунтами сплошной зеленой линией и указанием названия грунта внутри контура.

Перечисленные недостатки системы информации о грунтах на навигационных картах устранены на специ­ альных грунтовых картах, где сведения о грунтах и пло­ щадях их распространения даются с помощью особых условных знаков.

При выборе якорных стоянок, при постановке пла­ вучего ограждения (вех, буев), минных, боновых и се­ тевых заграждений необходимо учитывать влияние грунтов на держащую силу якорей. Так, ил, глинистый

Наиболее надежными грунтами для покладки подвод­ ных лодок являются песок и илистый песок. Эти грунты малосжимаемы и обладают значительной прочностью (до­ пустимая нагрузка до 2 кгс/см2). Песчанистый ил, ил и глинистый ил имеют высокую сжимаемость и низкую прочность. Эти грунты способны терять прочность в 1,5—3 раза при нарушении их структуры и восстанав­ ливать ее после устранения факторов, вызвавших нару­ шение (удар, взрыв и т. п.). При покладке на грунт в районах с илом и особенно с глинистым илом подвод­ ным лодкам рекомендуется через несколько часов под-

26

всплывать во избежание присасывания. Покладка на камни, скалу не допускается.

Величина оседания тяжелых предметов в мягкий грунт может достигать 5— 10 м, и это необходимо учи­ тывать при строительстве портовых гидротехнических сооружений.

Физические свойства грунта определяют и его аку­ стические свойства. При оценке возможностей дально­ сти эхо- и шумопеленгования в мелководных районах с песком и илистым песком, плитой и скалистым грун­ том следует ожидать увеличения дальности за счет от­ ражения 60—90% звуковой энергии от дна. В районах же с илом, песчанистым и глинистым илом до 80—90% звуковой энергии поглощается грунтом, и поэтому даль­ ность обнаружения подводных целей значительно умень­ шается. В глубоководных районах влияние грунтов дна на работу гидроакустических средств несущественно.

Цвет грунта в мелководных районах может явиться фоном, маскирующим (или демаскирующим) подводные объекты (подводные лодки, мины) от визуального и те­ левизионного наблюдения с кораблей и самолетов. Сле­ дует также иметь в виду, что после штормов в районах с мягкими грунтами прозрачность воды резко ухуд­ шается.

§ 4. МОРСКИЕ БЕРЕГА

Более или менее широкую полосу суши, примыкаю­ щую к морю, принято называть побережьем. Часть по­ бережья, непосредственно прилегающая к морю, где от­ мечаются следы постоянного взаимодействия моря и суши, называется берегом.

Граница между берегом и поверхностью моря (оке­ ана) носит название уреза воды. Положение этой гра­ ницы не остается постоянным, так как не остается по­ стоянным уровень моря. Иногда море наступает на сушу, затопляя порой значительные площади, а иногда море отступает, и тогда оголяются участки морского дна.

Так как при малых уклонах земной поверхности по­ ложение уреза воды в плановом положении может су­ щественно меняться, то на морских картах за границу между водой и сушей условно принимается береговая

27

{

линия (черта) — урез воды при определенном положе­ нии уровня моря: на морях с выраженными прилива­ ми — след полной воды в сизигию, на морях без прили­ вов— урез воды при среднем уровне моря.

Подводное продолжение суши часто называют под­ водным береговым склоном.

Полоса моря, непосредственно прилегающая к суше, является прибрежьем. Каких-либо четких морфологи­ ческих признаков прибрежья не существует, и ширина прибрежной полосы определяется в зависимости от на­ вигационно-гидрографических и других особенностей. На морях с приливами часть прибрежной полосы между береговой линией и урезом воды в малую воду назы­ вается осушкой, а урез воды при наинизшем, теорети­ чески возможном по астрономическим причинам уровне моря принимается за нулевую изобату.

При описании морских берегов прибрежье и берег обычно объединяют одним общим термином — берего­ вая зона. Особый интерес береговая зона вызывает в связи с тем, что в ее пределах происходит взаимодей­ ствие всех четырех земных оболочек: атмосферы, гидро­ сферы, литосферы и биосферы. Поэтому морские берега характеризуются не только большим разнообразием ти­ пов, но и непрерывным процессом развития.

Основными факторами, влияющими на формирова­ ние берегов, являются:

—волноприбойная деятельность моря;

—выносы рек;

—атмосферные процессы и явления (ветер, осадки

идр.);

—приливы, приливные и сгонно-нагонные течения;

— подвижки льдов;

—действия биогенных факторов (коралловых мол­ люсков, водорослей и т. д.);

—вековые вертикальные движения суши;

—трансгрессия (наступление моря на сушу) и ре­ грессия (отступление) моря исторического или совре­ менного (Каспийское море) характера.

Из перечисленных факторов главное значение для процесса формирования береговой зоны имеет волнопри­ бойная деятельность моря. В зависимости от уклона дна

вприбрежной полосе моря волнение воздействует на берег по-разному. У приглубых берегов волны почти

28

полностью сохраняют свою энергию и с огромной силой, достигающей нескольких десятков тонн на квадратный метр, обрушиваются на берег, вызывая его разрушение (абразию). Со временем море расширяет волноприбой­ ную площадку, образуя на берегу абразионную террасу, переходящую в крутой уступ (клиф).

Продукты разрушения берега размельчаются и сно­ сятся ближе к морю, образуя аккумулятивную часть террасы. По мере обмеления прибрежной зоны энергия волн, достигающих берега, ослабевает—- постепенно пре­ кращается процесс абразии. Длительность абразионного развития берега определяется прочностью слагающих пород, силой волнения и геоморфологическими особен­ ностями береговой зоны.

У отмелых берегов энергия волн гасится трением о дно и оказывается недостаточной, чтобы смыть и унести

вморе обломочный материал. На границе суши и моря

вприбойной зоне возникает пляж — часть берега, пе­ риодически заливаемая волнами и состоящая из скопле­ ний наносов (валунов, гальки, гравия, песка, ракушки).

Крутизна, ширина пляжа и размеры слагающих его ча­ стиц определяются геоморфологическими особенностями береговой зоны. Так как энергия прибойного потока, на­ бегающего на берег, значительно больше энергии пото­ ка, направленного в море, то обломочные частицы ока­ тываются и сортируются по размеру и удельному весу: наиболее крупные обломки (глыбы, валуны) сосредото­ чиваются у уреза Воды, более мелкие частицы (галька, гравий, песок) накапливаются по обе стороны от уреза воды на поверхности пляжа и в прибрежной зоне. По­ скольку волны набегают на берег не строго по нормали, то перемещение частиц происходит не только в попереч­ ном, но и в продольном направлении — возникает про­ дольный поток наносов, создающий в зависимости от местных условий разнообразные аккумулятивные формы.

Проблема защиты берегов от размыва, а морских каналов и портов от заносимости непосредственно свя­ зана с характером берегообразующих процессов. При­ брежные участки морского дна, важные для морепла­ вания, где отмечаются существенные изменения рельефа вследствие перемещения наносов или заносимости, под­ лежат для поддержания морских навигационных карт

29