Гидрофизика Байкала // Галазий Г. И. «Байкал в вопросах и ответах» (1989)

Вы здесь

Версия для печатиSend by emailСохранить в PDF

Оглавление

Статья воспроизводит главу из книги академика Галазия Г. И. "Байкал в вопросах и ответах" (1989). Сквозная нумерация вопросов по книге сохранена.

347. Чем вызывается изменение цвета воды в Байкале?

Цвет воды в Байкале, как и в море, зависит от при­сутствия взвешенных в нем частиц, от глубины, состоя­ния неба и характера облачного покрова, высоты стояния солнца и т. д. В открытом Байкале вода обычно синего цвета. Вблизи берегов или в придельтовых участках крупных рек — голубовато-серая либо зеленоватая из-за при­сутствия в ней частиц желтого цвета или буровато-коричневая за счет цвета речных вод, приносящих коричневые взвешенные илистые частицы или растворенные гуминовые вещества, как, например, в придельтовой части В. Ангары. Зеленоватый цвет воде придают зеленые и диатомовые водоросли, бурый цвет — массовое развитие водорослей бурого цвета в период их цветения, которое бывает обычно весной (часто под ледовым покровом). Цвет воды меняется также тогда, когда солнце скры­вается за облаками или вновь появляется в просветах.

348.  Что такое шкала Фореля?

Шкала Фореля — это эталон оттенков желтого, зеле­ного и голубого цветов. Она служит для визуального оп­ределения цвета озерной и морской воды. Цвет воды оп­ределяется сравнением с цветом эталонных растворов, запаянных в стеклянных ампулах, на белом фоне диска Секки. Эталонные растворы получают при смешивании в различных пропорциях двух солей: сульфат-аммония меди (медный купорос с нашатырным спиртом) и ней­трального хромовокислого калия. В шкале Фореля было 11 ампул с различными эталонами цвета, в шкале, упо­требляемой в СССР, 22 ампулы, и ее называют шкалой цветов воды.

349.  Как измеряется прозрачность воды?

В озерах для приблизительной оценки прозрачности пользуются диском Секки. Это белый металлический диск диаметром 30 см. Его опускают в воду до тех пор, пока он не скроется из виду. Эта глубина и считается прозрач­ностью. Впервые прозрачность воды с помощью белой фарфоровой тарелки измерили моряки ВМС США в 1804 г. в Средиземном море. Опущенная тарелка была видна до глубины 44 м.

В последние годы для определения прозрачности при­меняется целый ряд электронных прозрачномеров, кото­рые позволяют определить прозрачность воды на любой глубине, а результаты записать на самопишущих при­борах.

350. Почему в Байкале вода такая прозрачная?

Байкальская вода содержит мало растворенных и взвешенных веществ, поэтому прозрачность превосходит все озерные водоемы мира и приближается к прозрач­ности вод океанов.

351. Где в Байкале самая прозрачная вода?

В районе наибольших глубин в южной и средней кот­ловинах. Причем самая большая прозрачность, или самый малый коэффициент ослабления светового потока, не в поверхностных слоях воды, а на глубинах от 250—300 м и до 1000—1200 м.

Эталоном самой высокой прозрачности считалась во­да Саргассова моря, находящегося в центре Северной Ат­лантики, приближающаяся к прозрачности дистиллиро­ванной воды. Здесь диск Секки исчезает из виду на рекордной глубине — 65 м. В Байкале по диску Секки прозрачность считалась до 40 м. Однако исследования с помощью электронных прозрачномеров показали, что на глубинах 250—1200 м прозрачность байкальской воды не меньше, чем в Саргассовом море.

352. Почему граница между мутными паводковыми речными водами и озерной водой резко очерчена?

В момент, когда температура речных вод выше +4°С, а воды в Байкале меньше +4°С, зона контакта этих вод не превышает одного-двух метров даже при шторме. Реч­ная вода, охлаждающаяся в зоне контакта до темпера­туры максимальной плотности, опускается вертикально вниз, образуя резкую границу раздела. При боковом ос­вещении стена мутных паводковых вод видна со стороны прозрачной воды озера до глубины 10-15 м и более.

353. До какой глубины 1 проникает свет в воду Байкала?

До сих пор было принято считать, что до 100 м. По­следние исследования из космоса со спутников показы­вают, что на фотоснимках виден рельеф байкальского дна и на значительно большей глубине — до 500 м. В та­ком случае следует предполагать, что свет может прони­кать до 1000 м, то есть до глубины на порядок большей, чем считалось до сих пор. Так ли это — требуются до­полнительные исследования.

Акванавты утверждают, что на глубинах до 800 м привыкший к темноте человеческий глаз может опреде­лить проникновение дневного света. Его полное исчез­новение, регистрируемое чувствительной фотопластинкой, происходит па глубинах, превышающих 1500 м.

354. Что такое глубинный рассеивающий слой?

Это слой воды, в котором содержится большое коли­чество живых организмов. В морях в дневное время глу­бинный рассеивающий слои фиксируют на глубине от 200 до 500 м и более, ночью он поднимается к поверхности. В Байкале также происходит скопление организмов в дневное время на глубинах до 150—200 м, а ночью они поднимаются к поверхности (суточные вертикальные ми­грации). При поисках косяков рыбы с помощью эхолота с фишлупой ясно вырисовывались рассеивающие слои на глубинах 50—150 м. Вероятно, это скопление планктонных рачков и, возможно, косяков промысловых пелаги­ческих рыб — омуля и бычка-желтокрылки, а возможно, и молоди голомянок.

355. Почему подводные объекты кажутся аквалангистам .более крупными, чем они есть на самом деле?

Аквалангистам, пользующимся маской с плоским стек­лом, подводные объекты кажутся увеличенными пример­но на 30%. Это вызвано различием коэффициентов пре­ломления света в воде и в воздухе, заключенном в мас­ке. Аквалангист к этому привыкает и бессознательно вво­дит соответствующую поправку. Однако при подводной фотографии возникают серьезные трудности. Для того, чтобы устранить искажение объекта, стекла в подводных фотобоксах делают изогнутыми. Специальным под­бором кривизны стекла можно добиться того, что иска­жения будут минимальными.

356. Какое влияние на Байкал оказывает солнечная радиация?

Она формирует погоду и климат котловины, обеспечи­вает фотосинтез и регулирует его скорость у водных рас­тительных организмов, которые являются прямым или косвенным источником пищи для всех водных животных. Солнечная радиация оказывает влияние на размноже­ние, поведение и миграции водных животных, дает им возможность видеть под водой и т. д.

357. Какая часть солнечной радиации проникает в воду Байкала?

Более 60% солнечной энергии поглощается в верх­нем метровом слое воды, а более 80% — в верхних 10 м. На глубине 50 м интенсивность света составляет лишь 5% освещенности на поверхности. В прибрежных и мутных водах поглощение значительно сильнее. Глубже всего проникает излучение как раз тех длин волн, кото­рые нужны растениям для фотосинтеза.

358. Какие факторы определяют глубину проникновения в водную толщу солнечного света?

Важнейшим фактором является мутность, то есть ко­личество взвешенных в воде твердых частиц неоргани­ческого и органического происхождения, включая осадоч­ный материал, фито- и зоопланктон и микроорганизмы. Большое значение имеет и высота солнца над горизон­том: глубже всего свет проникает в полдень.

Очень заметно влияют загрязнения, особенно нефте­продуктами. Нефтяная пленка на поверхности воды в десятки и сотни раз ослабляет интенсивность проника­ющего в водную толщу света.

359. Как изменяется спектральный состав проникающего в воду света?

Спектральный состав проникающего света зависит от чистоты и прозрачности воды. В поверхностных слоях задерживается длинноволновая радиация, глубже всего проникает коротковолновая радиация, поэтому в подвод­ном пространстве, в первую очередь, исчезают тепловые инфракрасные, красные, оранжевые лучи. Наиболее глу­боко проникают синие, фиолетовые и ультрафиолетовые излучения. При наличии взвешенных частиц происходит рассеивание света и снижается глубина его проникно­вения в толщу воды. Но даже тонкая корочка льда тол­щиной 1—2 мм на воде практически полностью задержи­вает все тепловые лучи. Это играет очень большую роль для нагревания воды подо льдом — возникает так назы­ваемый парниковый эффект. Вода под ледяным покровом в Байкале прогревается до + 1°С и выше за счет задерж­ки излучения из воды длинноволновой радиации, способ­ствуя ускорению разрушения льда снизу.

В Байкале глубина проникновения света определяет­ся интенсивностью развития зоо- и фитопланктона и ко­личеством взвешенных частиц. В приустьевых участках крупных рек глубина проникновения света снижается из-за большого количества взвешенных частиц, выноси­мых реками.

360. Что такое эвфотическая зона?

Верхний слой воды в водоеме, куда проникает доста­точное количество света, необходимого для фотосинтеза и размножения водорослей. В ее пределах фотосинтез ограничен наличием питательных веществ. При благо­приятных условиях биомасса фитопланктона может уве­личиться за сутки в 2-3 раза.

361. Какова плотность байкальской воды?

Ее минерализация ничтожна и плотность близка к плотности дистиллированной воды, равна 1, так как и среднегодовая температура воды в озере около +4,0°С, то есть близка к температуре максимальной плотности пресной воды. Плотность воды на дне Байкала в районе, максимальных глубин на 0,64% больше, чем на поверх­ности озера.

362. Как измеряется плотность воды?                                                                           

Плотность воды в Байкале обычно измеряется арео­метром. В открытом океане, где требуется высокая точ­ность, плотность не измеряется, а рассчитывается по тем­пературе, солености и давлению  (глубине).

363. Зачем лимнологам нужны исследования плотности воды?

Знание вертикального распределения плотности воды в озере, как и в морских водоемах, позволяет рассчиты­вать направление и скорость течений. Оно также необ­ходимо для определения устойчивости водной массы; Ес­ли более плотная вода лежит выше менее плотной,  то совершенно естественно происходит перемешивание вод­ных масс. Это особенно важно знать в меромиктических озерах с разной концентрацией солей, биогенных эле­ментов и органических веществ, чтобы прогнозировать их состояние и использование ресурсов.

364. Сжимаема ли озерная вода?

Пресная вода, как и морская, практически несжи­маема (коэффициент сжимаемости составляет всего 0,000046 на 1 бар при нормальных условиях). Под дей­ствием давления молекулы воды несколько сближаются друг с другом, вследствие чего плотность ее немного уве­личивается. Если бы вода была абсолютно несжимаемой, то уровень воды в Байкале оказался бы на 4,5 м выше.

365. С какой скоростью распространяется звук в воде?

Скорость звука в воде зависит от температуры, со­лености и давления. При температуре 25°С, например, скорость равна 1498 м/с. В морской воде звук распростра­няется в 4,5 раза быстрее, чем в воздухе. С повышением любого из упомянутых факторов (температуры, соленос­ти, давления) скорость звука в воде возрастает. При действии всех причин в среднем скорость распростране­ния звука в пресной воде около 1450 м/с, а в морской — около 1500 м/с.

366. На какое расстояние может распространяться звук в воде?

Сведений об исследованиях подобного рода в пресной воде нет. В океанах звуковые колебания, возникшие при подводном взрыве, произведенном исследовательским суд­ном Колумбийского университета «Вема» в 1960 г., были зарегистрированы на расстоянии 12 тыс. миль. В подвод­ном звуковом канале у побережья Австралии была взор­вана глубинная бомба и примерно через 144 мин. звуко­вые колебания достигли Бермудских островов, то есть почти противоположной точки Земного шара.

367. Что такое звуковой канал?

На некоторой глубине под поверхностью воды нахо­дится слой, в котором звук распространяется с наимень­шей потерей энергии. Выше этой глубины скорость звука увеличивается из-за повышения температуры, а ниже увеличивается из-за увеличения с глубиной гидростати­ческого давления. Этот слой представляет собой своеоб­разный подводный звуковой канал. Звуковая волна, или луч, отклонившийся от оси канала вверх или вниз вслед­ствие рефракции, стремится вернуться обратно в канал. Возбуждаемые в канале волны, таким образом, не могут из него выйти. Попав в такой канал, звук может пройти тысячи миль. Звуковой канал используется для сверх­дальней подводной связи. Есть предположение биологов, что крупные водные млекопитающие (киты) использу­ют этот канал для связи со своими сородичами, находя­щимися на далеком расстоянии друг от друга. Не иск­лючено, что байкальская нерпа, а может быть, и рыбы в озере поддерживают связь, используя такой канал.

368. Что такое рефракция и отражение звуковых волн?

Рефракция — это искривление направления звука в воде из-за изменения его скорости. Вследствие различий в плотности морской воды звуковые волны не распрост­раняются прямолинейно. Кроме того, звуковая энергия рассеивается на взвесях и водных организмах, отражает­ся от поверхности и дна и ослабляется при прохожде­нии сквозь толщу воды.

На Байкале, как и вообще в пресных водоемах, гид­роакустика пока разрабатывается недостаточно.

369. На сколько увеличивается давление с глубиной?

Через каждые 10 м давление увеличивается па 1 атм (примерно на 1 кг/см2). На глубине 1000 м давление со­ставляет около 100 атм. Этого, как считают некоторые авторы, достаточно, чтобы сжать кусок дерева до поло­вины его начального объема, так что он начнет тонуть. Однако это распространяется не на все породы древеси­ны. Опыт, проведенный на Байкале с сухой сосновой древесиной, показал, что после извлечения с глубины 1500 м, где древесина подвергалась давлению более чем 150 атм. и выдерживалась в течение получаса, она сохра­нила плавучесть, но уменьшилась в объеме на 25—30%. На дне Байкала, в районе наибольших глубин (1637 м), давление 164,7 атм.

Другие главы из книги Г.И. Галазия "Байкал в вопросах и ответах"

  1. Байкал: любопытные факты
  2. Вода Байкала: все, что нужно знать
  3. Байкал: волны, течения, водообмен
  4. Рельеф дна и глубина Байкала
  5. Байкал. Геология
  6. Климат Байкала
  7. Геоморфология Байкала
  8. Гидробиология Байкала
  9. Жизнь на дне Байкала
  10. Промысловые организмы Байкала
  11. Железная дорога на Байкале
  12. Байкал. Растительный мир
  13. Навигация и судоходство на Байкале
  14. Байкал: промысел и разведение рыб
  15. Байкал: человек под водой
  16. Байкал: памятники природы и истории науки
  17. Температурный режим на Байкале
  18. Легенды и гипотезы Байкала
  19. Уровень Байкала
  20. Крупнейшие озера мира
  21. Ледовый режим Байкала
  22. Гидрохимия Байкала
  23. Научные методы исследования Байкала
  24. Байкал: волны, течения, водообмен
  25. Байкал: жизнь в толще вод
  26. Байкал: памятники природы и истории науки
  27. Человек на Байкале
  28. Чем человек вреден для Байкала
  29. Ангара

Выходные данные материала:

Жанр материала: Отрывок из книги | Автор(ы): Галазий Григорий Иванович | Источник(и): Байкал в вопросах и ответах. - Иркутск, 1989 | Дата публикации оригинала (хрестоматии): 1989 | Дата последней редакции в Иркипедии: 19 мая 2016

Материал размещен в рубриках:

Тематический указатель: Статьи | Байкал в вопросах и ответах | Байкал | Библиотека по теме "Байкал"