Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

1.4: Картування морського дна

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    36677

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Попередні розділи включали деяку інформацію про глибини океанів в різних місцях. Отже, як ми можемо скласти карту дна океану, щоб з'ясувати ці величезні глибини?

    Щоб скласти карту дна океану, нам потрібно знати глибину в ряді місць. Процес вимірювання глибин відомий як батиметрія. Ці вимірювання спочатку проводилися через зондування, де вручну випускали зважену лінію (свинцеву лінію), поки вона не торкнулася дна, а глибину можна було записати з довжини лінії (рис.\(\PageIndex{1}\)). Ця техніка призвела до сажнів як одиниці глибини; коли моряки тягнули в звуковій лінії, вони розтягували її, щоб покрити розмах руки. Середній розмах рук моряка становив близько шести футів, тому одна сажа дорівнює шести футам, і моряки могли просто порахувати кількість «прольотів рук», коли вони потягнули в лінію.

    Малюнок\(\PageIndex{1}\) Ведучий огляд лінії з корпусу катамарана на Алясці, 1942 р. (http://celebrating200years.noaa.gov/...hy/image7.html).

    Ця техніка мала ряд недоліків, і зазвичай обмежувалася більш дрібною водою. Це було дуже трудомістким, і лише дані про глибину для однієї точки, тому для відображення місцевості було потрібно багато індивідуальних зондів. Це також може бути схильним до помилок; у глибокій воді може бути важко визначити, коли вага потрапила на дно, оскільки вага самої лінії може призвести до того, що лінія продовжує опускатися, а струми можуть відхилити лінію від вертикалі, тим самим завищуючи глибину. У більш пізні роки для більш глибокої води використовувалися лебідки і важкі сталеві троси, але це не вирішило всіх проблем, властивих методу зондування, а також додало обмеження надмірної ваги обладнання.

    У 19 столітті в цю нехитру конструкцію був внесений ряд модифікацій. У 1802 році британський годинникарь Едвард Мессі винайшов механічний пристрій, який був прикріплений до звукової лінії; коли пристрій затонув, ротор повернув циферблат, який замикався на місці, коли лінія потрапила внизу (рис.\(\PageIndex{2}\)). Потім лінію можна намотати і глибину зчитувати з циферблата. У 1853 році американський моряк Джон Мерсер Брук розробив гарматне ядро, прикріплене до котушки шпагату. гарматне ядро було скинуто через бік і дозволило вільно падати на дно; шляхом визначення швидкості падіння (швидкості, з якою шпагат розмотувався) і зазначивши, коли швидкість змінювалася при попаданні гарматного ядра на дно, можна було б розрахувати глибину води. Коли він потрапив на дно, гарматне ядро було звільнено, і лінію можна було перетягнути назад, приносячи з собою зразок бруду в залізному прутку, який утримував гарматне ядро, тим самим підтверджуючи, що дно було досягнуто.

    \(\PageIndex{2}\)Малюнок звукової машини Мессі (Громадське надбання, через Вікісховище).

    Після катастрофи «Титаніка» в 1912 році були намагання розробити кращі методи виявлення айсбергів з корабля. Це призвело до розвитку технології гідролокатора (Sound Navigation And Ranging), яка незабаром була застосована для картографування батиметрії. Ехолот, який називається ехолотом, посилає імпульс звуку, потім слухає зворотне відлуння. Для розрахунку глибини використовується хронометраж зворотного відлуння. Ми знаємо, що швидкість звуку у воді становить приблизно 1500 м/с (див. Розділ 6.4). Оскільки повернулося відлуння пройшло на дно і назад, глибина води відповідає половині часу, необхідного для повернення відлуння, помноженому на швидкість звуку у воді (рис.\(\PageIndex{3}\)):

    глибина = 1/2* (двосторонній час в дорозі) * (швидкість звуку у воді)

    Рисунок\(\PageIndex{3}\) Вимірювання глибини за допомогою ехолота (суспільне надбання через Вікісховище).

    Ехолоти дозволили швидку, безперервну запис батиметрії під рухомим судном. Однак вони лише дають глибину безпосередньо під стежкою корабля. Сьогодні карти морського дна з високою роздільною здатністю робляться за допомогою багатопроменевого або бічного сканування гідролокатора, або з корабля, або з буксируваного передавача (рис.\(\PageIndex{4}\)). Багатопроменевий гідролокатор виробляє акустичне поле у формі вентилятора, що дозволяє одночасно відображати набагато ширшу площу (> 10 км в ширину).

    Малюнок\(\PageIndex{4}\) Багатопроменевий гідролокатор (NOAA).

    Масштабне картографування дна океану також здійснюється супутниками (спочатку SEASAT, потім GEOSAT, тепер супутники Jason), які використовують радіохвилі для вимірювання висоти морської поверхні (радіолокаційна альтиметрія). Поверхня моря не рівна; гравітація змушує її бути трохи вище над високими ознаками на дні океану, і трохи нижче над траншеями та іншими западинами. Супутники посилають радіохвилі, і подібні до ехолота, можуть використовувати зворотні хвилі для виявлення відмінностей у висоті морської поверхні до 3-6 см (рис.\(\PageIndex{5}\)). Ці відмінності висот морської поверхні дозволяють визначити рельєф під поверхнею. На відміну від старої технології свинцевої лінії, де сотні зондів були необхідні для відображення невеликої площі, кожна з яких займає годину або більше, щоб завершити, нинішні супутники можуть картографувати понад 90% поверхні моря Землі, що вільна від льоду кожні 10 днів!

    Малюнок\(\PageIndex{5}\) Радіолокаційна альтиметрія (зліва) і карта морського дна, вироблена супутниками радіолокаційної альтиметрії (праворуч) (NOAA).

    Додаткові посилання для отримання додаткової інформації: