Nurkowanie na dno oceanu. Jak bada się ocean Człowiek opanowuje głębiny

Zanurzenie człowieka w oceanie miało początkowo cele czysto praktyczne: naprawę podwodnych części statków, obiektów portowych itp. Dopiero wiele lat później człowiek zaczął nurkować w głębiny oceanu w celach naukowych. Jednak realizacja tego wieloletniego ludzkiego marzenia wiązała się z niezwykle dużymi trudnościami. Przede wszystkim trzeba było odizolować osobę od ogromnego ciśnienia wody. Ciśnienie słupa wody o wysokości 10 m wynosi 1 atm. Kiedy jednak człowiek zanurzy się na taką głębokość, ciśnienie słupa powietrza znajdującego się nad nim dodaje się do ciśnienia wody, które również wynosi 1 atm. Zatem będąc na głębokości 10 m, osoba doświadcza już ciśnienia 2 atm.

Prymitywny skafander kosmiczny (grawerowanie).

Pierwszy podwodny pojazd do zanurzenia człowieka, tzw. dzwon nurkowy, został zbudowany w 1538 roku w hiszpańskim mieście Toledo i przetestowany na rzece Tag. W 1660 roku niemiecki fizyk I. H. Sturm, a w 1717 angielski astronom i geofizyk E. Halley zbudowali bardziej zaawansowane dzwony nurkowe. Dzwon Halleya, mimo że był wykonany z drewna, zanurzany był na głębokość 20 m i posiadał specjalny otwór do wydychania powietrza. W 1719 roku chłop ze wsi Pokrovskoe pod Moskwą Efim Nikonow zaproponował pierwszy autonomiczny sprzęt do nurkowania i stworzył projekt pierwszej łodzi podwodnej, którą nazwał tajnym statkiem. Zgodnie z instrukcjami Piotra I taki statek został zbudowany, ale podczas testów uległ uszkodzeniu. Po śmierci Piotra I rząd odmówił Nikonowowi środków niezbędnych do naprawy statku, a wynalazek został zapomniany.

Hydrostat „Sever-1”.

Później pojawiło się wiele nowych konstrukcji sprzętu do nurkowania, ale dopiero w ostatniej ćwierci XIX wieku. udało się stworzyć takie urządzenia techniczne, które umożliwiły człowiekowi swobodną pracę pod wodą. W 1882 roku otwarto pierwszą w Rosji szkołę nurkowania, która odegrała dużą rolę w rozwoju nurkowania. W 1930 roku nasi nurkowie schodzili na głębokości 100-110 m w specjalnych skafandrach kosmicznych. Obecnie skafandry nurkowe umożliwiają nurkowanie na głębokość ponad 200 m. Te ciężkie skafandry nurkowe przeznaczone są do prac ratowniczych, naprawczych i innych.

Odkrywcy mórz i oceanów potrzebowali lekkich urządzeń do nurkowania, które zapewniłyby ludziom większą mobilność pod wodą. Tego typu urządzenia – butle nurkowe – powstały w latach 40. XX wieku. Inżynierowie francuscy. Rekordowa głębokość nurkowania człowieka wynosi około 100 m.

Jednak ani ciężkie, ani nawet lżejsze kombinezony do nurkowania nie zapewniają możliwości nurkowania na duże głębokości.

Batyskaf „Triest”.

Naukowcy i inżynierowie z wielu krajów opracowali pojazdy podwodne - hydrostaty i batysfery, które zostały opuszczone ze statku na stalowych linach.

W ZSRR hydrostat zbudowano w 1923 roku i przez wiele lat prowadzono nad nim prace na Morzu Czarnym i Zatoce Fińskiej. W kolejnych latach budowano w naszym kraju ulepszone hydrostaty GKS-6, Sever-1 itp. Za ich pomocą możliwe było nurkowanie na głębokość 600 m. Hydrostaty budowano także w USA, Włoszech i innych krajach .

W latach 40. pojawiły się nowe pojazdy podwodne – batyskafy, które mogły samodzielnie nurkować i wynurzać się z dużych głębokości. Pierwszy batyskaf został stworzony w 1948 roku przez Szwajcara O. Picarda i nazwany FNRS-2. Pierwsze nurkowanie na nim odbyło się w Oceanie Atlantyckim na głębokość zaledwie 25 m. Drugie zejście odbyło się bez ludzi na głębokość 1400 m.

W sierpniu 1953 r. J. Guo i P. Wilm zanurkowali na batyskafie FNRS-3 na głębokość 2100 m. Rekord ten utrzymał się zaledwie półtora miesiąca. Pod koniec września 1953 r. O. Picard i jego syn J. Picard na batyskafie „Trieste” u wybrzeży Afryki Zachodniej osiągnęli głębokość 3150 m. Jednak w lutym 1954 r. J. Guo i P. Wilm w tym samym Powierzchnia oceanu zanurzyła się na głębokość 4050 m i ustanowiła nowy rekord.

W 1957 roku Stany Zjednoczone zakupiły i wyremontowały Triest, a w 1959 rozpoczęła się nowa seria rekordowych nurkowań. 15 listopada 1959 na Marianach na Pacyfiku Triest osiągnął głębokość 5530 m, a 8 stycznia 1960 - 7025 m. W obu tych nurkowaniach brał udział Jacques Picard, w pierwszym przypadku z Andreasem Rechnitzerem i w drugim z Donem Walshamem. 23 stycznia 1960 r. było największym wydarzeniem w historii penetracji człowieka w głębiny oceanu. Jacques Piccard i Don Walsh zanurkowali na batyskafie Trieste do rowu Mariana na Oceanie Spokojnym i dotarli do dna na głębokości 10 912 m (maksymalna głębokość Oceanu Światowego w tym rowie wynosi 11 022 m). Triest pozostawał na dnie rowu Mariana przez 30 minut. Naukowcy na własne oczy przekonali się, że pomimo ogromnego ciśnienia (1100 atm) najgłębsze warstwy wody oceanicznej zamieszkują organizmy żywe. Naukowcy zmierzyli temperaturę (+3,0°C) i radioaktywność wody na samym dnie zagłębienia.

W ZSRR, USA, Japonii i innych krajach naukowcy i inżynierowie pracowali także nad stworzeniem sterowanych pojazdów podwodnych do eksploracji średnich głębokości. Takimi urządzeniami stały się naukowe oceanograficzne łodzie podwodne i mezoskafy. Do tej pory łodzie podwodne stały się bardziej powszechne. Pierwsza z nich, „Severyanka”, została wyposażona w ZSRR i od 1958 roku prowadzi badania na Morzu Barentsa.

W USA w latach 60. zbudowano dwumiejscowe małe łódki „Kabmarin” i „Nautilette” do badań biologicznych i geologicznych na płytkich głębokościach. Pojemność łodzi podwodnej „Alvin” jest taka sama, jej głębokość nurkowania sięga 1850 m. Czteromiejscowa łódź „Aluminaut” osiąga 4500 m. W Japonii w 1960 r. Zbudowano czteromiejscową łódź badawczą „Kuro-Sio” , przeznaczony do nurkowania do 200 m, a w 1968 roku czteromiejscowy badawczy okręt podwodny Shinkai. Przeznaczony jest do obserwacji oceanograficznych, rybackich i geologicznych na głębokościach do 600 m.

Inny typ pojazdu podwodnego, dwumiejscowy „podwodny spodek” Denise, został zbudowany we Francji. Urządzenie to ma kompaktową, płaską konstrukcję o średnicy zaledwie 2,85 m i wysokości 1,4 m. Jest transportowane na statku i w razie potrzeby zanurzane w wodzie. „Denise” potrafi pływać na głębokości do 300 mi na dystansie 5,5 km.

Podbój głębin oceanicznych przez człowieka był niezwykle ważny, szczególnie dla badań organizmów żywych i geologii dna. Przy pomocy pojazdów podwodnych uzyskano nowe dane na temat właściwości optycznych i akustycznych wody w oceanach i morzach.

Główną operacją w oceanografii jest realizacja stacji hydrologicznej. Każdy statek oceanograficzny wyposażony jest w wciągarkę, która opuszcza instrumenty na maksymalną możliwą głębokość, a podczas stacji fizycy mierzą temperaturę wody i pobierają próbki na standardowych, uzgodnionych międzynarodowo głębokościach (horyzontach). Kiedy statek stoi i w miarę możliwości jest utrzymywany w bezruchu za pomocą śrub, szereg przyrządów opuszcza się za burtę tak, aby ostatni z nich znalazł się na maksymalnej głębokości, czyli na samym dnie. Po zakończeniu operacji opuszcza się kolejną serię i bada warstwę leżącą obok pierwszej, i tak dalej, aż dotrą do samej powierzchni.

Podczas stacji hydrologicznej wykorzystywane są dwa klasyczne instrumenty oceanograficzne – butelka wylewowa i termometr wylewowy. To najstarsze instrumenty: oceanografowie ze wszystkich krajów używają ich od około dziewięćdziesięciu lat.

Schematycznie przechylny batometr składa się z metalowej rurki zakończonej dwoma zewnętrznymi zaworami. Zostawiają to otwarte. Specjalny ciężar wysłany z powierzchni uderza w zawór, zatrzaskuje go i obraca butelkę na urządzeniu dźwigniowym. Batometr musi się obracać, gdyż po jego zewnętrznej stronie przymocowane są dwa wychylne termometry, rozmieszczone w taki sposób, aby mierzyć temperaturę na poziomie przewrócenia. Kolumna rtęciowa termometrów ma zwężenie w miejscu pęknięcia rtęci; Temperaturę określa się na podstawie objętości oddzielonej rtęci.

Zwykły termometr, umieszczony w tej samej szklanej skorupie, czyli rurce, pozwala skorygować błąd powstały w wyniku rejestracji odczytów na pokładzie statku, czyli w innej temperaturze niż w miejscu pomiaru. Grubościenna szklana rurka, w której zamknięte są oba termometry, chroni je przed działaniem ciśnienia występującego na głębokości.

Istnieje inny rodzaj termometru pochylonego, w którym rurka ochronna jest otwarta na jednym końcu. Termometr taki, wystawiony na działanie ciśnienia otaczającej wody, w wyniku ściskania szkła, rejestruje temperaturę odmienną od temperatury (pokazywanej przez termometr chroniony. Następnie znając współczynnik ściśnięcia szkła i objętość uwolnionej rtęci, porównując obie temperatury, otrzymujemy wartość ciśnienia, czyli głębokość, na której dokonano pomiaru. W takich przypadkach butelki uchylne wyposażane są w dwie tuleje do termometrów uchylnych: jedną dla termometru uchylnego, drugą dla niezabezpieczonych.Po wyniesieniu serii na pokład rejestruje się temperaturę, a wodę z butelek przelewa się do małych buteleczek i przechowuje do późniejszych analiz.

Ze wszystkich takich analiz jedna jest główna, a pozostałe mają charakter dodatkowy. Ponieważ woda morska zawiera średnio 35 gramów soli na litr, konieczna jest znajomość jej zasolenia, ponieważ tylko znając tę ​​wartość i temperaturę można dokładnie obliczyć gęstość WODY.Pojęcie gęstości jest podstawą oceanografii i leży u podstaw wszystkich hipotez dotyczących mas wody i wszelkich obliczeń dynamicznych ruchu tych mas wody.

Do niedawna zasolenie określano metodą analizy chemicznej, opracowaną na początku stulecia przez Duńczyka Knudsena. Metoda ta zapewniała dokładność do +0,01°% (ppm) – w zupełności wystarczającą do większości obliczeń dynamicznych. W ciągu ostatnich dziesięciu lat Brytyjczycy i Amerykanie stworzyli i wprowadzili do przemysłu przyrządy laboratoryjne, które działają na zasadzie indukcji elektromagnetycznej i określają zasolenie z taką samą dokładnością jak metoda Knudsena. Zaletą tych elektrycznych mierników zasolenia jest to, że po pierwsze można je stosować na pokładzie statku, a po drugie umożliwiają ciągłe pomiary. Bez wątpienia przyszłość należy do tej metody.

Dwa lata temu zaproponowano jeszcze bardziej praktyczne urządzenie - sondę opuszczaną z powierzchni na dno. Mierzy temperaturę, zawartość chloru i ciśnienie. Wszystkie ciągłe pomiary tych trzech parametrów są rejestrowane przez rejestrator znajdujący się na pokładzie, a następnie uzyskane wyniki wprowadzane są do komputera elektronicznego, który oblicza rozkład temperatury i zasolenia w zależności od głębokości. Wydawać by się mogło, że koniec zamieszania z rejestracją wskazań termometru, pobieraniem próbek wody i analizami. Wreszcie fizycy morscy mają urządzenie idealne!.. Sonda ma jednak dużą wadę – jest niewiarygodnie droga. Dlatego wielu oceanografów jest sceptycznych wobec tego nowego produktu. Ale oprócz wysokiej ceny ma jeszcze jedną wadę - wymaga kabla elektrycznego, który jest niewygodny w obsłudze i szybko się psuje.

Pomysł projektowy powinien podążać ścieżką stworzenia autonomicznej sondy swobodnie opadającej na dno, która podczas nurkowania będzie przesyłać na pokład informację w postaci kodu ultradźwiękowego. Po dotarciu na dno sonda musi zrzucić balast i wypłynąć na powierzchnię. W dobie technologii elektronicznej możliwość stworzenia takiej sondy jest całkiem realna.

Spośród wszystkich analiz wody morskiej jedynie oznaczanie zawartości chloru można przeprowadzić in situ (w sposób ciągły) za pomocą urządzenia elektronicznego. Jeśli chodzi o oznaczanie innych składników wody morskiej, oceanografowie nadal zdani są na łaskę przyrządów do pobierania próbek.

Do badań biologicznych i potwierdzenia niektórych teorii fizycznych dotyczących rozkładu mas wody w oceanie konieczna jest znajomość zawartości rozpuszczonego tlenu w wodzie morskiej. Odbywa się to przy użyciu starej metody Winklera. Ponieważ zawartość rozpuszczonego tlenu w próbce zmienia się szybko, pierwszy etap analizy należy przeprowadzić na statku, bezpośrednio po pobraniu próbki. Drugi etap przeprowadzany jest albo w laboratorium statku, jeśli takie istnieje, albo na lądzie. Obecnie do określania zawartości tlenu rozpuszczonego w wodzie morskiej wykorzystuje się urządzenia elektroniczne, jednak z jednej strony ich dokładność jest w dalszym ciągu całkowicie niewystarczająca, a z drugiej strony czujniki tych urządzeń nigdy nie były zanurzane na średnich ani dużych głębokościach. .

Biologów, oprócz rozpuszczonego tlenu, interesuje zawartość w wodzie morskiej soli odżywczych: fosforanów, azotanów, krzemionki, od których zależy życie w oceanie. W celu oznaczenia tych pierwiastków wykonuje się laboratoryjne analizy chemiczne lub stosuje się metodę fotometryczną.

Do niektórych badań specjalnych oceanografowie używają butelek z końcówką innego typu niż te opisane powyżej. Wykonane są z metalu lub tworzywa sztucznego (te ostatnie służą głównie do oznaczania zawartości rozpuszczonego tlenu), a ich pojemności są różne.

Do badania radioaktywności – zarówno naturalnej, jak i powstałej w wyniku opadu radioaktywnego – wykorzystuje się bardzo duże batometry; sposób ich zamykania zależy od pomysłowości projektanta.

Temperatura wody oceanicznej jest bardzo zmienna, zwłaszcza w górnych warstwach. Dlatego też interesujące jest wyznaczanie go w punktach położonych jak najbliżej siebie.

Ponieważ jednak statku nie można zbyt często zatrzymywać w celu uzyskania stacji hydrologicznych, oceanografowie korzystają z batytermografu, który na czas podróży jest opuszczany ze statku. Batytermograf. Konstrukcja tego urządzenia pozwala na zanurzenie go pionowo w wodzie, pomimo ruchu statku, i natychmiastowe określenie rozkładu temperatury w głębokości. Dokładność batytermografu nie jest zbyt wysoka - nie więcej niż 1/10 stopnia. Jest używany przez Marynarkę Wojenną do regulacji prędkości dźwięku w celu wykrywania okrętów podwodnych za pomocą sonaru.

Światowy ocean, zajmujący 71% powierzchni Ziemi, zadziwia złożonością i różnorodnością zachodzących w nim procesów.

Od powierzchni aż po największe głębokości wody oceanów są w ciągłym ruchu. Te złożone ruchy wody, od ogromnych prądów oceanicznych po najmniejsze wiry, są wzbudzane przez siły pływowe i służą jako przejaw interakcji między atmosferą a oceanem.

Masa wody oceanicznej na niskich szerokościach geograficznych gromadzi ciepło otrzymane od słońca i przenosi to ciepło na duże szerokości geograficzne. Z kolei redystrybucja ciepła pobudza pewne procesy atmosferyczne. Tak więc w obszarze zbieżności zimnych i ciepłych prądów na północnym Atlantyku powstają potężne cyklony. Docierają do Europy i często decydują o pogodzie na całym jej terytorium aż po Ural.

Żywa materia oceanu jest bardzo nierównomiernie rozmieszczona w głębinach. W różnych obszarach oceanu biomasa jest uzależniona od warunków klimatycznych oraz dopływu soli azotu i fosforu do wód powierzchniowych. Ocean jest domem dla ogromnej różnorodności roślin i zwierząt. Od bakterii i jednokomórkowych zielonych alg fitoplanktonu po największe ssaki na ziemi - wieloryby, których waga sięga 150 t. Wszystkie żywe organizmy tworzą jeden system biologiczny z własnymi prawami istnienia i ewolucji.

Luźne osady gromadzą się bardzo powoli na dnie oceanu. Jest to pierwszy etap powstawania skał osadowych. Aby geolodzy pracujący na lądzie mogli poprawnie rozszyfrować historię geologiczną danego terytorium, konieczne jest szczegółowe zbadanie współczesnych procesów sedymentacji.

Jak się okazało w ostatnich dziesięcioleciach, skorupa ziemska pod oceanem jest wysoce mobilna. Na dnie oceanu tworzą się pasma górskie, głębokie doliny ryftowe i stożki wulkaniczne. Jednym słowem dno oceanu „żyje” gwałtownie i często zdarzają się tam tak silne trzęsienia ziemi, że ogromne, niszczycielskie fale tsunami szybko przebiegają po powierzchni oceanu.

Próbując zbadać naturę oceanu - tej wspaniałej kuli ziemskiej, naukowcy napotykają pewne trudności, które muszą pokonać, korzystając z metod wszystkich podstawowych nauk przyrodniczych: fizyki, chemii, matematyki, biologii, geologii. O oceanologii mówi się zwykle jako o unii różnych nauk, o federacji nauk, których łączy przedmiot badań. Takie podejście do badania natury oceanu odzwierciedla się w naturalnej chęci głębszego wnikania w jego tajemnice oraz pilnej potrzebie głębokiego i wszechstronnego poznania charakterystycznych cech jego natury.

Problemy te są bardzo złożone i ich rozwiązanie wymaga dużego zespołu naukowców i specjalistów. Aby dokładnie wyobrazić sobie, jak to się robi, rozważmy trzy najbardziej aktualne obszary nauk oceanologicznych:

• interakcja między oceanem a atmosferą;
• struktura biologiczna oceanu;
• geologia dna oceanu i jego zasobów mineralnych.

Najstarszy radziecki statek badawczy „Witiaź” ma za sobą wiele lat niestrudzonej pracy. Dotarł do portu w Kaliningradzie. Zakończył się 65. lot pożegnalny, który trwał ponad dwa miesiące.

Oto ostatni „bieżący” wpis w dzienniku okrętowym weterana naszej floty oceanograficznej, który w ciągu trzydziestu lat rejsów pozostawił za rufą ponad milion mil.

W rozmowie z korespondentem „Prawdy” szef wyprawy profesor A. A. Aksenow zauważył, że 65. lot „Witiaza”, podobnie jak wszystkie poprzednie, zakończył się sukcesem. Kompleksowe badania na głębinowych obszarach Morza Śródziemnego i Oceanu Atlantyckiego dostarczyły nowych danych naukowych, które wzbogacą naszą wiedzę o życiu morskim.

Witaź będzie tymczasowo przebywał w Kaliningradzie. Oczekuje się, że stanie się on wówczas podstawą do stworzenia muzeum Oceanu Światowego.

Od kilku lat naukowcy z wielu krajów pracują nad międzynarodowym projektem PIGAP (program do badania globalnych procesów atmosferycznych). Celem pracy jest znalezienie wiarygodnej metody prognozowania pogody. Nie trzeba wyjaśniać, jak ważne jest to. Będzie można z wyprzedzeniem dowiedzieć się o suszy, powodziach, opadach deszczu, silnych wiatrach, upałach i mrozach...

Na razie nikt nie jest w stanie podać takiej prognozy. Jaka jest główna trudność? Nie da się dokładnie opisać równaniami matematycznymi procesów interakcji oceanu z atmosferą.

Prawie cała woda spadająca na ląd w postaci deszczu i światła przedostaje się do atmosfery z powierzchni oceanu. Wody oceaniczne w tropikach stają się bardzo gorące, a prądy przenoszą to ciepło na duże szerokości geograficzne. Nad oceanem powstają ogromne wiry – cyklony, które decydują o pogodzie na lądzie.

Ocean to kuchnia pogody... Jednak w oceanie jest bardzo niewiele stałych stacji obserwacji pogody. Jest to kilka wysp i kilka automatycznych stacji pływających.

Naukowcy próbują zbudować matematyczny model interakcji oceanu z atmosferą, ale musi on być prawdziwy i dokładny, a do tego brakuje danych na temat stanu atmosfery nad oceanem.

Rozwiązaniem okazało się bardzo dokładne i ciągłe wykonywanie pomiarów na niewielkim obszarze oceanu ze statków, samolotów i satelitów meteorologicznych. Taki międzynarodowy eksperyment o nazwie „Tropex” przeprowadzono w tropikalnym Oceanie Atlantyckim w 1974 roku i uzyskano bardzo ważne dane do budowy modelu matematycznego.

Konieczne jest poznanie całego systemu prądów w oceanie. Prądy niosą ciepło (i zimno), odżywcze sole mineralne niezbędne do rozwoju życia. Dawno temu żeglarze zaczęli zbierać informacje o prądach. Zaczęło się w XV-XVI wieku, kiedy żaglowce wpłynęły na otwarty ocean. Obecnie wszyscy żeglarze wiedzą, że istnieją szczegółowe mapy prądów powierzchniowych i korzystają z nich. Jednak w ciągu ostatnich 20–30 lat dokonano odkryć, które pokazały, jak niedokładne są obecne mapy i jak złożony jest ogólny obraz cyrkulacji oceanicznej.

W strefie równikowej Pacyfiku i Atlantyku zbadano, zmierzono i zmapowano potężne prądy głębokie. Są one znane jako Prąd Cromwella na Pacyfiku i Prąd Łomonosowa na Oceanie Atlantyckim.

W zachodnim Oceanie Atlantyckim odkryto głęboki przeciwprąd Antylo-Gujany. A pod słynnym Prądem Zatokowym znajdował się Prąd Przeciwzatokowy.

W 1970 roku radzieccy naukowcy przeprowadzili bardzo interesujące badania. Na tropikalnym Oceanie Atlantyckim zainstalowano szereg stacji boi. Na każdej stacji w sposób ciągły rejestrowano prądy na różnych głębokościach. Pomiary trwały sześć miesięcy, a na obszarze pomiarowym okresowo prowadzono badania hydrologiczne w celu uzyskania danych na temat ogólnego schematu ruchu wody. Po przetworzeniu i podsumowaniu materiałów pomiarowych wyłonił się bardzo ważny ogólny wzór. Okazuje się, że istniejąca wcześniej koncepcja stosunkowo jednolitego charakteru stałego prądu pasatów, wzbudzanego przez pasaty północne, nie odpowiada rzeczywistości. Ten strumień, ta ogromna rzeka o płynnych brzegach nie istnieje.

W strefie pasatu poruszają się ogromne wiry i wiry o rozmiarach dziesiątek, a nawet setek kilometrów. Środek takiego wiru porusza się z prędkością około 10 cm/s, ale na obrzeżach wiru prędkość przepływu jest znacznie większa. To odkrycie sowieckich naukowców zostało później potwierdzone przez badaczy amerykańskich, a w 1973 r. podobne wiry prześledzono podczas sowieckich ekspedycji pracujących na północnym Pacyfiku.

W latach 1977-1978 Przeprowadzono specjalny eksperyment w celu zbadania struktury wirowej prądów w regionie Morza Sargassowego na zachodnim północnym Atlantyku. Na dużym obszarze ekspedycje radzieckie i amerykańskie dokonywały ciągłych pomiarów prądów przez 15 miesięcy. Ten ogromny materiał nie został jeszcze w pełni przeanalizowany, ale samo sformułowanie problemu wymagało masowych, specjalnie zaprojektowanych pomiarów.

Szczególna uwaga na tzw. wiry synoptyczne w oceanie wynika z faktu, że to właśnie one przenoszą największą część energii prądu. W konsekwencji ich wnikliwe badania mogą znacząco przybliżyć naukowców do rozwiązania problemu długoterminowego prognozowania pogody.

W ostatnich latach odkryto kolejne ciekawe zjawisko związane z prądami oceanicznymi. Na wschód i zachód od potężnego prądu oceanicznego Prądu Zatokowego odkryto bardzo stabilne, tak zwane pierścienie (pierścienie). Podobnie jak rzeka, Prąd Zatokowy ma silne zakola (meandry). W niektórych miejscach meandry zamykają się i tworzy się pierścień, w którym temperatura dna znacznie różni się na obrzeżach i w środku. Takie pierścienie odkryto także na obrzeżach potężnego Prądu Kuroshio w północno-zachodniej części Oceanu Spokojnego. Specjalne obserwacje pierścieni w oceanach Atlantyku i Pacyfiku wykazały, że formacje te są bardzo stabilne, utrzymując znaczną różnicę temperatur wody na obrzeżach i wewnątrz pierścienia przez 2-3 lata.

W 1969 roku po raz pierwszy zastosowano specjalne sondy do ciągłego pomiaru temperatury i zasolenia na różnych głębokościach. Wcześniej mierzono temperaturę za pomocą termometrów rtęciowych w kilku punktach na różnych głębokościach, a wodę podnosino z tych samych głębokości za pomocą batometrów. Następnie oznaczono zasolenie wody, a wartości zasolenia i temperatury naniesiono na wykres. Uzyskano rozkład tych właściwości wody w zależności od głębokości. Pomiary w poszczególnych punktach (dyskretne) nie pozwoliły nawet założyć, że temperatura wody zmienia się wraz z głębokością tak złożoną, jak pokazują ciągłe pomiary sondą.

Okazało się, że cała masa wody od powierzchni do dużych głębokości jest podzielona na cienkie warstwy. Różnica temperatur sąsiednich warstw poziomych sięga kilku dziesiątych stopnia. Warstwy te, o grubości od kilku centymetrów do kilku metrów, czasami istnieją przez kilka godzin, czasami znikają w ciągu kilku minut.

Pierwsze pomiary, wykonane w 1969 roku, dla wielu wydawały się przypadkowym zjawiskiem w oceanie. Niemożliwe jest, twierdzili sceptycy, aby potężne fale i prądy oceaniczne nie mieszały wody. Kiedy jednak w kolejnych latach przeprowadzono sondowanie słupa wody precyzyjnymi instrumentami w całym oceanie, okazało się, że cienkowarstwową strukturę słupa wody spotykano wszędzie i zawsze. Przyczyny tego zjawiska nie są do końca jasne. Na razie tłumaczą to w ten sposób: z tego czy innego powodu w słupie wody pojawiają się liczne dość wyraźne granice, oddzielające warstwy o różnej gęstości. Na granicy dwóch warstw o ​​różnej gęstości bardzo łatwo powstają fale wewnętrzne, które mieszają wodę. W procesie niszczenia fal wewnętrznych pojawiają się nowe, jednorodne warstwy, a na innych głębokościach tworzą się granice warstw. Zatem proces ten powtarza się wielokrotnie, zmienia się głębokość i grubość warstw o ​​ostrych granicach, ale ogólny charakter słupa wody pozostaje niezmieniony.

W 1979 r. rozpoczęła się faza eksperymentalna Międzynarodowego Programu Badań Globalnych Procesów Atmosferycznych (PIGAP). Kilkadziesiąt statków, automatyczne stacje obserwacyjne na oceanie, specjalne samoloty i satelity meteorologiczne – cała ta szeroka gama sprzętu badawczego działa na całym Oceanie Światowym. Wszyscy uczestnicy tego eksperymentu pracują według jednego, uzgodnionego programu, aby porównując materiały międzynarodowego eksperymentu możliwe było zbudowanie globalnego modelu stanu atmosfery i oceanu.

Jeśli weźmiemy pod uwagę, że oprócz ogólnego zadania znalezienia wiarygodnej metody długoterminowej prognozy pogody konieczna jest znajomość wielu szczegółowych faktów, to ogólne zadanie fizyki oceanów wyda się bardzo, bardzo złożone: metody pomiarowe, przyrządy, których działanie opiera się na zastosowaniu najnowocześniejszych układów elektronicznych, są dość trudnym przetwarzaniem otrzymanych informacji przy obowiązkowym użyciu komputera; budowa bardzo złożonych i oryginalnych modeli matematycznych procesów zachodzących w słupie wody oceanu i na granicy z atmosferą; prowadzenie szeroko zakrojonych eksperymentów w charakterystycznych obszarach oceanu. Takie są ogólne cechy współczesnych badań z zakresu fizyki oceanów.

Szczególne trudności pojawiają się podczas badania materii żywej w oceanie. Stosunkowo niedawno uzyskano materiały niezbędne do ogólnej charakterystyki struktury biologicznej oceanu.

Dopiero w 1949 roku odkryto życie na głębokościach przekraczających 6000 m. Później fauna głębinowa – ultraotchłaniowa – okazała się bardzo interesującym obiektem specjalnych badań. Na takich głębokościach warunki życia są bardzo stabilne w geologicznej skali czasu. Na podstawie podobieństwa fauny ultraotchłaniowej możliwe jest ustalenie dawnych powiązań poszczególnych basenów oceanicznych i przywrócenie warunków geograficznych z przeszłości geologicznej. Na przykład porównując faunę głębinową Morza Karaibskiego i wschodniego Pacyfiku, naukowcy ustalili, że w przeszłości geologicznej nie było Przesmyku Panamskiego.

Nieco później dokonano zdumiewającego odkrycia – w oceanie odkryto nowy rodzaj zwierzęcia – pogonoforę. Dokładne badanie ich anatomii i systematyczna klasyfikacja stworzyły treść jednego z wybitnych dzieł współczesnej biologii - monografii „Pogonofory” A. V. Iwanowa. Te dwa przykłady pokazują, jak trudne było badanie rozmieszczenia życia w oceanie, a tym bardziej ogólnych wzorców funkcjonowania systemów biologicznych oceanu.

Porównując rozbieżne fakty i porównując biologię głównych grup roślin i zwierząt, naukowcy doszli do ważnych wniosków. Całkowita produkcja biologiczna Oceanu Światowego okazała się nieco mniejsza od podobnej wartości charakteryzującej cały obszar lądowy, mimo że powierzchnia oceanu jest 2,5 razy większa od lądu. Wynika to z faktu, że obszarami o wysokiej produktywności biologicznej są obrzeża oceanów oraz obszary podnoszącego się poziomu wód. Pozostała część oceanu to prawie martwa pustynia, na której można spotkać tylko duże drapieżniki. Tylko małe atole koralowe okazują się odizolowanymi oazami na pustyni oceanicznej.

Kolejne ważne odkrycie dotyczy ogólnej charakterystyki oceanicznych sieci pokarmowych. Pierwszym ogniwem łańcucha pokarmowego jest jednokomórkowy fitoplankton zielonych alg. Kolejnym ogniwem jest zooplankton, następnie ryby planktonożerne i drapieżniki. Niezbędne są zwierzęta mleczne – bentos, który jest jednocześnie pokarmem ryb.

Reprodukcja na każdym poziomie wartości żywności jest taka, że ​​wyprodukowana biomasa jest 10 razy większa niż jej spożycie. Innymi słowy, na przykład 90% fitoplanktonu umiera w sposób naturalny, a tylko 10% służy jako pokarm dla zooplanktonu. Ustalono również, że skorupiaki zooplanktonu dokonują codziennych migracji pionowych w poszukiwaniu pożywienia. Niedawno w diecie skorupiaków zooplanktonu udało się wykryć skrzepy bakterii, a ten rodzaj pożywienia stanowił do 30% całkowitej objętości. Ogólnym rezultatem współczesnych badań w dziedzinie biologii oceanów jest to, że znaleziono podejście i skonstruowano pierwszy blokowy model matematyczny systemu ekologicznego otwartego oceanu. To pierwszy krok w kierunku sztucznej regulacji produktywności biologicznej oceanu.

Jakich metod używają biolodzy w oceanie?

Przede wszystkim różnorodność sprzętu wędkarskiego. Małe organizmy planktonowe odławia się specjalnymi sieciami stożkowymi. W wyniku połowów uzyskuje się średnią ilość planktonu w jednostkach masy na jednostkę objętości wody. Siatki te można wykorzystać do połowu poszczególnych poziomów słupa wody lub do „filtrowania” wody z danej głębokości na powierzchnię. Zwierzęta denne są łapane za pomocą różnych narzędzi ciągnionych po dnie. Ryby i inne organizmy nektonowe łowi się za pomocą włoków śródwodnych.

Do badania zależności żywieniowych różnych grup planktonu stosuje się unikalne metody. Organizmy są „znakowane” substancjami radioaktywnymi, a następnie określana jest ilość i tempo wypasu w kolejnym ogniwie łańcucha pokarmowego.

W ostatnich latach zaczęto stosować fizyczne metody pośredniego oznaczania ilości planktonu w wodzie. Jedna z tych metod opiera się na wykorzystaniu wiązki lasera, która bada powierzchniową warstwę wody w oceanie i dostarcza danych na temat całkowitej ilości fitoplanktonu. Inna metoda fizyczna opiera się na wykorzystaniu zdolności organizmów planktonowych do świecenia – bioluminescencji. Specjalną sondę batometrową zanurza się w wodzie i podczas nurkowania rejestruje się intensywność bioluminescencji jako wskaźnik ilości planktonu. Metody te bardzo szybko i całkowicie charakteryzują rozmieszczenie planktonu w wielu punktach sondowania.

Ważnym elementem badania struktury biologicznej oceanu są badania chemiczne. Zawartość składników odżywczych (sole mineralne azotu i fosforu), rozpuszczonego tlenu i szereg innych ważnych cech siedliska organizmów określa się metodami chemicznymi. Dokładne oznaczenia chemiczne są szczególnie ważne podczas badania wysoce produktywnych obszarów przybrzeżnych – stref upwellingu. Tutaj, przy regularnych i silnych wiatrach znad wybrzeża, następuje silna akumulacja wody, której towarzyszy podnoszenie się wód głębokich i ich rozmieszczenie w płytkim obszarze szelfu. Wody głębokie zawierają rozpuszczone ilości znacznych ilości soli mineralnych azotu i fosforu. W rezultacie fitoplankton rozkwita w strefie upwellingu i ostatecznie tworzy się obszar komercyjnych skupisk ryb.

Prognozowanie i rejestracja specyfiki siedliska w strefie upwellingu przeprowadzane są metodami chemicznymi. Tak więc w biologii kwestia akceptowalnych i dających się zastosować metod badawczych jest obecnie rozwiązywana w sposób kompleksowy. Korzystając powszechnie z tradycyjnych metod biologii, badacze coraz częściej sięgają po metody fizyki i chemii. Przetwarzanie materiałów, a także ich uogólnianie w postaci zoptymalizowanych modeli odbywa się z wykorzystaniem metod współczesnej matematyki.

W ciągu ostatnich 30 lat w badaniach geologii oceanów uzyskano tak wiele nowych faktów, że wiele tradycyjnych pomysłów trzeba było radykalnie zmienić.

Zaledwie 30 lat temu pomiar głębokości dna oceanu był niezwykle trudny. Do wody należało opuścić ciężki przedmiot z ładunkiem zawieszonym na długiej stalowej linie. Co więcej, wyniki często okazywały się błędne, a punkty, w których zmierzono głębokość, były od siebie oddalone o setki kilometrów. Dlatego dominował pogląd, że rozległe połacie dna oceanu przypominają gigantyczne równiny.

W 1937 roku po raz pierwszy zastosowano nową metodę pomiaru głębokości, opartą na efekcie odbicia sygnału dźwiękowego od dna.

Zasada pomiaru głębokości za pomocą echosondy jest bardzo prosta. Specjalny wibrator zamontowany w dolnej części kadłuba statku emituje pulsujące sygnały akustyczne. Sygnały odbijają się od dolnej powierzchni i są wychwytywane przez urządzenie odbiorcze echosondy. Czas przesyłania sygnału w obie strony zależy od głębokości, a w miarę ruchu statku na taśmie rysowany jest ciągły profil dna. Szereg takich profili, oddzielonych stosunkowo niewielkimi odległościami, pozwala na narysowanie na mapie linii o jednakowych głębokościach – izobatów – i zobrazowanie rzeźby dna.

Pomiary głębokości za pomocą echosond zmieniły wcześniejsze zrozumienie przez naukowców topografii dna oceanu.

Jak to wygląda?

Od wybrzeża rozciąga się pas, który nazywany jest szelfem kontynentalnym. Głębokości na szelfie kontynentalnym zwykle nie przekraczają 200-300 m.

W górnej strefie szelfu kontynentalnego następuje ciągła i szybka transformacja rzeźby. Brzeg cofa się pod naporem fal, a jednocześnie pod wodą pojawiają się duże nagromadzenia gruzu. To właśnie tutaj powstają duże złoża piasku, żwiru i otoczaków – doskonałego materiału budowlanego, kruszonego i sortowanego przez samą naturę. Z kolei różne mierzeje, wały, bary zabudowują wybrzeże w innym miejscu, oddzielają laguny i blokują ujścia rzek.

W tropikalnej strefie oceanu, gdzie woda jest bardzo czysta i ciepła, rosną wspaniałe struktury koralowe - rafy przybrzeżne i barierowe. Rozciągają się na setki kilometrów. Rafy koralowe zapewniają schronienie ogromnej różnorodności organizmów i razem tworzą złożony i niezwykły system biologiczny. Jednym słowem strefa górnego szelfu „żyje” tętniącym życiem geologicznym.

Na głębokościach 100–200 m procesy geologiczne wydają się zamarzać. Płaskorzeźba zostaje wyrównana, a na dnie znajduje się wiele wychodni skalnych. Niszczenie skał jest bardzo powolne.

Na zewnętrznej krawędzi szelfu, zwróconej w stronę oceanu, spadek powierzchni dna staje się bardziej stromy. Czasami nachylenie sięga 40-50°. To jest zbocze kontynentalne. Jego powierzchnię poprzecinają podwodne kaniony. Zachodzą tu intensywne, a czasem katastrofalne procesy. Muł gromadzi się na zboczach podwodnych kanionów. Czasami stabilność nagromadzeń zostaje nagle zachwiana i po dnie kanionu opada strumień błota.

Strumień błota dociera do ujścia kanionu i tutaj zdeponowana większość piasku i dużych gruzu tworzy stożek aluwialny – podwodną deltę. Prąd zmętnienia wypływa poza stopę kontynentalną. Często łączą się poszczególne wentylatory aluwialne, a u podnóża kontynentu tworzy się ciągły pas luźnych osadów o dużej grubości.

53% powierzchni dna zajmuje dno oceanu, obszar do niedawna uważany za równinę. W rzeczywistości rzeźba dna oceanu jest dość złożona: wypiętrzenia o różnej strukturze i pochodzeniu dzielą je na ogromne baseny. Wielkość basenów oceanicznych można oszacować na podstawie co najmniej jednego przykładu: północne i wschodnie baseny Oceanu Spokojnego zajmują obszar większy niż cała Ameryka Północna.

Na dużej powierzchni samych basenów dominuje teren pagórkowaty, czasami występują pojedyncze góry podwodne. Wysokość gór oceanicznych sięga 5-6 km, a ich szczyty często wznoszą się nad wodę.

W innych obszarach dno oceanu przecinają ogromne, łagodne fale o szerokości kilkuset kilometrów. Zazwyczaj na tych wałach znajdują się wyspy wulkaniczne. Na Pacyfiku znajduje się na przykład Ściana Hawajska, na której znajduje się łańcuch wysp z aktywnymi wulkanami i jeziorami lawy.

W wielu miejscach z dna oceanu wznoszą się stożki wulkaniczne. Czasami szczyt wulkanu sięga powierzchni wody i wtedy pojawia się wyspa. Niektóre z tych wysp są stopniowo niszczone i ukrywane pod wodą.

Na Pacyfiku odkryto kilkaset stożków wulkanicznych z wyraźnymi śladami działania fal na ich płaskich wierzchołkach, zanurzonych na głębokość 1000-1300 m.

Ewolucja wulkanów może być inna. Koralowce budujące rafy osiadają na szczycie wulkanu. W miarę jak koralowce powoli toną, tworzą rafę i z czasem tworzy się wyspa pierścieniowa – atol z laguną pośrodku. Rozwój rafy koralowej może trwać bardzo długo. Na niektórych atolach Pacyfiku przeprowadzono wiercenia w celu określenia grubości wapieni koralowych. Okazało się, że sięga ona 1500. Oznacza to, że szczyt wulkanu opadał powoli – przez około 20 tysięcy lat.

Badając topografię dna i strukturę geologiczną stałej skorupy oceanicznej, naukowcy doszli do kilku nowych wniosków. Skorupa ziemska pod dnem oceanu okazała się znacznie cieńsza niż na kontynentach. Na kontynentach grubość stałej powłoki Ziemi – litosfery – sięga 50–60 km, a w oceanie nie przekracza 5–7 km.

Okazało się również, że litosfera lądu i oceanu różni się składem skał. Pod warstwą luźnych skał – produktów zniszczenia powierzchni terenu, znajduje się gruba warstwa granitu, pod którą znajduje się warstwa bazaltu. W oceanie nie ma warstwy granitu, a luźne osady zalegają bezpośrednio na bazaltach.

Jeszcze ważniejsze było odkrycie rozległego systemu pasm górskich na dnie oceanu. System górski grzbietów śródoceanicznych rozciąga się przez wszystkie oceany na długości 80 000 km. Pod względem wielkości podwodne grzbiety są porównywalne jedynie z największymi górami na lądzie, na przykład Himalajami. Grzbiety grzbietów podmorskich są zwykle przecięte wzdłużnie głębokimi wąwozami, które nazywa się dolinami ryftowymi lub szczelinami. Ich kontynuację można prześledzić na lądzie.

Naukowcy zdali sobie sprawę, że globalny system ryftów jest bardzo ważnym zjawiskiem w rozwoju geologicznym całej naszej planety. Rozpoczął się okres dokładnych badań systemu stref ryftów i wkrótce uzyskano tak znaczące dane, że nastąpiła gwałtowna zmiana poglądów na temat historii geologicznej Ziemi.

Teraz naukowcy ponownie zwrócili się ku na wpół zapomnianej hipotezie dryfu kontynentalnego, wyrażonej na początku stulecia przez niemieckiego naukowca A. Wegenera. Dokonano dokładnego porównania konturów kontynentów rozdzielonych Oceanem Atlantyckim. W tym samym czasie geofizyk Ya Bullard połączył kontury Europy i Ameryki Północnej, Afryki i Ameryki Południowej nie wzdłuż linii brzegowych, ale wzdłuż linii środkowej stoku kontynentalnego, w przybliżeniu wzdłuż izobaty 1000 m. Zarysy obu brzegów oceanu pokrywało się tak dokładnie, że nawet zagorzali sceptycy nie mogli wątpić w rzeczywisty, ogromny poziomy ruch kontynentów.

Szczególnie przekonujące okazały się dane uzyskane podczas badań geomagnetycznych w rejonie grzbietów śródoceanicznych. Okazało się, że wybuchająca lawa bazaltowa stopniowo przemieszcza się na obie strony grzbietu grzbietu. W ten sposób uzyskano bezpośrednie dowody na ekspansję oceanów, rozprzestrzenianie się skorupy ziemskiej w obszarze ryftu i zgodnie z tym dryf kontynentalny.

Głębokie wiercenia w oceanie, prowadzone od kilku lat z amerykańskiego statku Glomar Challenger, po raz kolejny potwierdziły fakt ekspansji oceanów. Ustalili nawet średnią ekspansję Oceanu Atlantyckiego – kilka centymetrów rocznie.

Możliwe było również wyjaśnienie zwiększonej aktywności sejsmicznej i wulkanizmu na obrzeżach oceanów.

Wszystkie te nowe dane posłużyły jako podstawa do stworzenia hipotezy (często nazywanej teorią, jej argumenty są tak przekonujące) o tektonice (ruchliwości) płyt litosferycznych.

Oryginalne sformułowanie tej teorii należy do amerykańskich naukowców G. Hessa i R. Dietza. Później został opracowany i uzupełniony przez naukowców radzieckich, francuskich i innych. Znaczenie nowej teorii sprowadza się do założenia, że ​​sztywna powłoka Ziemi – litosfera – jest podzielona na osobne płyty. Płyty te podlegają ruchom poziomym. Siły wprawiające w ruch płyty litosfery generowane są przez prądy konwekcyjne, czyli przepływy głęboko ognistej, płynnej substancji Ziemi.

Rozprzestrzenianiu się płyt na boki towarzyszy powstawanie grzbietów śródoceanicznych, na których grzbietach pojawiają się ziejące pęknięcia szczelinowe. Przez szczeliny przepływa lawa bazaltowa.

W innych obszarach płyty litosfery zbliżają się i zderzają. W przypadku tych zderzeń z reguły krawędź jednej płyty przesuwa się pod drugą. Na obrzeżach oceanów znane są takie nowoczesne strefy podciśnienia, w których często występują silne trzęsienia ziemi.

Teorię tektoniki płyt potwierdza wiele faktów uzyskanych w ciągu ostatnich piętnastu lat w oceanie.

Ogólną podstawą współczesnych wyobrażeń o wewnętrznej budowie Ziemi i procesach zachodzących w jej głębinach jest kosmogoniczna hipoteza akademika O. Yu. Schmidta. Według jego pomysłów Ziemia, podobnie jak inne planety Układu Słonecznego, powstała w wyniku sklejenia się zimnej substancji chmury pyłu. Dalszy rozwój Ziemi nastąpił poprzez wychwytywanie nowych porcji materii meteorytów podczas przechodzenia przez chmurę pyłu otaczającą niegdyś Słońce. W miarę jak planeta rosła, ciężkie (żelazne) meteoryty opadały, a lekkie (kamienne) meteoryty unosiły się w górę. Proces ten (rozdzielenie, różnicowanie) był tak potężny, że wewnątrz planety substancja stopiła się i podzieliła na część ogniotrwałą (ciężką) i część topliwą (lżejszą). W tym samym czasie we wnętrzu Ziemi działało także radioaktywne ogrzewanie. Wszystkie te procesy doprowadziły do ​​​​powstania ciężkiego jądra wewnętrznego, lżejszego rdzenia zewnętrznego oraz dolnego i górnego płaszcza. Dane i obliczenia geofizyczne pokazują, że w wnętrznościach Ziemi czai się ogromna energia, naprawdę zdolna do zdecydowanych przemian stałej powłoki – litosfery.

Opierając się na kosmogonicznej hipotezie O. 10. Schmidta, akademik A.P. Winogradow opracował geochemiczną teorię pochodzenia oceanu. A.P. Winogradow, poprzez dokładne obliczenia, a także eksperymenty mające na celu badanie różnicowania stopionej substancji meteorytów, ustalił, że masa wody oceanu i atmosfery ziemskiej powstała w procesie odgazowania substancji górnego płaszcza. Proces ten trwa także w naszych czasach. W górnym płaszczu faktycznie zachodzi ciągłe różnicowanie materii, a jej najbardziej topliwa część przedostaje się na powierzchnię litosfery w postaci lawy bazaltowej.

Poglądy na temat budowy skorupy ziemskiej i jej dynamiki stają się stopniowo coraz bardziej precyzyjne.

W latach 1973 i 1974 Na Oceanie Atlantyckim przeprowadzono niezwykłą podwodną wyprawę. Na wcześniej wybranym obszarze Grzbietu Śródatlantyckiego przeprowadzono głębinowe nurkowania łodzi podwodnych i szczegółowo zbadano niewielki, ale bardzo ważny fragment dna oceanu.

Badając dno ze statków powierzchniowych w trakcie przygotowań do wyprawy, naukowcy szczegółowo zbadali topografię dna i odkryli obszar, w obrębie którego znajdował się głęboki wąwóz wcinający się w grzbiet podwodnego grzbietu – doliny ryftowej. Na tym samym obszarze znajduje się uskok transformacyjny, wyraźnie uwydatniony w rzeźbie poprzecznej do grzbietu grani i wąwozu ryftu.

Tę typową strukturę dna – wąwóz szczelinowy, uskok transformacyjny, młode wulkany – zbadano z trzech podwodnych statków. W ekspedycji brały udział: francuski batyskaf „Archimedes” ze specjalnym statkiem „Marseille Le Bihan” wspierający jego prace, francuski okręt podwodny „Siana” ze statkiem „Norua”, amerykański statek badawczy „Knorr”, amerykański okręt podwodny „Alvin” z statek „Lulu”.

W sumie w ciągu dwóch sezonów wykonano 51 nurkowań głębinowych.

Podczas wykonywania nurkowań głębinowych do 3000 m załogi statków podwodnych napotykały pewne trudności.

Pierwszą rzeczą, która początkowo znacznie skomplikowała badania, był brak możliwości określenia położenia pojazdu podwodnego w warunkach silnie rozciętego terenu.

Pojazd podwodny musiał się poruszać, zachowując odległość od dna nie większą niż 5 m. Na stromych zboczach i przecinaniu wąskich dolin batyskaf i łodzie podwodne nie mogły korzystać z systemu sygnalizacji akustycznej, ponieważ podwodne góry uniemożliwiały przepływ sygnałów. Z tego powodu na statkach pomocniczych uruchomiono system pokładowy, za pomocą którego ustalano dokładne położenie statku podwodnego. Statek pomocniczy monitorował pojazd podwodny i kontrolował jego ruch. Czasami istniało bezpośrednie zagrożenie dla pojazdu podwodnego i pewnego dnia taka sytuacja miała miejsce.

17 lipca 1974 r. okręt podwodny Alvin dosłownie utknął w wąskiej szczelinie i spędził dwie i pół godziny, próbując wydostać się z pułapki. Załoga Alvina wykazała się niesamowitą pomysłowością i opanowaniem – po wyjściu z pułapki nie wypłynęła na powierzchnię, lecz kontynuowała eksplorację przez kolejne dwie godziny.

Oprócz bezpośrednich obserwacji i pomiarów z łodzi podwodnych, fotografowania i pobierania próbek, na terenie wyprawy przeprowadzono wiercenia ze słynnego statku specjalnego przeznaczenia Glomar Challenger.

Wreszcie, ze statku badawczego Knorr regularnie wykonywano pomiary geofizyczne, uzupełniając pracę obserwatorów podwodnych.

W efekcie wykonano 91 km obserwacji trasy, wykonano 23 tysiące zdjęć na niewielkim obszarze dna, zebrano ponad 2 tony próbek skał i wykonano ponad 100 nagrań wideo.

Wyniki naukowe tej wyprawy (znanej jako sławna) są bardzo ważne. Po raz pierwszy pojazdy podwodne zaczęto wykorzystywać nie tylko do obserwacji podwodnego świata, ale także do celowych badań geologicznych, na wzór szczegółowych badań, jakie geolodzy prowadzą na lądzie.

Po raz pierwszy uzyskano bezpośrednie dowody na ruch płyt litosfery wzdłuż granic. W tym przypadku zbadano granicę między płytą amerykańską i afrykańską.

Wyznaczono szerokość strefy znajdującej się pomiędzy poruszającymi się płytami litosfery. Nieoczekiwanie okazało się, że ta strefa, w której skorupa ziemska tworzy system pęknięć i gdzie lawa bazaltowa spływa na dno, czyli tworzy się nowa skorupa ziemska, ma niecały kilometr szerokości.

Bardzo ważnego odkrycia dokonano na zboczach podwodnych wzgórz. Podczas jednego z nurkowań łodzi podwodnej Siana na zboczu wzgórza odkryto spękane, luźne fragmenty, bardzo różniące się od różnych fragmentów bazaltowej lawy. Po wypłynięciu Siana na powierzchnię ustalono, że była to ruda manganu. Bardziej szczegółowe badania obszaru, na którym występują rudy manganu, doprowadziły do ​​​​odkrycia starożytnego złoża hydrotermalnego na powierzchni dna. Powtarzane nurkowania dostarczyły nowych materiałów udowadniających, że faktycznie w wyniku wyłaniania się wód termalnych z głębi dna na powierzchnię dna, na tym niewielkim obszarze dna zalegają rudy żelaza i manganu.

Podczas wyprawy pojawiło się wiele problemów technicznych i zdarzały się awarie, ale cenne doświadczenie celowych badań geologicznych zdobyte w ciągu dwóch sezonów jest także ważnym wynikiem tego niezwykłego eksperymentu oceanologicznego.

Metody badania struktury skorupy ziemskiej w oceanie różnią się niektórymi cechami. Topografię dna bada się nie tylko za pomocą echosond, ale także lokalizatorów bocznych i specjalnych echosond, które dają obraz płaskorzeźby w pasie o szerokości równej głębokości miejsca. Te nowe metody zapewniają dokładniejsze wyniki i umożliwiają dokładniejsze przedstawienie rzeźby na mapach.

Na statkach badawczych prowadzone są badania grawimetryczne za pomocą grawimetrów pokładowych oraz badania anomalii magnetycznych. Dane te pozwalają ocenić strukturę skorupy ziemskiej pod oceanem. Główną metodą badawczą jest sondowanie sejsmiczne. W słupie wody umieszcza się niewielki ładunek wybuchowy i następuje eksplozja. Specjalne urządzenie odbiorcze rejestruje czas przybycia odbitych sygnałów. Obliczenia wyznaczają prędkość rozchodzenia się fal podłużnych wywołanych eksplozją w skorupie ziemskiej. Charakterystyczne wartości prędkości pozwalają podzielić litosferę na kilka warstw o ​​różnym składzie.

Obecnie jako źródło wykorzystuje się urządzenia pneumatyczne lub wyładowania elektryczne. W pierwszym przypadku niewielka ilość powietrza, sprężona w specjalnym urządzeniu pod ciśnieniem 250-300 atm, jest uwalniana do wody (niemal natychmiast). Na małej głębokości pęcherzyk powietrza gwałtownie się rozszerza, symulując eksplozję. Częste powtarzanie takich eksplozji, wywołanych urządzeniem zwanym wiatrówką, daje ciągły profil sond sejsmicznych, a co za tym idzie, dość szczegółowy profil budowy skorupy ziemskiej na całej długości halsu.

W podobny sposób wykorzystuje się profilograf z wyładowaniem elektrycznym (iskiernikiem). W tej wersji sprzętu sejsmicznego moc wyładowania wywołującego oscylacje jest zwykle niewielka, a do badania mocy i rozmieszczenia nieskonsolidowanych warstw osadów dennych wykorzystuje się iskiernik.

Do badania składu osadów dennych i pobierania ich próbek wykorzystuje się różne systemy rur glebowych i chwytaków dennych. Rury gruntowe mają, w zależności od zadania badawczego, różne średnice, zwykle przenoszą duże obciążenie w celu maksymalnego wniknięcia w grunt, czasami mają wewnątrz tłok i na dolnym końcu mają jeden lub drugi stycznik (łamacz rdzenia). Rurę zanurza się w wodzie i osadzie na dnie na taką lub inną głębokość (ale zwykle nie większą niż 12-15 m), a wydobyty w ten sposób rdzeń, zwany zwykle rdzeniem, jest podnoszony na pokład statku.

Chwytaki denne, będące urządzeniami typu chwytakowego, zdają się wycinać niewielki monolit z powierzchniowej warstwy gruntu dennego, który dostarczany jest na pokład statku. Opracowano modele pogłębiarek samopływających. Eliminują potrzebę stosowania liny i wciągarki pokładowej oraz znacznie upraszczają sposób pobierania próbki. W przybrzeżnych obszarach oceanu na małych głębokościach stosuje się wibrujące rurki glebowe z tłokiem. Za ich pomocą można uzyskać kolumny o długości do 5 m na glebach piaszczystych.

Oczywiście nie wszystkimi wymienionymi urządzeniami można uzyskać próbki (rdenie) skał dennych, które są zagęszczone i mają miąższość dziesiątek i setek metrów. Próbki te pozyskiwane są przy użyciu konwencjonalnych platform wiertniczych montowanych na statkach. W przypadku stosunkowo małych głębokości półek (do 150-200 m) stosuje się specjalne statki, które przewożą platformę wiertniczą i są instalowane w miejscu wiercenia na kilku kotwach. Statek jest utrzymywany w punkcie poprzez regulację napięcia łańcuchów prowadzących do każdej z czterech kotwic.

Na głębokościach tysięcy metrów na otwartym oceanie zakotwiczenie statku jest technicznie niemożliwe. Dlatego opracowano specjalną metodę dynamicznego pozycjonowania.

Statek wiertniczy dociera do danego punktu, a o dokładność określenia lokalizacji dba specjalne urządzenie nawigacyjne, które odbiera sygnały ze sztucznych satelitów Ziemi. Następnie na dole instaluje się dość złożone urządzenie, takie jak sygnalizator akustyczny. Sygnały z tej latarni odbierane są przez system zainstalowany na statku. Po otrzymaniu sygnału specjalne urządzenia elektroniczne określają wyporność statku i natychmiast wydają polecenie sterom strumieniowym. Wymagana grupa śmigieł zostaje włączona i pozycja statku zostaje przywrócona. Na pokładzie statku wiertniczego głębinowego znajduje się wieża wiertnicza z obrotowym zespołem wiertniczym, dużym zestawem rur oraz specjalnym urządzeniem do podnoszenia i skręcania rur.

Statek wiertniczy Glomar Challenger (jak dotąd jedyny) prowadzi prace w ramach międzynarodowego projektu wierceń głębinowych na otwartym oceanie. Wykonano już ponad 600 odwiertów, a największa głębokość odwiertów wynosi 1300 m. Materiały z wierceń głębinowych dostarczyły tak wielu nowych i nieoczekiwanych faktów, że ich badanie budzi ogromne zainteresowanie. Do badania dna oceanu wykorzystuje się wiele różnych technik i metod, a w najbliższej przyszłości możemy spodziewać się pojawienia się nowych metod wykorzystujących nowe zasady pomiarów.

Podsumowując, należy krótko wspomnieć o jednym zadaniu ogólnego programu badań oceanów – badaniu zanieczyszczeń. Źródła zanieczyszczeń oceanów są zróżnicowane. Zrzut ścieków przemysłowych i bytowych z przedsiębiorstw i miast przybrzeżnych. Skład zanieczyszczeń jest tutaj niezwykle zróżnicowany: od odpadów przemysłu nuklearnego po nowoczesne syntetyczne detergenty. Znaczące zanieczyszczenia powstają w wyniku zrzutów ze statków oceanicznych, a czasami w wyniku katastrofalnych wycieków ropy podczas wypadków tankowców i przybrzeżnych szybów naftowych. Istnieje inny sposób zanieczyszczania oceanu - poprzez atmosferę. Prądy powietrza przenoszą na duże odległości np. ołów, który przedostaje się do atmosfery wraz ze spalinami silników spalinowych. Podczas wymiany gazowej z atmosferą ołów przedostaje się do wody i występuje np. w wodach Antarktyki.

Definicje zanieczyszczeń są obecnie zorganizowane w specjalny międzynarodowy system obserwacji. W tym przypadku odpowiednim statkom przypisane są systematyczne obserwacje zawartości substancji zanieczyszczających w wodzie.

Najbardziej rozpowszechnionym zanieczyszczeniem oceanów są produkty naftowe. Aby to kontrolować, stosuje się nie tylko chemiczne metody oznaczania, ale przede wszystkim metody optyczne. Na samolotach i helikopterach instalowane są specjalne urządzenia optyczne, za pomocą których określa się granice obszaru pokrytego filmem olejowym, a nawet grubość filmu.

Natura Oceanu Światowego, tego, mówiąc w przenośni, ogromnego systemu ekologicznego naszej planety, nie została jeszcze dostatecznie zbadana. Dowodem tej oceny są niedawne odkrycia w różnych dziedzinach oceanologii. Metody badania Oceanu Światowego są dość zróżnicowane. Nie ulega wątpliwości, że w przyszłości, w miarę odkrywania i stosowania nowych metod badawczych, nauka będzie wzbogacana o nowe odkrycia.

Pragnienie zrozumienia nieznanego od zawsze inspirowało ludzkość w jej odwiecznych zmaganiach z naturą. Być może jedną z najsilniejszych pasji była chęć odwiedzenia miejsc, w których nigdy wcześniej nie postawił stopy.
Teraz, po podboju Antarktydy, w odkryciu i badaniu, w którym naród rosyjski odegrał wiodącą rolę, na lądzie nie pozostały żadne ogromne „białe plamy”. Człowiek przemierzał pustynie, lasy tropikalne i bagna z jednego krańca na drugi i wspiął się na szczyty największych gór. A już w wielu najtrudniejszych do rozwoju miejscach pojawiły się osady pionierskie. Na mapie globu pozostało już tylko kilka „białych plam”, nieodkrytych jeszcze przez człowieka, nie dlatego, że były szczególnie niedostępne, ale głównie dlatego, że nie budziły żadnego zainteresowania.
Człowiek nie ogranicza się już do eksploracji powierzchni globu, który zna stosunkowo dobrze. Rozpoczęła się aktywna eksploracja przestrzeni kosmicznej. Niedaleki jest dzień, w którym podążając ścieżką wyznaczoną przez Yu Gagarina, badacze ruszą na inne planety. Kolejnym krokiem jest realizacja projektów mających na celu penetrację wnętrzności ziemi i oceanu.
Chcemy porozmawiać o podboju człowieka w głębinach oceanu. Nie będziemy tutaj wspominać o nurkowaniach nurków czy płetwonurków, chociaż płetwonurkowie, jak Jacques Cousteau i jego towarzysze, zrobili wiele w badaniach oceanu, jednak tylko w jego górnej warstwie, 100-200 m. To, choć liczby imponujące , ale nie przekraczają średniej głębokości „szelfu kontynentalnego” - podwodnej kontynuacji kontynentów, po której następuje ostre nachylenie dna w kierunku większych głębokości oceanu. Ostatnio pojawiły się doniesienia o osiągnięciu w sprzęcie nurkowym głębokości 250 m. Oddychanie podczas tego nurkowania zapewniała specjalna mieszanina gazów, której skład utrzymywany jest w tajemnicy.
Nurkowanie na głębokości setek i tysięcy metrów było możliwe dzięki zastosowaniu wytrzymałych stalowych cylindrów i kul (kulek), które wytrzymują ogromne ciśnienia.
Pierwszym badaczem, który zbudował komorę głębinową (hydrostat) i osiągnął w niej duże głębokości, był amerykański inżynier Hans Hartmann. W 1911 roku na Morzu Śródziemnym na wschód od Cieśniny Gibraltarskiej zatonął na głębokość 458 m. Przeznaczoną dla jednej osoby kamerę opuszczono ze statku na stalowej linie. Posiadała automatyczny aparat tlenowy, urządzenie pochłaniające dwutlenek węgla oraz oświetlenie elektryczne (w komorze umieszczono baterie 12 V). Do obserwacji wykonano iluminator w ścianie hydrostatu. Specjalny układ optyczny zaprojektowany przez Hartmanna umożliwił wykonywanie zdjęć z odległości do 38 m, czyli w zakresie widoczności dla ludzkiego oka w czystej wodzie. W hydrostacie nie było telefonu umożliwiającego komunikację ze statkiem.
Aparat Hartmanna był dość prymitywny. Przede wszystkim cylindryczny kształt samego aparatu nie do końca się udał; Kulisty kształt jest korzystniejszy, choć mniej wygodny do pomieszczenia załogi. To, że nurkowanie nie zakończyło się tragicznie, jest kwestią przypadku. Oto co Hartmann pisze o swoim nurkowaniu: „Kiedy osiągnięto dużą głębokość, natychmiast pojawiła się myśl o niebezpieczeństwie, o zawodności aparatu. Sygnalizowało to przerywane trzaskanie wewnątrz komory, podobne do wystrzałów pistoletowych. Myśl, że nie ma jak zgłosić się na górę i dać sygnału alarmowego, była przerażająca. W tym czasie ciśnienie na powierzchni urządzenia wynosiło 735 funtów na cal kwadratowy (52 kg/cm2). Nie mniej przerażająca była myśl o możliwości zerwania lub zaplątania się liny nośnej. Ściany komory ponownie pokryły się wilgocią, tak jak miało to miejsce we wstępnych doświadczeniach. Nie wiadomo, czy było to tylko pocenie się, czy też woda przedostała się przez pory aparatu pod strasznym ciśnieniem.”
Bardziej udany okazał się hydrostat radzieckiego inżyniera G.I. Danilenki, zbudowany przez EPRON w 1923 r. Za pomocą tego urządzenia EPRON odnalazł angielski okręt wojenny „Czarny Książę”, który zatonął w Zatoce Balaklava na Morzu Czarnym. Według plotek znajdowały się w nim złote monety o wartości 2 milionów funtów, które miały opłacić pensje angielskich żołnierzy biorących udział w wojnie krymskiej przeciwko Rosji. Znaleziono Czarnego Księcia, ale nie było na nim złota. Później okazało się, że złoto zostało wyładowane w Konstantynopolu wcześniej.
Za pomocą tego samego hydrostatu w 1931 r. w Zatoce Fińskiej na Morzu Bałtyckim odnaleziono kanonierkę „Rusałka”, która zatonęła w 1893 r. podczas rejsu z Tallina do Helsinek.
Dalszych udoskonaleń aparatu głębinowego dokonali Amerykanie w 1925 r. Nowa komora była dwuściennym stalowym cylindrem o średnicy wewnętrznej 75 cm, w której mogły przebywać 2 osoby jedna nad drugą. Pod kamerą znajdował się balast utrzymywany przez elektromagnesy, które w razie potrzeby można było zresetować, po czym kamera mogła unosić się w powietrzu. Na zewnątrz kamera posiadała trzy śmigła umożliwiające obrót (wokół osi pionowej) i przechylanie jej w wodzie w celu łatwej inspekcji dna. Istniało urządzenie do przechwytywania organizmów morskich. Aparatura była wyposażona w telefon, przyrządy do określania głębokości (manometry), kompas, elektryczne podkładki grzewcze, chronometr, sprzęt fotograficzny, termometry do pomiaru temperatury wody i oświetlenie elektryczne. Choć aparat został zaprojektowany tak, aby zejść na głębokość jednego kilometra, jego głównym celem nie było docieranie na duże głębokości, ale eksploracja starożytnych miast zatopionych w Morzu Śródziemnym – Kartaginy i Posillipo oraz odnajdywanie zatopionych statków.
Następnie, w celu podniesienia zatopionych statków, wprowadzono nowe ulepszenia w konstrukcji komór głębinowych: urządzenia wyposażono w urządzenia do wiercenia otworów w burtach statków, dźwignie do układania haków podnoszących oraz nowe urządzenia oczyszczające tlen i powietrze urządzenia. Urządzenie było zdolne do małych niezależnych ruchów wzdłuż dna. W takich hydrostatach dwie osoby mogły przebywać pod wodą przez 4 godziny.
Większość tych ulepszeń wykorzystali Otis Barton i William Beebe podczas tworzenia nowego pojazdu głębinowego, który nazwali batysferą (bati – głęboki, kula – kula).
Pomysł stworzenia batysfery sięga lat 1927-1928, kiedy to V. Beebe, szef Departamentu Badań Tropikalnych Nowojorskiego Towarzystwa Zoologicznego, zaczął opracowywać projekty pojazdów głębinowych do badania życia w dużych ilościach głębiny oceanów i mórz. Jednocześnie konieczne było zapewnienie ogromnej wytrzymałości aparatu, niezawodności urządzeń do normalnego oddychania oraz bezpieczeństwa schodzenia i wynurzania. Konieczne było wykorzystanie całego zgromadzonego doświadczenia z nurkowaniem głębinowym i uwzględnienie wszystkich zalet i wad kulistego kształtu.
W 1929 roku D. Barton i W. Beebe zbudowali batysferę, stalową kulę o średnicy 144 cm, grubości ścianki 3,2 cm i łącznej wadze 2430 kg.
W 1930 roku zatonął w batysferze na głębokość 240 m w Oceanie Atlantyckim u wybrzeży Bermudów, 7-8 mil na południe od wyspy Nonsatch. Wcześniej przeprowadzono zjazdy próbne bez załogi. Nieco później w tym samym miejscu osiągnęli głębokość 435 m. Po pierwszych nurkowaniach Barton przekazał batysferę Nowojorskiemu Towarzystwu Zoologicznemu. W kolejnych latach wykonano na nim jeszcze kilka nurkowań głębinowych z obserwatorami i bez nich.
Po szeregu dalszych ulepszeń batysfery, 15 sierpnia 1934 roku Beebe i Barton wykonali słynne nurkowanie na głębokość 923 m. W 1500 roku batysfera została wyposażona w telefon i mocny reflektor. Kabel, po którym batysfera została opuszczona do morza, miał zaledwie 1067 m długości, co ograniczało głębokość zanurzenia.
Pomimo starannego przygotowania i skrupulatnego sprawdzenia gotowości aparatu i kabla, opuszczanie nadal wiązało się z pewnym ryzykiem. Faktem jest, że podczas fal powstają dodatkowe naprężenia dynamiczne, ponadto nawet przy słabych falach na kablu mogą pojawić się pętle, które po dokręceniu tworzą tzw. „Kołki”, czyli ostre zgięcie kabla z przerwą lub zerwanie poszczególnych pasm. Spore obawy badaczy budziła niepewność co do niezawodności połączenia iluminatorów kwarcowych ze stalową komorą oraz jakości uszczelnienia drzwi wejściowych do batysfery. Któregoś razu podczas próbnego nurkowania z ludźmi na płytkiej wodzie (było to 6 sierpnia 1934 r.) zamiast dziesięciu nakrętek wkręcono tylko cztery, uznając, że na tak krótkie i płytkie nurkowanie to w zupełności wystarczy. Ale już na głębokości 1,2 m woda zaczęła szybko wnikać do kabiny, której poziom wkrótce osiągnął 25 cm, Beebe zażądał natychmiastowego podniesienia się przez telefon, po czym stał się bardziej uważny, a nawet wybredny przy sprawdzaniu aparatu przed następnym nurkować.
Inny przypadek groził poważniejszymi problemami. Pewnego dnia Beebe i Barton postanowili wymienić stalową płytkę w szczelinie okna na kwarc i przeprowadzić próbne zejście bez ludzi na duże głębokości. Kiedy batysfera po zanurzeniu została podniesiona na powierzchnię, z batysfery na krawędzi iluminatora wytrysnął cienki strumień wody pod dużym ciśnieniem. Patrząc przez iluminator, Beebe zauważył, że prawie cała komora była wypełniona wodą, a jej powierzchnia była pokryta dziwnymi zmarszczkami. „Zacząłem odkręcać środkową śrubę włazu” – pisze V. Bib. „Po pierwszych zakrętach rozległ się dziwny, wysoki, melodyjny dźwięk. Potem wybuchła cienka mgła. Dźwięk powtarzał się raz za razem, dając mi czas i okazję na zrozumienie tego, co widziałem przez iluminator batysfery: zawartość batysfery znajdowała się pod straszliwym ciśnieniem. Oczyściłem pokład przed włazem ludzi. Kamera filmowa została umieszczona na górnym pokładzie, a druga w pobliżu, z boku batysfery. Ostrożnie, krok po kroku, opryskani sprayem, dwóch z nas przekręciło miedziane śruby. Słuchałem, jak stopniowo wysoki ton muzyczny niecierpliwego, ograniczonego elementu stawał się coraz niższy. Zdając sobie sprawę, co może się wydarzyć, odeszliśmy jak najdalej od bezpośredniej linii „ognia”.
Nagle, bez najmniejszego ostrzeżenia, zamek został wyrwany z naszych rąk, a masa ciężkiego metalu przeleciała po pokładzie jak pocisk z armaty. Trajektoria była prawie prosta, a miedziany rygiel uderzył w stalową wciągarkę znajdującą się około dziesięciu metrów dalej, wyrywając z niej półcalowy kawałek. Po piorunie nastąpił potężny, gęsty strumień wody, który szybko osłabł i wytrysnął niczym wodospad z otworu batysfery. Powietrze zmieszało się z wodą i sprawiało wrażenie gorącej pary, a nie sprężonego powietrza przepływającego przez lodowatą wodę. Gdybym stanął na drodze do tego źródła, z pewnością zostałbym ścięty. W ten sposób” – kontynuuje Beebe – „przekonałem się o możliwych skutkach przedostania się wody do batysfery na głębokości 600 metrów. W lodowatej ciemności zmiażdżyliby nas i zamienili w bezkształtną masę takie lekkie substancje, jak powietrze i woda.
W tym przypadku do wypadku doszło na skutek wadliwej uszczelki we wrębie okna. I niezależnie od tego, co mówią o względnym bezpieczeństwie zejścia na duże głębokości, było to, szczególnie u zarania ery nurkowań głębinowych, obarczone wielkim ryzykiem. Pionierów nurkowania słusznie można nazwać śmiałkami i bohaterami.
William Beebe, będąc zoologiem, naturalnie interesował się przede wszystkim życiem na dużych głębokościach. Dokonał wielu ciekawych obserwacji zachowań zwierząt w ich naturalnym środowisku i odkrył kilka nowych gatunków ryb głębinowych.
„Podczas zanurzenia” – zauważa naukowiec – „doświadcza się całej gamy emocji; pierwszy wiąże się z pierwszymi oznakami życia głębinowego, które występuje na głębokości 200 m i zdaje się zamykać drzwi za wyższym światem. Zielony kolor, kolor roślin, już dawno zniknął z naszego nowego kosmosu, tak samo jak same rośliny pozostały daleko w górze”.
Oto historie o dwóch nurkowaniach dokonanych przez Williama Beebe u wybrzeży Bermudów 11 i 15 sierpnia 1934 roku na głębokościach 760 i 923 m.
11 sierpnia. Głębokość 250 m. Batysfera przechodzi przez rój małych stworzeń w postaci robaków o kształcie ciała zaskakująco przypominającym torpedę (szczeciniaste szczęki). Te "torpedy" były od czasu do czasu atakowane przez małe ryby. Na głębokości 320 m pojawiły się całe ławice mięczaków. Czasami pływały wśród nich duże ryby, pozornie gigantyczne, o długości do 1 1/2 m.
Zanurzając się kolejne 10 m poniżej, Beebe zobaczył znacznie więcej przedstawicieli fauny morskiej, zarówno pod względem liczby okazów, jak i różnorodności gatunków, niż się spodziewał. Były tam meduzy, toporki, węgorze i mnóstwo krewetek, które miały ciekawy odruch obronny: od czasu do czasu „eksplodowały”, czyli wyrzucały chmurę świetlistej cieczy, aby oślepić wroga. Wraz ze wzrostem głębokości nie było zauważalnego zubożenia życia, wręcz przeciwnie, każde kolejne kilkadziesiąt metrów prowadziło do nieoczekiwanych odkryć. Na głębokości 360 m w wiązce reflektora pojawiły się cztery wydłużone ryby odrzutowe, bardzo podobne do strzałek, których gatunku Beebe nie potrafił określić. Aby je zastąpić, z ciemności wypłynęła zupełnie nieznana nauce ryba o długości 60 cm, z małymi oczami i dużym pyskiem.
Na głębokości 610 m naukowiec dostrzegł jakieś ogromne ciało o niewyraźnym zarysie, które ponownie błysnęło w oddali podczas wynurzania powrotnego.
Na wysokości 760 m (Bib tym razem nie zszedł niżej), gdzie batysfera zatrzymała się na pół godziny, Beeb co 5 sekund przekazywał telefonicznie na pokład Redi (statku, z którego batysfera zstąpiła) o nowych wrażeniach. Za iluminatorem pływały ryby szablogębowe o miedzianych ściankach, ryby szkieletowe, ryby płaskie podobne do ryb księżycowych oraz 4 poruszające się pionowo ryby z wydłużonymi i spiczastymi szczękami, należące do nieznanego rodzaju i rodziny. Wreszcie pojawił się kolejny „nieznajomy”, zwany przez V. Beebe „żabnicą trójgwiazdkową”, na końcach każdej z trzech długich macek znajdował się organ świetlny, który emitował dość mocne bladożółte światło.
Wstając, Bib zobaczył niezwykle piękną rybę, którą nazwał rybą pięcioliniowej konstelacji. Była to mała, około 15 cm długości, prawie okrągła ryba. Po jej bokach znajdowało się pięć linii światła – jedna osiowa „równikowa” oraz dwie zakrzywione linie powyżej i poniżej, składające się z szeregu małych plamek emitujących bladożółte światło. Wokół każdego miejsca świecił mały fioletowy pierścień.
Nurkowanie 15 sierpnia przyniosło wiele ciekawych odkryć i żywych wrażeń. Na głębokości 600 m spotykano duże ryby, dochodzące do 2 m, ze świecącymi zębami, posiadające własne światła sygnalizacyjne na końcach długich łodyg, umiejscowionych jedną pod żuchwą, a drugą przy ogonie. Ryby ozdobiono światłami, niczym parowiec oceaniczny. A potem do batysfery zbliżyła się gigantyczna ryba, której Beebe ponownie nie udało się określić, mająca co najmniej 6 m długości. Najwyraźniej był to mały rekin wielorybi lub rekin wielorybi.
Oprócz wielu odkryć zoologicznych i masy unikalnych obserwacji biologicznych, te głębinowe nurkowania amerykańskich badaczy wniosły znaczący wkład w oceanografię fizyczną - naukę o zjawiskach i procesach fizycznych zachodzących w oceanie. Najciekawszymi obserwacjami były warunki oświetleniowe na różnych głębokościach. Oto nagranie V. Beebe, wykonane przez niego podczas nurkowania do 760 litrów.
Zejście:
„Głębokość wynosi 6 m. Promienie światła są podobne do promieni przenikających przez okna kościoła. Kiedy patrzę w górę, wciąż widzę koniec rufy „Redi”.
79 m - kolor szybko staje się niebieskawo-zielony.
183 m - woda - ciemnoniebieski.
189 m - woda - ciemny, nasycony błękit.
290 m - woda jest czarno-niebieska, mętna.
610 m - całkowita, czarna ciemność.
Wspinać się:
527 m - na pewno jest coraz jaśniej. Gołym okiem trochę widzę.
518 m - Palce mogę policzyć, przykładając je do okna.
488 m - kolor wody to zimne, bezbarwne światło, które powoli się nasila.
305 m - kolor wody - szaroniebieski, najjaśniejszy niebieski.
213 m - kolor wody przyjemny, soczysty, stalowy, niebieski.
180 m – woda ma piękny błękitny kolor, wydaje się, że można swobodnie czytać, a ja nic nie widzę.”
15 lat później, 16 sierpnia 1949 r., D. Barton zszedł w batysferze niedaleko Los Angeles, na głębokość 1372 m. Jego kula ważyła 3170 kg, miała średnicę 146 cm i zawieszona była na linie o grubości 12 mm.
Podczas tego nurkowania Bartona spotkało wiele nieszczęść: kurtka Bartona dostała się do urządzenia do regeneracji powietrza i zakłóciła jego działanie, „coś” leżało na reflektorze i nie dało się obrócić, środkowe okno było zasłonięte „czymś niezrozumiałym”. Podczas nurkowania, gdy batysfera osiągnęła już znaczną głębokość, oświetlenie uległo pogorszeniu. Kiedy na 1000 m zapytano Bartona, czy obniżyć go dalej, odpowiedział: „Generalnie to wystarczy. Mam lekką chorobę morską. Obniż mnie o kolejne 350 m.” Barton przebywał pod wodą przez dwie godziny i dziewiętnaście minut, a wynurzanie trwało 51 minut.
Batysfery i hydrostaty, choć miały szereg wad, przyniosły wiele korzyści w badaniu głębin morskich. Tutaj, w Związku Radzieckim, prowadzono także prace nad budową urządzeń do nurkowania w głębinach morskich. W latach 1936-1937 W Ogólnounijnym Instytucie Badań Naukowych Rybołówstwa i Oceanografii (VNIRO) inżynierowie Nelidow, Michajłow i Künstler zbudowali batysferę do prac oceanograficznych i ichtiologicznych. Składał się z dwóch stalowych półkul mocowanych śrubami. Według projektu maksymalna głębokość, na jaką zaprojektowano komorę, wynosiła 600 m. Ciśnienie wody podczas jej zanurzania zapewniało samouszczelnienie półkul w miejscu ich połączenia. Oprócz włazu wejściowego batysfera VNIRO miała dwa iluminatory umieszczone w górnej i dolnej półkuli. Na dole umieszczono stabilizatory zapobiegające obracaniu się kabla. W batysferze (o średnicy 175 cm) zmieściła się tylko jedna osoba. W 1944 roku, według projektu inżyniera A. Z. Kaplanowskiego, zbudowano hydrostat GKS-6, również przeznaczony dla jednej osoby. Choć hydrostat przeznaczony był przede wszystkim do działań ratowniczych, był on także wykorzystywany przez Instytut Rybołówstwa i Oceanografii Polarnej (PINRO) do badań naukowych. W niecały rok (od września 1953 do lipca 1954) wykonano tam 82 nurkowania na głębokości do 70 m. Hydrostat pozwolił rozwiązać szereg problemów o znaczeniu praktycznym: zachowanie ryb w ich naturalnym środowisku badano, obserwowano działanie włoka i szereg innych.
Doświadczenia pracy z hydrostatem GKS-6 wykorzystał Giprorybflot przy projektowaniu (1959) nowego hydrostatu, przeznaczonego do zanurzenia do 600 m, wyposażonego w reflektor, sprzęt filmowy i fotograficzny, kompas, głębokościomierz i inne przyrządy i urządzenia.
W ostatnich latach w wielu krajach wyprodukowano kilka kolejnych hydrostatów i batysfer. Tak więc w Japonii w 1951 roku zbudowano hydrostat Kuro-shio. Pod względem wyposażenia technicznego przewyższa inne tego typu urządzenia. Hydrostat Kuro-shio jest wyposażony w kilka silników elektrycznych. Jeden z nich napędza śmigło, drugi żyrokompas, trzeci wentylator do oczyszczania powietrza w kabinie, a czwarty urządzenie do pobierania próbek gleby. Na hydrostacie znajdują się dwa reflektory, jeden jest zamontowany na górze w taki sposób, że może się obracać, zmieniając kierunek strumienia światła; drugi, znajdujący się poniżej, pozwala zobaczyć dno pod urządzeniem. Aparat wyposażony jest w telefon, sprzęt foto-filmowy, głębokościomierz i inklinometr. „Kuro-shio” przeznaczony jest dla dwóch osób, ale pomieści 4 osoby. Jego waga to 3380 kg, średnica 148 cm, wysokość 158 cm, grubość ścian bocznych 14 mm. Główną wadą hydrostatu Kuro-shio jest jego niewielka głębokość zanurzenia, wynosząca zaledwie 200 m.
We Włoszech inżynier Galeazzi zaprojektował nowy hydrostat, który wszedł do użytku w 1957 roku. Szczególną cechą jego konstrukcji jest obciążenie końcowe, które zapobiega uderzeniu urządzenia w ziemię po osiągnięciu dna. W razie wypadku obciążenie to można łatwo odłączyć i hydrostat unosi się do góry. Dwa rzędy iluminatorów ustawione są względem siebie pod kątem, dzięki czemu widoczna jest niemal cała przestrzeń wokół. Elektryczny kabel telefoniczny montowany jest w kablu nośnym służącym do zawieszenia urządzenia. Hydrostat Galeazzi przeznaczony jest dla jednej osoby.
Spośród niedawno zbudowanych hydrostatów na uwagę zasługuje hydrostat zaprojektowany we Francji i przekazany na statek badawczy Calypso. Stosowany jest w przypadku jednoczesnej pracy płetwonurków, co znacznie zwiększa efektywność pracy. W końcu hydrostat jest pociskiem prawie niekontrolowanym, a obecność swobodnie poruszającej się osoby na zewnątrz hydrostatu w pewnym stopniu rekompensuje tę wadę.
Całkowita zależność batysfery i hydrostatu od statku, z którego nurkują, wieczne zagrożenie zatopienia aparatu wraz z ludźmi i konieczność opuszczenia wraz z nimi kabla zmusiły badaczy do poszukiwania zasadniczo nowych rozwiązań problemu głębokich -nurkowanie morskie. Problem ten rozwiązał szwajcarski naukowiec Auguste Picard.
Piccard jeszcze jako młody człowiek przeczytał raport z głębinowych eksploracji wyprawy Karla Hoona przeprowadzonej z Valdivii. Świecące ryby, nowe gatunki zwierząt odkryte podczas tej wyprawy i inne odkrycia wzbudziły jego zainteresowanie badaniem morza. Po ukończeniu wydziału technicznego Wyższej Szkoły w Zurychu Piccard został szefem Akademickiego Związku Aeronautyki. Dofinansowany przez Belgijski Narodowy Fundusz Badań Naukowych zbudował balon stratosferyczny FNRS-1, na którym w 1931 roku osiągnął rekordową wysokość 17 000 m. Kilka lat później wpadł na projekt stworzenia pocisku głębinowego - batyskaf niepołączony z powierzchnią morza i statek, zdolny do manewrowania, tj. zasadniczo różniący się od batysfery Beebe-Bartona.
Jeśli batysferę można porównać do balonu, czyli balonu na uwięzi, to sterowiec należy uznać za odpowiednik batyskafu.
Zasada działania batyskafu jest prosta. Balon unosi się, ponieważ jest lżejszy od wypieranego przez niego powietrza. Aby nurkować pod wodą, trzeba stworzyć urządzenie, które z balastem byłoby cięższe od wody i dlatego zatonęłoby, a bez balastu byłoby lżejsze od wody i unosiło się na wodzie. Picard osiągnął to poprzez tankowanie benzyny do dużych zbiorników (cystern), których ciężar właściwy jest o 25-30% mniejszy niż ciężar właściwy wody, co zapewnia urządzeniu dodatnią pływalność (podczas wynurzania). Budowę batyskafu przerwała wojna, a wznowiono ją dopiero w 1945 roku.
We wrześniu 1948 roku gotowy był batyskaf, zbudowany według projektu Picarda. Został nazwany FNRS-2 na cześć belgijskiej Narodowej Fundacji Badań Naukowych (Fonds National de la Recherche Scientifigue), która dofinansowała budowę urządzenia.
Batyskaf składał się ze stalowej kabiny sferycznej (batysfery) o średnicy 218 cm, o grubości ścianki 9 cm i korpusu zawierającego 6 cienkościennych stalowych zbiorników wypełnionych benzyną.
Aby poziomo poruszać batyskafem w wodzie, po obu stronach kabiny zainstalowano dwa silniki napędzające śmigła. Łańcuch (hydrrop) o masie 140 kg zawieszony na dnie komory zatrzymywał aparat w momencie zetknięcia się z ziemią i utrzymywał go w odległości 1 m od dna. Batyskaf mógł podróżować pod wodą około 10 mil morskich (18,5 km) z prędkością 1 węzła (1,85 km/h).
Jako balast służyły sztabki żelaza podtrzymywane przez elektromagnesy. Kabina batyskafu jest wypełniona po brzegi przyrządami kontrolnymi i urządzeniami obserwacyjnymi. Jest kamera filmowa do automatycznego filmowania pod wodą, panel sterowania reflektorami, elektromagnesy i mechaniczne pazury, za pomocą których załoga mogła chwytać przedmioty znajdujące się w pobliżu łodzi podwodnej, urządzenia tlenowe i oczyszczające powietrze, które zapewniają pobyt 2 osób w kabinie przez 24 godziny. godzin i wiele innego sprzętu, w tym liczniki Geigera do rejestracji promieniowania kosmicznego i radioaktywnego.
Naukowcy obawiali się, że batyskaf zostanie zaatakowany przez głębinowe kałamarnice olbrzymie, które wdają się nawet w walkę z wielorybami. Aby z nimi walczyć, zaprojektowano specjalne pistolety. Urządzenie uzbrojono w 7 takich armat, które ładowano harpunami o długości około metra i strzelano za pomocą „ładunku pneumatycznego”. Siła uderzenia tych dział wzrastała wraz z głębokością wraz ze wzrostem ciśnienia. Na powierzchni nie można było używać dział ze względu na małą siłę uderzenia, ale już na głębokości około kilometra harpun był w stanie przebić dębową deskę o grubości 7,5 cm z odległości 5 m.
Aby wzmocnić efekt uderzenia, do końca harpuna przez kabel harpunowy doprowadzono prąd elektryczny, a na końcówkę harpuna umieszczono strychninę.
Akcję komplikował fakt, że załoga batyskafu po wypłynięciu na powierzchnię nie mogła samodzielnie opuścić zamkniętej kabiny. W tym celu urządzenie zostało podniesione na pokład statku zapewniającego nurkowanie i tam otwarto właz kabiny. Dlatego niezwykle ważne było szybkie wykrycie i podniesienie łodzi podwodnej, w przeciwnym razie uwięzieni w niej ludzie udusiliby się z braku powietrza. Aby ułatwić poszukiwania po wynurzeniu, na korpusie urządzenia zamontowano maszt radarowy – reflektor, a na statkach pomocniczych i fregatach El Monier oprócz radarów zainstalowano lokalizatory ultradźwiękowe, umożliwiające monitorowanie pozycji batyskafu podczas nurkowania.
1 października 1948 roku batyskaf FNRS-2 został dostarczony do testów praktycznych na belgijskim parowcu Scaldis do Dakaru (zachodnie wybrzeże Afryki), gdzie parowiec El Monier stacjonował wraz z grupą francuskich płetwonurków (Cousteau, Dumas, Tailleux ), podczas misji polegającej na obsłudze batyskafu w ramach przygotowań do nurkowania i podczas wejścia na pokład Skaldisa. Testy przeprowadzono w zatoce niedaleko wyspy Boavista w archipelagu Zielonego Przylądka.
Start nie do końca udany, wypuszczenie batyskafu do wody trwało pięć dni. Ale w końcu wszystkie przeszkody zostały pokonane i 26 listopada 1948 roku, w zupełnym spokoju, odbyło się nurkowanie próbne. Batyskaf przebywał pod wodą przez 16 minut. Picard i Mrno wzięli udział w pierwszym nurkowaniu.
Kilka dni później odbyło się drugie, już głębokomorskie, nurkowanie w pobliżu wyspy Santiago, bez pasażerów. Głębokość oceanu w miejscu nurkowania osiągnęła 1780 m. Nurkowanie poszło dobrze, z wyjątkiem tego, że zniknął aluminiowy reflektor radarowy, a kilka cienkich arkuszy skorupy kadłuba było spuchniętych i pomarszczonych. Urządzenie przebywało pod wodą przez pół godziny i osiągnęło głębokość 1400 m.
Podniesienie batyskafu na pokład statku nie zakończyło się pełnym sukcesem. Emocji było mnóstwo, aparat mocno się trząsł, a płetwonurkowie nie mogli podłączyć węży, żeby wypompować benzynę. Musiałem przeczyścić zbiorniki benzyny sprężonym dwutlenkiem węgla. Chmury oparów benzyny pokryły zarówno batyskaf, jak i skaldis, ostatecznie powodując korozję farby urządzenia. Ponadto w wyniku emocji podczas wynurzania kadłub batyskafu został dość mocno wgnieciony, a jeden z silników został wyrwany wraz ze śmigłem.
Testy wykazały, że batyskaf nadaje się całkiem do nurkowania głębinowego, ale całkowicie nie nadaje się do podnoszenia go z wody na pokład statku lub do długotrwałego holowania. Okazał się falowany i niestabilny na fali, a jego kadłub był bardzo delikatny. Stwierdzono niedociągnięcia w systemie zabezpieczania i odprowadzania balastu. Konieczne stało się zapewnienie załodze możliwości wyjścia z komory na pokład kadłuba batyskafu natychmiast po wynurzeniu.
W celu rekonstrukcji batyskaf został odesłany do Tulonu. W 1952 roku Auguste Picard otrzymał zaproszenie z Triestu do wzięcia udziału jako czołowy fizyk i inżynier w budowie nowego włoskiego okrętu podwodnego. Budowa statku przebiegała szybko (III-1952 - VII-1953), a latem 1953 roku gotowy był nowy batyskaf, nazwany od miasta, w którym został zbudowany, „Triest”. Z Triestu zabrano go do stoczni Castellamare niedaleko Neapolu, w miejscu dogodnym do nurkowania na głębokich wodach, ponieważ tutaj duże głębokości zbliżają się do brzegu.
1 sierpnia 1953 roku zwodowano Trieste. W 1953 roku nowy batyskaf wykonał 7 nurkowań, z czego 4 były płytkie i 3 głębokie:
do głębokości 1080 m - 26.VI.II na południe od wyspy Capri,
3150 m - 30.IX na południe od wyspy Ponza,
650 m - 2.X na południe od wyspy Ishiya.
Wszystkie te nurkowania miały charakter testowy. Pilotem batyskafu byli Auguste Piccard i jego syn Jacques. Kilka lat później w tej łodzi podwodnej człowiek po raz pierwszy osiągnął maksymalną głębokość oceanu (około 11 km) w jednym z najgłębszych rowów - Rowie Mariańskim. Dlatego chcemy porozmawiać o Trieście bardziej szczegółowo.
Równolegle z Triestem zbudowano batyskaf FNRS-3. Konstrukcyjnie są rodzeństwem i obecnie reprezentują najbardziej zaawansowane pociski głębinowe. Podajmy ich schematyczny opis, aby pokazać, przynajmniej w najbardziej ogólnym ujęciu, trudności, jakie musieli pokonać twórcy tych batyskafów.
Projekt opiera się na projekcie koncepcyjnym Picarda, który wcześniej zrealizował w postaci batyskafu FNRS-2. Batysferę (zamkniętą kulistą komorę dla załogi) wykorzystano z batyskafu FNRS-2.
Wewnątrz łodzi podwodnej zmieszczą się wygodnie dwie osoby. Jeden z nich pilotuje łódź podwodną i jego uwaga jest całkowicie skupiona na sterowaniu. Zadaniem drugiego jest dokonywanie obserwacji, jednak uczestniczy on także w zarządzaniu; prowadzi obserwacje wizualne, ostrzegając w ten sposób o zbliżaniu się do dna lub innych przeszkód. Zajmuje się także sprzętem fotograficznym, urządzeniami oświetleniowymi, lokalizatorem hydroakustycznym, rejestratorem głębokości nurkowania i echosondą.
Komora wypornościowa jest spawana z cienkich blach stalowych i składa się z 6 izolowanych przedziałów. Całkowita pojemność komory wynosi około 110 000 litrów. Wypełniono go 74 tonami lekkiej benzyny o gęstości 0,70, co zapewnia ponad 30 ton wyporu. W dnie komory znajdują się otwory. Po zanurzeniu benzyna jest sprężana pod wysokim ciśnieniem, ale ponieważ woda swobodnie przenika przez te otwory, kompensując to ściskanie, korpus komory nie odkształca się. Obecność dziur nie prowadzi do zauważalnego wycieku benzyny, gdyż ona (jako lżejsza substancja) wypełnia górną część komory. Naturalnie woda, która dostała się do organizmu, będzie pochodzić tylko z dołu. Podczas wznoszenia benzyna rozszerzy się, a przez otwory znajdujące się w dolnej części komory, w pierwszej kolejności wypchnie się woda, która przedostała się podczas zanurzenia.
Aby zapewnić stabilność statku, wzdłuż całego korpusu komory zamontowane są stępki boczne. Na komorze wypornościowej umieszczony jest pokład, wzmacniający sztywność konstrukcji i mieszczący w części środkowej sterówkę, odgradzającą wejście do pionowej śluzy szybowej łączącej pokład z batysferą.
Ten pionowy szyb jest miejscem wielkich trudności projektowych i operacyjnych. Jego konieczność wynika z faktu, że kopalnia jest dla załogi jedyną drogą wejścia i wyjścia z batysfery. Niemożliwe jest w tym przypadku umieszczenie batysfery na poziomie pokładu i pozbycie się w ten sposób pionowego szybu. Po pierwsze dlatego, że obserwatorzy nie mogliby spojrzeć w dół i zobaczyć dna, czyli zostaliby pozbawieni najważniejszej linii wzroku, a po drugie, przesunięcie najcięższej części konstrukcji doprowadziłoby do utraty stabilności naczynie. Dlatego kopalnia jest nieunikniona.
Rodzi to szereg komplikacji. Uszczelnienie wału dla maksymalnych ciśnień, na które batyskaf jest zaprojektowany, jest wyjątkowo nieopłacalne, ponieważ ciężar konstrukcji wzrośnie 2-3 razy. W związku z tym wał musi być napełniony wodą po zanurzeniu. Aby jednak załoga mogła opuścić komorę podczas wynurzania się na powierzchnię, szyb musi zostać oczyszczony z wody. Tutaj potrzebny jest zapas sprężonego powietrza i urządzenie, które pozwoli w odpowiednim momencie zdmuchnąć minę. W batyskafie FNRS-2 załoga nie mogła opuścić batysfery bez pomocy z zewnątrz. Niedobór ten został wyeliminowany w FNRS-3. Jednak, jak widzimy, konstrukcja batyskafu wcale nie została uproszczona. Na pokładzie znajdują się również urządzenia energetyczne i szereg urządzeń pomocniczych. Warto zauważyć, że śmigło (śmigła) batyskafu znajduje się na dziobie, blisko środka tego ostatniego. Oczywiście takie rozwiązanie nie jest najlepsze z punktu widzenia sprawności śrub napędowych statku. Najprawdopodobniej jest to podyktowane chęcią zmniejszenia odległości źródła energii od silnika elektrycznego i od silnika do śmigieł.
Bezpieczeństwo podczas nurkowania zapewniają lina prowadząca, lokalizator hydroakustyczny (echosonda), mocne reflektory punktowe oraz specjalne urządzenie określające prędkość nurkowania i umożliwiające jej regulację.
Bezpieczeństwo wynurzania się łodzi podwodnej jest bardzo dokładnie przemyślane. Istnieje szereg niezależnych od siebie systemów, z których każdy umożliwia wyniesienie batyskafu z głębin: 1) zrzucenie hydraulicznej kropli o masie 150 kg; 2) zrzucanie akumulatorów o masie około 600 kg; 3) zrzucanie balastu eksploatacyjnego (śrutu ołowianego), którego zapas na początku nurkowania wynosi około 8 ton; 4) zrzucenie 2 ton balastu awaryjnego; 5) oczyszczenie wału pionowego, co powoduje dodatkową pływalność batyskafu.
Dodatkowo, jeśli z jakiegoś powodu żaden z członków załogi nie będzie w stanie uruchomić urządzeń sterujących wynurzaniem, specjalny mechanizm zegarowy wyłączy w wyznaczonym czasie elektromagnesy podtrzymujące balast, a batyskaf wypłynie na powierzchnię .
Wszystkie powyższe systemy sterowane są elektrycznie. Istnieje jednak możliwość uszkodzenia zasilania układów lub przerwania przewodów. W takim przypadku balast awaryjny resetuje się automatycznie.
Aby zapobiec możliwości przypadkowych zderzeń z dnem i innymi przeszkodami, zastosowano ciężki hydrodrop, którego ciężar jest tak zaprojektowany, aby zanurzenie batyskafu zatrzymało się w odległości od 1 do 3 m od dna . Podejście do dna może być widoczne wizualnie przez obserwatora. Aby to osiągnąć, iluminator jest odpowiednio ustawiony, a reflektory skierowane są w dół. Zanim lina dotknie ziemi i zanim obserwator zobaczy dno, echosonda zgłosi odległość do dna. Inne urządzenie akustyczne, podobne do echosondy, mierzy odległość do powierzchni; ten sam pomiar jest powielany przez inne urządzenie - głębokościomierz.
Oprócz echosond mierzących odległości w pionie, batyskaf wyposażony jest w drugi sonar akustyczny, który pozwala zmierzyć odległość i określić kierunek do dowolnego obiektu, który pojawi się przed batyskafem poruszającym się pod wodą.
Szybkość opadania lub wznoszenia określa się za pomocą prędkościomierza pionowego. Izolowanie zewnętrznego obwodu elektrycznego oraz uszczelnienie oświetlenia i innych elektrycznych urządzeń zewnętrznych jest problemem złożonym technicznie. Zainstalowano 5 reflektorów, które oświetlają głębiny. Dziób i rufa zostały zaprojektowane głównie w celu zapewnienia bezpieczeństwa przed kolizją podczas nurkowania batyskafu. Do obserwacji naukowych oraz do fotografowania i filmowania służą trzy reflektory (2000 W) zainstalowane w pobliżu iluminatora. Oprócz konwencjonalnych reflektorów zainstalowana jest elektryczna lampa błyskowa, której działanie jest zsynchronizowane z migawką aparatu. Wewnętrzne oświetlenie batysfery zasilane jest z dwóch niezależnych obwodów. Poziomy ruch batyskafu odbywa się za pomocą dwóch odwracalnych śmigieł, których obrót odbywa się za pomocą silników elektrycznych. Naturalnie podwodny „sterowiec” nie rozwija dużej prędkości. Potrafi poruszać się poziomo z prędkością zaledwie około 1 węzła (1,5-2 km/h).
Przygotowanie batyskafu do nurkowania rozpoczyna się w porcie położonym jak najbliżej miejsca nurkowania. Przed uruchomieniem sprawdzane jest działanie wszystkich mechanizmów kontrolnych.
Urządzenie mocowane jest do wysięgnika dźwigu za pomocą specjalnego olinowania i opuszczane do wody. Następnie po wystrzeleniu zaczynają napełniać benzyną 6 przedziałów komory wypornościowej. Należy je napełniać jednocześnie, aby uniknąć przeciążenia ścianek przedziałów. Dopóki szyb śluzy nie jest napełniony wodą, batyskaf pozostaje na wodzie.
Do nurkowania wybierz dzień z spokojną pogodą; to oczywiście znacznie ogranicza pracę. Delikatny korpus komory wypornościowej nie powinien być narażony na uderzenia nawet niewielkich fal.
Batyskaf w pełni przygotowany do pracy holowany jest na miejsce nurkowe. Tutaj jest ponownie badany przez płetwonurków. Załoga zajmuje swoje miejsca. Ze statkiem towarzyszącym nawiązywana jest łączność radiowa, która obowiązuje do momentu zanurzenia pojazdu. Nurkowanie rozpoczyna się od napełnienia szybu śluzy wodą. Po otrzymaniu około czterech ton wody łódź podwodna zaczyna się zanurzać. W miarę przesuwania się w dół prędkość opadania maleje, ponieważ gęstość wody poniżej wzrasta z powodu spadku temperatury i wzrostu zasolenia. Wzrost gęstości wody morskiej w wyniku wzrostu ciśnienia nie wpływa na prędkość opadania batyskafu, ponieważ gęstość benzyny również wzrasta o prawie dokładnie taką samą ilość. Efekt spadku temperatury maleje z biegiem czasu na skutek stopniowego schładzania benzyny w komorze wypornościowej i wzrostu jej gęstości.
Wzrost zasolenia wraz z głębokością, a także spadek temperatury (chłodzenie benzyny w komorze wypornościowej następuje znacznie wolniej niż spadek temperatury wody) powoduje, że prędkość zanurzenia stopniowo maleje, aż w końcu nurkowanie zatrzymuje się całkowicie. Aby kontynuować zniżanie, hydronauci muszą wypuścić część benzyny przez specjalny zawór. W miarę zbliżania się do dna prędkość nurkowania maleje. Osiąga się to poprzez zrzucanie niewielkich ilości balastu.
Ciężki przewodnik najpierw uderza w dno. Naturalnie wzrasta wyporność batyskafu i nurkowanie zatrzymuje się.
Podczas nurkowania obserwacje prowadzone są przez iluminator. Widać, że hydronauci, a jest ich tylko dwóch, są bardzo zajęci pracą. Należy kontrolować opadanie, utrzymywać łączność ze statkiem towarzyszącym za pomocą urządzenia hydroakustycznego, monitorować podejście do dna, monitorować pracę urządzeń oczyszczających powietrze, prowadzić obserwacje i wykonywać zdjęcia. Nie zapominajmy, że układ nerwowy hydronautów jest bardzo napięty: w końcu nawet najbardziej doświadczony odkrywca głębin ma na koncie zaledwie kilka nurkowań, a świadomość, że znajduje się w dwumetrowej żelaznej skrzyni na głębokości gdzie ciśnienie wynosi setki kilogramów na każdy centymetr kwadratowy, w ogóle nie zmniejsza napięcia.
Po dotarciu na dno odkrywcy głębin mają okazję przepłynąć nim krótko, włączając silniki elektryczne napędzające śmigła batyskafu.
Po zakończeniu pracy balast zostaje zresetowany. Rozpoczyna się wspinaczka. Oczywiście na obserwacjach się nie kończy. W końcu łódź podwodna wypłynęła na powierzchnię. Ale hydronauci nie mają jeszcze możliwości opuszczenia batysfery - szyb prowadzący na pokład jest wypełniony wodą. Wał jest przedmuchiwany sprężonym powietrzem. Dopiero potem możesz zacząć otwierać pokrywę włazu wejściowego i nawiązać komunikację z towarzyszącym statkiem. Jeżeli komunikacja wizualna nie jest możliwa ze względu na zasięg, należy włączyć nadajnik radiowy. Na powierzchni łódź podwodna jest zupełnie bezradna. Nawet jeśli zapas energii elektrycznej nie zostanie wyczerpany podczas nurkowania, to i w tym przypadku będzie w stanie przebyć nie więcej niż 10-15 km z prędkością 2 km/h. Innymi słowy, dopóki statek zaopatrzeniowy nie zabierze batyskafu na hol, jest on zabawką prądów i fal morskich.
Początkowo Triest był wyposażony bardzo skromnie. Nie posiadał zewnętrznej kamery ani szeregu urządzeń sterujących i nawigacyjnych. Niewiele było też sprzętu naukowego. Dopiero w 1955 roku zainstalowano na nim małą echosondę i podwodne reflektory.
W 1954 roku prace nad Triestem rozpoczęły się dopiero jesienią. Przez długi czas pogoda nie pozwalała na wyniesienie łodzi podwodnej na otwarte morze, aby dotrzeć na duże głębokości. Dlatego w 1954 r. wykonano tylko 8 płytkich nurkowań w Zatoce Neapolitańskiej na głębokość nie większą niż 150 metrów. W zejściach wzięło udział wielu badaczy, a zwłaszcza szwedzkich naukowców - zoolog P. Tarden, biolog M. Kobr i A. Pollini - włoski geolog z Uniwersytetu w Mediolanie, który pobrał z dna kilka próbek gleby. Urządzeniem podczas tych nurkowań pilotował syn Auguste'a Piccarda, Jacques Piccard.
Nurkowania odbywały się bez pomocy echosondy. Utrudniało to terminowe przygotowanie się do „lądowania” na dnie morza. Hydronauci nie byli w stanie w porę spowolnić opadania batyskafu, stopniowo trawiąc śrut ze zbiorników balastowych, aby łatwo dotknąć dna łańcuchem hydraulicznym. W rezultacie batysfera dwukrotnie zapadła się w lepki muł dna morskiego. Oprócz gwałtownego pogorszenia widoczności z okien groziło to poważniejszymi problemami: batyskaf mógł utknąć na dnie, nie mogąc zrzucić balastu. Zainstalowana później echosonda na Trieście umożliwiła wcześniejsze zmniejszenie prędkości nurkowania, a tym samym umożliwiła za pomocą prowadnicy zainstalowanie urządzenia w stanie zawieszonym kilka metrów od dna.
W 1955 r. ze względu na komplikacje finansowe nie wykonano żadnych nurkowań, a w 1956 r. pod okiem J. Picarda jako pilota wykonano 7 nurkowań: 3 płytkie i 4 głębokie (620, 1100 i 3700 m). A. Pollini brał w tym ostatnim udział jako obserwator naukowy.
Wszystkie nurkowania głębinowe odbywały się bez biologów, dlatego obserwacje organizmów żywych dokonywane przez osoby niebędące specjalistami nie były tak dokładne i kompletne, jak wtedy, gdy obniżono V. Beebe. Jednak życie na głębokościach w rejonie tych nurkowań okazało się nieporównywalnie uboższe niż na Bermudach, gdzie nurkował Beebe. Czasami morze wydawało się niemal zupełnie martwe. Morze Śródziemne na wschód od Hiszpanii charakteryzuje się 8 razy mniejszą produktywnością organiczną niż Ocean Atlantycki na zachód od Półwyspu Iberyjskiego.
Natomiast podczas nurkowań w 1956 roku na głębokości 1100, 2000 i 3700 m na niektórych poziomach odnotowano znaczną gęstość życia. Na głębokościach od 500 do 900 m batyskaf przechodził przez strefy, w których przez okno można było jednocześnie widzieć setki osłonic (salp). Są prawie całkowicie przezroczyste i można je zobaczyć tylko po wyłączeniu reflektora ze względu na wewnętrzne migotanie białego światła fluorescencyjnego. Oprócz salps na średnich głębokościach spotykano także inne organizmy: meduzy, syfonofory, pteropody, a raz napotkano także małą bezbarwną krewetkę o długości 3 cm.
Podczas wszystkich spływów głębinowych, z wyjątkiem górnych warstw morza, nie zaobserwowano żadnych ryb. Tylko dwukrotnie w polu widzenia obserwatora pojawiły się jaskrawe, luminescencyjne ruchome ślady, co prawdopodobnie można przypisać głęboko żyjącym rybom.
Podczas stosunkowo płytkich osiadań Picard zaobserwował dużą liczbę rozproszonych cząstek, część z nich znajduje się w zawiesinie (żywy zooplankton), a część opadła w postaci osadu na dno (zwłoki martwych mikroskopijnych zwierząt – szczątki organiczne). Na płytkich głębokościach, gdzie rozproszone światło słoneczne wciąż przenika, cząstki te są niewidoczne. Ale na dużych głębokościach, w całkowitej ciemności, w promieniach reflektora, stają się rozpoznawalne, jak kurz w pomieszczeniu widoczny w promieniu słońca.
Obserwacje dna morskiego dokonane przez Picarda z batyskafu Trieste dostarczyły oceanografom cennych informacji. Podczas nurkowań, gdy głębokość oceanu nie przekraczała 100 m, często widział duże i małe dziury oraz wzniesienia na dnie, przypominające tunele czasoprzestrzenne. Są to ostoje dla ryb, krabów i innych stworzeń zamieszkujących dno, zwane zbiorczo bentosem. Czasami można było zobaczyć, jak wchodziły i wychodziły z tych otworów, zakłócane przez wystrzeliwany strzał balastowy. Takich nor i kopców nie obserwowano na dużych głębokościach.
Nurkowali zazwyczaj na miękkie i płaskie dno, jednak w pobliżu wyspy Capri często musieli wybierać miejsce „lądowania”, gdyż napotykali twarde, czasem kamieniste dno, na którym wyczuwalne były silne prądy. Kilkakrotnie po nurkowaniu batyskaf był niesiony przez prąd po dnie z prędkością około 1 węzła. Aby się zatrzymać, należało wypuścić pewną ilość benzyny, aby mocniej docisnąć batyskaf do dna.
Udział geologa A. Polliniego określił geologiczny cel badań w Trieście. Zwykle słup wody przepływał szybko, ale obserwacje na dnie trwały godzinami. Batyskaf został wyposażony w specjalne urządzenie do pobierania małych próbek gleby, a Pollini pobierał je wszędzie, gdzie było to możliwe. Zauważono, że lepki muł w niektórych obszarach charakteryzuje się dużą mobilnością: gdy tylko z batyskafu zrzucono kilkadziesiąt kilogramów śrutu balastowego, lawinowa chmura mułu uniosła się z dna dość szybko na wysokość kilku metrów i otoczyła się batyskaf.
W Trieście nie było zainstalowanych specjalnych mierników prądu, ale prądy przydenne można mierzyć dość dokładnie. W tym przypadku sam batyskaf jest niczym „pływak” unoszący się z prądem. Obserwator może jedynie zaznaczyć punkt na dnie i określić swój ruch względem niego. Jeśli batyskaf stoi na spadku hydraulicznym na dnie, a zawieszone w wodzie cząstki przepływają obok niego, to są one porywane przez prąd. Ale podczas wszystkich nurkowań na głębokość ponad 1000 m nie wykryto żadnych prądów: woda wydawała się całkowicie nieruchoma. Jednak z tych obserwacji Picarda nie można wyciągnąć wniosku, że we wszystkich obszarach Morza Śródziemnego nie ma prądów na dużych głębokościach. Na dużych głębokościach w tym morzu występują słabe prądy o prędkości 5-6 cm na sekundę. Najczęściej ma to miejsce w głębokich cieśninach. Jak zobaczymy później, na batyskafie FNRS-3 zaobserwowaliśmy znaczny prąd na głębokości 2000 m w pobliżu Tulonu.
Picard dokonał także obserwacji przezroczystości wody morskiej. Jak wiadomo Morze Śródziemne to zbiornik wodny o wyjątkowo czystej i czystej wodzie. Jedną z głównych przyczyn tego jest ubóstwo życia organicznego. Niezwykła czystość i przejrzystość wód nadaje niepowtarzalny, głęboki błękit, charakterystyczny dla Morza Śródziemnego.
O widoczności obiektów pod wodą bez sztucznego oświetlenia decyduje rozproszone światło słoneczne wnikające w głąb. Piccard zaobserwował przez iluminator spadek widoczności jednego ze zbiorników balastowych, pomalowanego na biało: całkowicie zlał się z czarnym tłem dopiero na głębokości około 600 m. O przezroczystości wód przydennych świadczy fakt, że w świetle reflektora dno było widoczne z odległości około 15 m.
Dla Picarda, technika z wykształcenia, obserwacja dna morskiego i fauny głębinowej nie była głównym zadaniem. Jego myśli były skierowane w stronę problemów technicznych. Postawił sobie za cel zbudowanie niezawodnego pojazdu głębinowego, który pozwoliłby mu dotrzeć na maksymalne głębokości Oceanu Światowego. W tym względzie skupia się głównie na rozwiązywaniu problemów związanych z przeciążeniem materiałowym i wszystkim, co może zapewnić bezpieczeństwo nurkowania.
Picard obliczył, że jego batyskaf wytrzyma ciśnienie zewnętrzne do 1700 atmosfer. Dzięki temu nawet na głębokości 11 000 m jego batyskaf będzie miał wystarczający margines bezpieczeństwa. Kontynuując udoskonalanie technologii sterowania, przez szereg lat przygotowywał batyskaf do osiągania ekstremalnych głębokości (jak wiadomo, maksymalna głębokość oceanu wynosi nieco ponad 11 000 m).
Jako matematyk O. Picard wykluczał przypadek i był pewien sukcesu. Kiedy pewnego dnia w związku z nurkowaniem na 3150 m zapytano go, czy ma jakieś obawy, że jego próba się nie powiedzie, odpowiedział:
„Matematyka nigdy się nie myli. Moja podróż na głębokość 3150 metrów była bezpieczna. Co może się nam przydarzyć? Trzęsienia ziemi, meteoryty, burze... Nic nie jest w stanie przeniknąć do naszej siedziby wiecznej ciszy. Potwory morskie? Nie wierzę w nich. Ale nawet gdyby istnieli i zaatakowali nas, nie byliby w stanie zrobić nic poza wybiciem zębów o stalowy poszycie naszej łodzi. A gdyby wielka ośmiornica chciała nas przytrzymać swoimi mackami na dnie morza, wytworzylibyśmy siłę nośną dziesięciu ton – nie boimy się żadnych macek. Moja podwodna podróż była zatem bezpieczna. Dla mnie po nurkowaniu znacznie bardziej niebezpieczne jest wspinanie się z małej łódki na statek po drabinie sztormowej na wzburzonym morzu.
Ale pojawiło się kolejne pytanie: „Co zrobisz, jeśli batyskaf wpadnie pod półkę skalną?” Picard wzruszył ramionami: „Tak, więc… w takim razie będziesz musiał pozostać na dole, jeśli nie uda ci się uwolnić na czas poprzez odwrócenie śmigła”.
Oczywiście naukowiec miał dość jasne pojęcie o stopniu „bezpieczeństwa” nurkowania w łodzi podwodnej. Jak pokazały zejścia francuskiego aparatu FNRS-3, niebezpieczeństwo wpadnięcia pod półkę podwodnej skały nie okazało się aż tak iluzoryczne. Poza tym na odważnych pionierów nurkowania głębinowego na dnie morza czekają inne nieprzewidziane niebezpieczeństwa i wypadki, takie jak potężne osuwiska i lawiny miękkiego mułu staczające się po stromych zboczach podwodnych kanionów i wiele innych nieznanych.
Triest również musiał spotkać się z niektórymi z tych niespodzianek.
Jak już wspomniano, przeróbkę batyskafu FNRS-2 rozpoczęto na początku 1949 roku. Zdecydowano o pozostawieniu kuli batyskafu w stanie nienaruszonym i całkowitej wymianie skorupy kadłuba wypornościowego, który nie przeszedł testu jesienią 1948 roku pod Dakarem . Prace adaptacyjne postępowały bardzo powoli: dopiero w październiku 1950 roku doszło do zawarcia porozumienia pomiędzy Francją a Belgią w sprawie budowy nowego korpusu batyskafu wokół starej kuli FNRS-2. W 1951 roku profesor Picard zapewnił niezbędne konsultacje podczas budowy FNRS-3, ale od 1952 roku swoją główną uwagę skupił na Trieście.
Główne prace przy budowie FNRS-5, podobnie jak Triest, przeprowadzono w 1952 roku. Budowę obu okrętów zakończono niemal jednocześnie – FNRS-3 – w maju, Triest – w lipcu 1953 roku.
6 sierpnia 1953 roku na batyskafie FNRS-3 komandor porucznik Uau i inżynier porucznik Wilm, oficerowie francuskiej marynarki wojennej, zeszli na głębokość 750 m.
12 sierpnia 1953 r. Uo i William zatonęli w pobliżu przylądka Kepet na głębokość 1550 m, a 14 sierpnia - na głębokość 2100 m. Podczas ostatniego nurkowania zepsuła się echosonda, a bez niej badacze nie mogli odważ się opaść na dno w bezpośrednim sąsiedztwie skalistego przylądka.
Po nurkowaniach próbnych zdecydowano się przenieść do Dakaru, aby tam wykonać rekordowe nurkowanie na głębokość 4000-4500 m. Zejście to zaplanowano na grudzień - styczeń - najlepszy czas na dominację stabilnych słabych pasatów. Dowiedziawszy się jednak, że 30 września profesor Picard zatonął na rzece Triest na głębokość 3150 m, pod wpływem sensacyjnej prasy, Uo i Wilm zmuszeni byli podjąć natychmiastową próbę pobicia tego rekordu na Morzu Śródziemnym. Ich próba ustanowienia rekordu, która miała miejsce 30 listopada, nie powiodła się z powodu awarii wskaźnika poziomu wody, który zastąpił benzynę po zatonięciu batyskafu.
Następnie podczas nurkowania w Morzu Śródziemnym Uo wraz ze słynnym płetwonurkiem Cousteau dotarł na dno 11 grudnia 1953 roku na głębokość 1200 m w kanionie w pobliżu Cape Kepet, niedaleko Tulonu. Podczas schodzenia zaobserwowali dość obfite życie: bardzo gęsty plankton, krewetki, meduzy na średnich głębokościach (200-750 m). Poniżej 750 m życie stało się uboższe, a na samym dnie, głębiej niż 1000 m, znów stało się bardziej obfite. Tutaj Cousteau zaobserwował kałamarnicę, a na samym dole trzy duże rekiny, długie na około dwa metry, z wyłupiastymi oczami w kształcie kuli.
W styczniu 1954 roku FNRS-3 dostarczono do Dakaru, a już 21 stycznia Uo i Wilm wykonali próbne nurkowanie na głębokość 750 m, aby sprawdzić sprzęt przed rekordowym nurkowaniem. Schodząc na dół, zaobserwowali obfite życie. Plankton był być może mniej gęsty niż w pobliżu Tulonu, ale zawarte w nim organizmy były większe. Uo i Wilm widzieli krewetki, meduzy i różne ryby. Oni, nie będąc specjalistami, nie potrafili zidentyfikować wielu z nich. W pobliżu dna napotkali rekiny o długości 1,5-2 m, a na dnie gigantycznego kraba ze skorupą o średnicy 40 cm. Podczas tego nurkowania batyskaf niesiony był w dół zbocza dna przez silny prąd podziemny z prędkością około 1-2 węzłów.
Pod koniec stycznia 1954 r. wykonano kontrolne zejście bez ludzi na głębokość 4100 m, a 14 lutego miało miejsce rekordowe nurkowanie batyskafu na dno na głębokość 4050 m. Uo i Wilm byli w izba. Zejście odbyło się 100 km od wybrzeża (od Dakaru) i zakończyło się całkiem pomyślnie. Trwało to 5,5 godziny, wliczając w to dość długi pobyt na dnie morza.
Szybkość opadania i wynurzania była zbyt duża, aby przeprowadzić szczegółowe obserwacje wszystkiego, co działo się na zewnątrz łodzi podwodnej. Niezwykła sytuacja zmusiła nas do zwrócenia większej uwagi na wszystkie instrumenty. Dopiero na dole udało się dokonać przypadkowych obserwacji. Uo zapewnia, że ​​na dnie znajdowała się rzadka gleba i biały piasek. Włączył silniki i wykonał ruch podwodny po dość płaskim dnie morskim. Czasami na piasku pojawiał się samotny kwiat - ukwiał, zaskakująco podobny do tulipana. I wreszcie, tuż przed wynurzeniem, badaczom udało się zobaczyć rekina głębinowego z bardzo dużą głową i ogromnymi oczami. Nie zareagowała w żaden sposób na jasne światło reflektorów łodzi podwodnej. Kilka minut po spotkaniu z rekinem elektromagnesy automatycznie się wyłączyły, co spowodowało zrzucenie akumulatorów elektrycznych na dno. Odciążyło to batyskaf o 120 kg i spowodowało jego szybkie podniesienie.
Wszystkie dotychczasowe nurkowania FNRS-3 miały charakter testowy i miały na celu sprawdzenie niezawodności urządzenia, spójności pracy poszczególnych jego części oraz zdobycie doświadczenia przez załogę. Jednak wraz z rekordowym nurkowaniem era testów dobiegła końca. „Od dzisiaj łódź podwodna należy do nauki” – powiedział Uo po zejściu na dół. I rzeczywiście odtąd naukowiec, najczęściej biolog, prawie zawsze brał udział w zejściach razem z pilotem.
Już w kwietniu 1954 roku Uo wykonał dwa zejścia na dno w pobliżu Dakaru wraz z biologiem Théodorem Monodem, a 16 maja tego samego roku FNRS-3 powrócił do Tulonu, gdzie od lipca do września wykonał 10 nurkowań. 5 z nich znalazło się na dnie, na głębokość 2100-2300 m. Podczas jednego z takich zejścia Uo wylądował na krawędzi pionowego klifu. Uo obawiał się, że urwisko może być krawędzią wąskiej szczeliny, w której zaklinuje się batyskaf. Nie bez nieśmiałości wprawił śmigło w ruch, zbliżył się do krawędzi klifu i kontynuował zejście po całkowicie pionowej ścianie. Wysokość muru sięgała 20 m.
W kolejnych latach FNRS-3 kontynuował regularne nurkowania głębinowe. W ciągu 4 lat wykonano na nim 59 nurkowań, z czego 26 pod okiem biologów. W 1955 r. batyskaf został wystawiony na wystawie w Paryżu, a w 1956 r. ponownie eksplorował głębiny Oceanu Atlantyckiego u wybrzeży Portugalii.
W 1958 roku FNRS-3 został wydzierżawiony przez Japonię do badań na północnym Pacyfiku. W okresie sierpień - wrzesień 1958 batyskaf wykonał 9 nurkowań na wschód od Wysp Japońskich, z czego najgłębsze osiągnęło 3000 m. Na tej głębokości, poprzez ruch wzburzonego mułu i planktonu względem dna, naukowcy ustalili obecność prąd dolny. Prędkość przepływu wynosiła około 2 cm na sekundę.
W innym miejscu, na głębokości 2800 m, badano skutki aktywności wulkanicznej. Odkryto tu dużą liczbę dużych fragmentów skał (do 1,5 m) o świeżej powierzchni spękań. Czasami na ziemi odnotowywano ślady ruchu tych fragmentów. I na tej głębokości zauważono prąd denny.
Na głębokości około 500 m badacze odkryli warstwę skoku temperatury wody. Na tej głębokości temperatura gwałtownie spada z 15 do 4-5°. Warstwa skoku oddziela górną ciepłą wodę Kuro Sivo od dolnej zimnej wody Oya Sivo. W warstwie nagromadziły się głębinowe meduzy i skorupiaki, ale nie było ryb. Pod względem obfitości życia na dużych głębokościach Ocean Spokojny przewyższa nawet Ocean Atlantycki i Morze Śródziemne.
Badania nad FNRS-3 przyniosły wiele nowych odkryć naukowych. Zasadniczo otworzyli biologom świat głębin, pokazali geologom dno morskie w jego naturalnej postaci i przekazali oceanografom wiele cennych obserwacji.
Uo w jasny i precyzyjny sposób opisał nieznane dotychczas zjawisko – podwodne lawiny: „Częste i niestety niebezpieczne zjawisko, które niepokoi nurków w kanionach: podwodne lawiny. Kontakt batyskafu lub jego łańcucha hydraulicznego ze ścianą kanionu, a nawet uwolnienie kilku funtów balastu powoduje oddzielenie małych kępek mułu. Pod wpływem własnej grawitacji zaczynają staczać się w dół zbocza. W tym samym czasie inne grudki oddzielają się i rosnąc tworzą lawinę. Nad dnem morza pojawia się ogromna ciemna chmura. Następnie zanurzamy się w takiej ciemności, że nasze reflektory nie są w stanie jej przebić, i możemy tylko czekać, aż wirujące chmury przerzedzą się. Jeśli prąd morski jest słaby, zajmie to 15 minut lub nawet pół godziny.
Jedna lawina była tak silna, że ​​chmura nie rozstąpiła się po godzinie. Postanowiliśmy opuścić dno i wydostać się z naruszonego obszaru. Aby dotrzeć do czystej wody, trzeba było wspiąć się na wysokość około 300 metrów”.
Waugh uważa, że ​​jednym z odkryć FNRS-3 jest wykrycie bardzo silnych prądów na dużych głębokościach. To prawda, że ​​\u200b\u200bnie wykonano żadnych instrumentalnych pomiarów prędkości tych prądów, ponieważ nie było jeszcze możliwe zainstalowanie na batyskafie wystarczająco niezawodnych mierników prądu. Jednak obserwacje zawieszonych cząstek unoszących się obok stojącego batyskafu pozwoliły w przybliżeniu określić siłę prądu i za pomocą kompasu jego kierunek. Aktualna prędkość w niektórych miejscach sięgała 1-2 węzłów (2-3 1/2 km na godzinę).
Szczególnie cenne są obserwacje organizmów żywych w ich naturalnym środowisku. Wiele takich obserwacji uważa się w nauce za odkrycia. Dlatego uważano, że bardzo wydłużone płetwy brzuszne i ogonowe głębinowych ryb bentozaurów służą jako narządy dotyku. Po badaniach przeprowadzonych na batyskafie stało się jasne, że te „płetwy” są używane przez ryby jako „nogi”. Uo nigdy nie widział ich w innej pozycji niż ta pokazana na zdjęciu.
Poczyniono interesujące obserwacje dotyczące zachowania krewetek. Pod wpływem reflektorów bardzo się pobudziły i zebrały w tak gęstą masę, że czasami konieczne było przerwanie pracy i powrót na powierzchnię ze względu na całkowitą niemożność dokonania jakichkolwiek obserwacji. W pobliżu dna nurkują z dużą prędkością, dotykają dna, zostawiając na nim ślady, i ponownie wynurzają się. Duże krewetki o niesamowicie czystym różowym kolorze zachowują się spokojniej.
Batyskaf umożliwił stwierdzenie obecności dużych zwierząt na dnie głębin morskich (rekinów na głębokości 4050 m w pobliżu Dakaru). Podczas zejścia odkryto nowe gatunki ryb, nieznane dotychczas nauce. Obserwacje Uo dotyczące zachowań mieszkańców głębin morskich doprowadziły go do przypuszczeń, że wiele zwierząt głębinowych jest najprawdopodobniej ślepych (bentozaur, niektóre płaszczki, prawdopodobnie rekiny głębinowe). Ale jednocześnie mają coś w rodzaju instalacji lokalizującej, czyli mają specjalny aparat niczym czuły narząd nietoperza, który pozwala im umiejętnie omijać przeszkody podczas pływania na ślepo. Uo doszedł do tego wniosku zauważając, że ryby w ogóle nie odczuwają silnego światła reflektorów, a jednocześnie swobodnie omijają wszystko, nawet najmniejsze przeszkody na dnie morza.
Batyskaf „Triest” został przejęty przez USA w 1959 roku. W fabrykach Kruppa wyprodukowano dla niego nową, szczelną komorę batysferyczną, zaprojektowaną z myślą o dotarciu do ekstremalnych głębokości oceanicznych. Na nim 15 listopada 1959 r. w Rowie Mariańskim, niedaleko wyspy. Guam, wykonano nurkowanie głębinowe na głębokość 5670 m (18600 stóp). Na statku znajdowali się: syn Auguste'a Picarda, Jacques'a Picarda i Amerykanin A. Regnitouer. Uzyskano zdjęcie dna.
9 stycznia 1960 roku w tym samym rejonie Triest zatonął na głębokość 7320 m (24 000 stóp), a 23 stycznia J. Picard i jego asystent, Amerykanin Dan Walsh, dotarli na dno w najgłębszej części oceanu. Rów Mariański. Instrumenty z Triestu zarejestrowały głębokość 6300 sążni (11520 m). Jednak po wprowadzeniu poprawek rzeczywista głębokość nurkowania okazała się 10919 m.
Opuszczenie batyskafu na maksymalną głębokość poprzedzone zostało starannym przygotowaniem: sprawdzono wyposażenie i wytrzymałość każdego centymetra kwadratowego jego kadłuba. Na 3 dni przed zejściem ze statku pomocniczego Lewis przeprowadzono dokładne sondowanie rowu Mariana. Aby uzyskać dokładniejsze wyniki pomiarów, musieliśmy uciekać się do eksplozji na dnie oceanu. W sumie dokonano ponad 300 eksplozji ładunków trinitrotoluenu.
Planowane miejsce nurkowania batyskafu znajdowało się 200 mil morskich na południowy zachód od wyspy Guam. Miejsce nurkowania rejestrowano poprzez umieszczenie pływającego nadajnika radiowego, który okresowo wysyłał sygnały radiowe. Ponadto w rejonie zejścia rozrzucono bomby dymne i worki z barwnikiem (fluoresceiną), który zabarwił wodę morską na jasnozielony kolor. Nurkowanie rozpoczęło się w centrum tego miejsca. Akcję wsparły statki pomocnicze „Wondek” i „Lewis” pod dowództwem dr. Andreasa Regnithuera.
Zniżanie przebiegło bezpiecznie, z wyjątkiem chwilowej utraty łączności ze statkiem-matką. Ciekawostką jest to, że utrata łączności (akustycznej) nastąpiła zarówno podczas zanurzania, jak i wynurzania na tej samej głębokości, równej 3900 m.
Na dużych głębokościach aparat stał się bardzo zimny. W gondoli gromadziła się wilgoć wynikająca z oddychania, przez co ubrania Picarda i Walsha wkrótce stały się mokre.
Naukowcy wyszli z łodzi podwodnej całkowicie mokrzy. Trzęsli się z zimna, gdyż temperatura w batysferze była prawie równa temperaturze głębokich warstw oceanu (około 2-3°C).
Zejście Triestu zajęło 4 godziny 48 minut, a wejście na górę 3 godziny 17 minut. Łódź podwodna pozostawała na dnie przez 30 minut.
Zarówno podczas schodzenia, jak i wynurzania badaczom w świetle potężnych reflektorów udało się wykryć mieszkańców głębin oceanicznych. Życie było wszędzie, aż do samego dna. W powierzchniowych warstwach oceanu, przez iluminator, można było zobaczyć białe ciała rekinów; w środkowych warstwach dominowały krewetki i plankton; na żółtawym dnie zagłębienia, w świetle zewnętrznego reflektora, badacze zobaczyli zwierzę srebrzyste, podobne do flądry, o długości około 30 cm i całkowicie płaskie, z wyłupiastymi oczami w górnej części głowy. Zwierzę poruszało się po dnie, zbliżając się do łodzi podwodnej i wcale nie bało się światła reflektorów. Kolejnym żywym organizmem była gigantyczna krewetka (długość około 30 cm), która spokojnie pływała dwa metry od dna zagłębienia.
Znalezienie ryb i krewetek na tak dużej głębokości wydaje się być poważnym odkryciem naukowym, gdyż do niedawna ryby znajdowano na głębokości do 7200 m, a krewetki tylko do 5000 m.
Zejście Picarda i Walsha na dno najgłębszej depresji Oceanu Światowego udowodniło pełną możliwość długotrwałego pobytu człowieka na największych głębokościach oceanu w pojeździe autonomicznym. Otwiera to przed ludzkością kuszące perspektywy eksploracji i przemysłowego wykorzystania bogactw mineralnych dna oceanu. Niewykluczone, że batyskaf znajdzie szerokie zastosowanie w odwiertach głębinowych, w szczególności przy realizacji tzw. „projektu Moho”, polegającego na przewiercaniu się warstwy osadów dennych o miąższości około 1 km i przez warstwę ziemską skorupa, sięgająca zaledwie 5-8 m poniżej dna oceanu km (pod ziemią jej grubość wynosi 30-40 km). Te operacje wiertnicze mają być przeprowadzane na otwartym oceanie ze statku zakotwiczonego.
Batyskaf jest ważnym narzędziem współczesnych badań oceanograficznych. Pozwala obserwować życie na głębokościach, zorientować się w topografii dna morskiego ze szczegółami jego rzeźby, takimi jak małe dziury, dziury, kopce, średniej wielkości grzbiety i jakby sastrugi na dnie morskim . Są zbyt duże, aby uchwycić je kamera, ale zbyt małe, aby można je było wykryć na taśmie echosondy. Ponadto podczas nurkowań głębinowych mierzone są prądy denne, selektywnie pobierane są próbki gleby z wizualną kontrolą tego procesu, mierzone są grawitacje na dnie głębinowych, badane są warunki rozchodzenia się dźwięku w środowisku morskim, o wiele wiele więcej.
Nic dziwnego, że projektanci w wielu krajach pracują nad udoskonaleniem batyskafu. W USA w 1959 roku zakończono budowę batyskafu Setase. Jego projektant, inżynier Edmund Martin, wziął pod uwagę doświadczenia związane z budową i eksploatacją Triestu i FNRS-3. Przede wszystkim osiągnął dużą niezależność aparatury od statku-matki. Batyskaf wyposażony jest w dwa silniki wysokoprężne, zapewniające prędkość naziemną do 10 węzłów. Statek posiada 160-godzinną rezerwę oleju napędowego, która pozwala na samodzielne przebycie 1600 mil morskich (3000 km). Pod wodą, korzystając z zasilania akumulatorowego, łódź podwodna może przepłynąć 72 km z prędkością 7 węzłów (13 km/h).
Inną cechą Setase jest jego stosunkowo duża załoga. W kabinie komfortowo pomieści się 5 osób (w tym kamerzysta i fotograf). Całkowita masa batyskafu w powietrzu wynosi 53 tony, długość lekkiego kadłuba 13 m. Szacowana głębokość nurkowania to 6 km.

Woda, jeśli jej ciśnienie jest mocne, zmywa wszelkie przeszkody. Równie spontanicznie, trzysta milionów lat temu, życie przekroczyło barierę przybrzeżną, wylało się na ląd i zawładnęło wcześniej niedostępnym i obcym dla niego światem. A dzisiaj my, ludzie, pragniemy stać się stworzeniami ziemnowodnymi. „Ludzkość potrzebuje „restrukturyzacji” w kierunku oceanu – to jest nieuniknione…” – stwierdził słynny radziecki naukowiec, akademik L. A. Zenkiewicz, wyrażając opinię wielu osób.

Dlaczego ten krok jest potrzebny i co da? Zwykle w takich przypadkach mówi się, że ocean może i powinien stać się spichlerzem rosnącej ludzkości. Prawda. Prawdą jest również, że na dnie Oceanu Światowego znajdują się niezliczone zasoby ropy i metali, których czasami brakuje już na lądzie, a kolosalne bogactwa najrzadszych i najcenniejszych pierwiastków rozpuszczają się w samej wodzie. Ale życie w swoim czasie przeniosło się również na ląd w pogoni za pożywieniem, energią i przestrzenią. Znalazła tam to wszystko, ale znalazła też coś jeszcze: spirala ewolucji rozwinęła się na lądzie niczym źródło, w wyniku czego pojawiła się inteligencja. Jakiego rodzaju impuls otrzymamy? Opanowanie nowego środowiska wzbogaci nasz świat duchowy, a przeszkody na drodze wyostrzą nasze umysły. Rozwój oceanu jest nierozerwalnie związany ze wszystkimi jego korzeniami z dobrobytem ludzkości. „Przez ciernie do gwiazd” – starożytni Rzymianie mieli rację.

Trzeba jednak powiedzieć, że nie wszyscy naukowcy są jednomyślni w swojej opinii co do tego, jakie metody i środki należy zastosować do badania głębin morskich, na początek – najbliższego nam i najbardziej dostępnego szelfu, czyli zbocza kontynentalnego, rozciągającego się na 100 m -300 kilometrów od wybrzeża. Na przykład wielu oceanologów uważa, że ​​badania naukowe oceanów, poszukiwanie i wydobycie zasobów mineralnych, instalacja i naprawa sprzętu oraz układanie rurociągów powinny zostać przeniesione na zdalnie sterowane maszyny i roboty. „Czasami” – twierdzi słynny amerykański oceanograf Arthur Flechsig – „słyszy się argument przeciwko obecności człowieka w żywiołach morza. Chodzi o to, że zamiast ludzi można wysłać w głębiny instrumenty i maszyny, które poradzą sobie z zadaniami równie dobrze, jeśli nie lepiej, albo przynajmniej całkiem skutecznie. Wykorzystywanie ludzi jest oczywiście niepotrzebne, jeśli zadania są czysto proste... Jednakże, biorąc pod uwagę badanie złożonych zjawisk, stwierdzenie to, moim zdaniem, reprezentuje zwykły nonsens lub, bardziej miłosiernie, arbitralną opinię. Rzeczywiście, doświadczenie pracowników naftowych na morzu pokazuje, że w zdecydowanej większości przypadków podczas wykonywania skomplikowanych i ważnych prac pod wodą konieczna jest obecność człowieka. Czy technologia ulegnie poprawie? To prawda, ale złożoność zadań też będzie rosła, a roboty tak doskonałe jak ludzie to utopia w dającej się przewidzieć przyszłości.

Zatem osoba najprawdopodobniej sama musi zamieszkiwać głębiny morskie. Czy jest do tego zdolny? Woda, ciśnienie, ciemność... Można na przykład nurkować, ale żyć?

Lata i metry

Eksplorację oceanów często porównuje się do eksploracji kosmosu. Metody eksploracji okazały się jednak odwrotne: stacje automatyczne jako pierwsze poleciały w kosmos, a sam człowiek wkroczył do oceanu. Najpierw „bez niczego” – na głębokość kilkudziesięciu metrów. Następnie – już w XIX w. – ubrany w skafander kosmiczny, który pozwolił mu zejść na głębokość 80 metrów i tam pracować przez krótki czas. Jednak, jak słusznie zauważył Jacques-Yves Cousteau, „nurek w swoich ciężkich ołowianych butach okazał się żałosnym i niezręcznym więźniem żywiołu wody”…

Nurkowanie swobodne ze sprzętem do nurkowania radykalnie zmieniło sytuację. Dzięki nurkowaniu człowiek w końcu poczuł się jak ryba w wodzie. Nurkowanie na głębokość 40-50 metrów stało się dostępne dla każdego zdrowego człowieka i po raz pierwszy ludzie naprawdę zobaczyli piękno podwodnego świata.

Ale nurkowanie nie dało mi władzy nad głębinami. Im niżej osoba nurkuje podczas nurkowania, tym bardziej niebezpieczne jest dla niego sprężone powietrze, którym oddycha: przesycenie tlenem powoduje drgawki i uszkodzenie płuc, a przesycenie azotem „odurza” pływaka i prowadzi do choroby dekompresyjnej. Te bariery fizjologiczne wydają się szczelnie blokować dostęp człowieka do głębin. Wystarczy przypomnieć sobie na czym polega istota choroby dekompresyjnej: azot wstrzyknięty pod ciśnieniem rozpuszcza się w tkankach organizmu, a następnie w trakcie gwałtownego wzrostu wrze, niczym dwutlenek węgla przy odkorkowaniu szampana. Aby uniknąć obrażeń i śmierci, osoba zmuszona jest wspinać się bardzo powoli, asekurując się na każdym kroku. Dla głębokości 150-200 metrów czas dekompresji jest tak długi, że praca nurkowa staje się bezproduktywna: za minuty pracy na dnie trzeba zapłacić za godziny wyczerpującego wynurzania.

Zadziwiające jest jednak, jak szybko te pozornie „nie do pokonania” bariery zostały pokonane! Teraz to, co jeszcze 10-15 lat temu wydawało się czystą fantazją, staje się rzeczywistością: zejście na głębokość ponad pół kilometra. Dotychczas jednak takie głębokości osiągano jedynie w komorze hydraulicznej. Ale tak naprawdę oznacza to, że półka jest teraz otwarta dla człowieka.

Sukces kojarzony jest przede wszystkim z nazwiskiem młodego szwajcarskiego naukowca Hansa Kellera, który odważył się zasugerować, że niemożliwe jest możliwe, przeprowadził kolosalną pracę badawczą i przetestował na sobie swoje teoretyczne obliczenia. Praw fizjologii nie można zmienić, ale skład mieszaniny oddechowej, sposób oddychania, nurkowania i wynurzania można zmieniać według potrzeb. Tutaj są miliony opcji! Czy naprawdę w tej nieskończoności nie ma ludzi, którzy „przeprowadziliby” człowieka przez wszystkie niebezpieczeństwa? Fakt ten mówi wiele o ilości wykonanej tutaj pracy. Keller obliczył na komputerze 250 tysięcy wariantów mieszaniny gazów do oddychania, gdy człowiek podnosi się z głębokości 300 metrów. Produkty w postaci tabel z różnymi opcjami wyjścia nurka na powierzchnię ważyły ​​9 kilogramów! Z tym naprawdę cennym ładunkiem naukowiec udał się nad jezioro Lago Maggiore, gdzie po zejściu na głębokość 222 metrów wyszedł z powrotem, spędzając na wzniesieniu zaledwie 53 minuty. Dla porównania: Anglik George Wookey, który w 1956 roku osiągnął rekordową głębokość 180 metrów, wydostał się na powierzchnię w ciągu dwunastu godzin!

Później Keller pobił swój własny rekord: „zanurzając się” w komorze wodnej na głębokość 300 metrów, „wypłynął na powierzchnię” w 48 minut…

Jaki jest sekret? Tak wygląda jeden ze sposobów wyjścia z głębokości 300 metrów, zaproponowany przez Kellera. Na głębokości 300-90 metrów nurek oddycha mieszaniną helu i tlenu. Od 90 do 60 metrów wykorzystuje cięższą mieszaninę azotu i tlenu. Od 60 do 15 metrów oddycha powietrzem argonowo-tlenowym, a od 15 metrów czystym tlenem. Jednocześnie nowe kombinacje gazów wydają się neutralizować szkodliwe działanie poprzednich.

Sprawy potoczyły się szybko, gdy tylko ogólna zasada została zrozumiana, przyswojona i przetestowana. W latach 1960-1962 Keller zanurkował w specjalnej komorze ciśnieniowej na głębokość 400 metrów. W 1970 roku Brytyjczycy odtworzyli zejście na głębokość 457 metrów. W listopadzie tego samego roku dwóch Francuzów osiąga wysokość 520 metrów. W 1972 roku odebrano linię o długości 565 metrów. Potem... Ale o tym później.

Radość przyćmiła tylko jedna okoliczność: we wszystkich tych eksperymentach osoba „była na dnie” nie dłużej niż dwadzieścia minut. Okazało się, że człowiek może osiągnąć głębokość pół kilometra, ale nie jest w stanie ich opanować. Jednak rozczarowanie nie trwało długo: odkryto, że łatwo było stworzyć warunki, w których czas dekompresji praktycznie nie zależał od czasu przebywania człowieka na dużych głębokościach. Oznaczało to, że gdyby na dnie morza zbudowano dom ze stałą atmosferą i wszystkimi udogodnieniami, człowiek mógłby w nim mieszkać tygodniami, miesiącami, a jedynie po dotarciu na powierzchnię musiałby przejść dekompresję.

Kronika urbanistyki podwodnej

Podwodne domy zaczęły pojawiać się jeden po drugim. Pierwszy taki dom postawił w 1962 roku Jacques-Yves Cousteau na głębokości 10 metrów w pobliżu Marsylii („Prekontynent-I”). Dwóch akwanautów mieszkało w nim przez 196 godzin i udowodniło, że teoria jest słuszna. Dalsza kronika wygląda tak. 1963: „Prekontynent-II”, w którym ludzie mieszkali przez miesiąc (głębokość zanurzenia domu wynosi 11 metrów). „Prekontynent II” – napisał Cousteau – „przekonał naszą grupę, że stacje przemysłowe i naukowe na dnie morza staną się powszechne jeszcze za naszego życia”. 1964: Amerykanie instalują podwodny dom Silab-I na głębokości 59 metrów. Niemal jednocześnie akwanauci John Lindbergh i Robert Stenuis spędzają dwa dni na głębokości 130 metrów w „namiocie kempingowym”. 1965: Sealab-II schodzi na głębokość 60 metrów. Kierownik pracy, George Bond, tym razem wybrał „...najczarniejszą, najzimniejszą, najstraszniejszą…” wodę, jaką mógł znaleźć na skraju podwodnego kanionu. „Postanowił udowodnić, że człowiek może przez długi czas wykonywać pożyteczną pracę w warunkach... odpowiadających rzeczywistej sytuacji na dużych głębokościach...”. Mieszkańcy Sealab-II spędzili na dnie 45 dni. „Życie w głębinach oceanu było tak niezwykłe i fascynujące, że nie miałbym nic przeciwko wybudowaniu dla mojej rodziny letniego domku pod wodą” – pół żartem zauważył jeden z uczestników doświadczenia.

Ciekawostka: pionier głębin morskich Jacques-Yves Cousteau zamierzał umieścić swój „Prekontynent-III” na głębokości 33 metrów. Dowiedziawszy się o wynikach eksperymentu z Silabem, postanowił natychmiast zanurzyć swój podwodny dom na głębokość 110 metrów. „Życie jest krótkie i trzeba zrobić jak najwięcej!”

W Precontinent-IV ludzie pracowali przez trzy tygodnie na głębokości 110-130 metrów. Stało się to w tym samym 1965 roku. Nawiasem mówiąc, oceanauci zamontowali na dnie wieżę wiertniczą. Udowodniono, że na dużych głębokościach człowiek może wykonywać skomplikowane i trudne prace nawet szybciej niż na lądzie.

1969: podwodne laboratorium „Sileb-III” zostało opuszczone do wód Oceanu Spokojnego na głębokość 183 metrów. Wkrótce jednak zauważono wyciek powietrza. Z powierzchni wezwano zespół ratunkowy. Niespodziewanie podczas prac remontowych jeden z członków załogi umiera na zawał serca...

Czy ta tragedia opóźniła wypłynięcie na głębokie morze? Oceńcie sami. Dziesięć lat temu rząd USA wydał 29 milionów dolarów na podwodne badania i technologię. Teraz - 500 milionów. W ciągu najbliższych dziesięciu lat planuje się wydać 5 miliardów.

Kronika będzie niepełna, jeśli nie uwzględnimy prac badaczy z innych krajów. Radzieccy naukowcy utworzyli na Morzu Czarnym około dziesięciu podwodnych osad. Kubańscy naukowcy wraz z czechosłowackimi kolegami zainstalowali Caribe-I w pobliżu Hawany. Holandia, Włochy i Japonia rozpoczęły lub rozpoczynają eksperymenty z domami podwodnymi. Wszystkie te prace nie wyglądają tak rewelacyjnie, jak dzieła Francuzów i Amerykanów, ale mają w sobie wiele wyjątkowych rzeczy. Na przykład holenderscy akwanauci jedzą głównie owoce morza. We Włoszech ukończono projekt miasteczka naukowego, które ma powstać na dnie jeziora pod Rzymem.

Obecnie prawie wszyscy naukowcy na świecie są zgodni co do jednego: zagospodarowanie szelfu Oceanu Światowego nastąpi w ciągu najbliższych dziesięciu–piętnastu lat.

„Zanurkuję tysiąc metrów!”

Ludzki umysł jest zaprojektowany w taki sposób, że nigdy nie jest zadowolony z tego, co zostało osiągnięte. Płycizny kontynentalne wkrótce zostaną zagospodarowane, wszystko jest w tej kwestii jasne. A co z głębinami oceanu? Czy kiedyś będą dostępne?

Tak. A stanie się to najprawdopodobniej w ciągu naszego stulecia. Według wielu ekspertów w ciągu najbliższych 30-40 lat zostanie podjęta próba zbudowania w centrum Atlantyku miasta dworcowego z mieszkaniami i sklepami, instytutami i fabrykami, szpitalami i teatrami, ulicami i restauracjami. Będzie to jednak wymagało przezwyciężenia trudności nie mniej niż podczas lądowania ludzi na Księżycu.

Zacznijmy od tego, że na głębokości 3500 metrów, gdzie ma powstać stacja, ciśnienie jest tak duże, że nowoczesny okręt podwodny spotkałby tam los pudełka zapałek złapanego przez prasę kuźniczą. Ogólnie rzecz biorąc, metal raczej nie nadaje się do takiej konstrukcji: nacisk zgniatania może znaleźć w nim najbardziej mikroskopijne pęknięcie i rozbić całą konstrukcję. Fakt, że metalowe batyskafy zapadły się na duże głębokości, nie powinien nas zbytnio pocieszyć, bo kompresja trwająca godzinami to jedno, a kompresja, która trwa latami, to zupełnie coś innego.

To prawda, że ​​​​przyroda coś nam tutaj mówi. Tym samym pomysł na projekt „Prekontynentu-II” został zainspirowany rozgwiazdą, a zarysy nowej stacji „Sileb”, zaprojektowanej przez Amerykanów (załoga – 40 osób, głębokość nurkowania – 200 metrów), przypominają ośmiornicę rozłożone na dnie. Jeszcze ciekawsze rozwiązania inżynieryjne odkrywa się podczas badania radiolarianów i okrzemek. To naprawdę niewyczerpany katalog najpiękniejszych budowli testowanych przez naturę na dużych głębokościach.

Ale co z materiałem? Jeśli stale i stopy nie są dobre, czy można je czymś zastąpić?

W zasadzie materiał na podwodne miasta został już znaleziony. To jest szkło. Ta delikatna substancja ma jedną niesamowitą cechę: pusta szklana kula zanurzona w wodzie staje się mocniejsza z każdym metrem. Eksperci nazywają to fenomenalne zjawisko głębokim hartowaniem. Pierwszy eksperymentalny model przyszłego mieszkania w kształcie kuli został wykonany ze specjalnego rodzaju szkła i przetestowany w 1969 roku na głębokości 3500 metrów. Szkło doskonale wytrzymywało nacisk.

No cóż, jak człowiek będzie się czuł na takich głębokościach? Nie można nadać ciału innego kształtu, nie można zastąpić mięśni innym materiałem. Na człowieka spadną setki atmosfer ciśnienia - ale to jak leżeć pod prasą kuźniczą!

Mimo to Hans Keller oświadczył, że zanurkuje na głębokość tysięcy metrów. Przechwalanie się? Organizmy morskie żyją nawet w najgłębszych depresjach. Ale nie oddychają powietrzem, ich ciało jest „zaprojektowane” na głębokości wielu kilometrów, podczas gdy ciało ludzkie…

Okazało się jednak, że wyraźnie nie doceniamy możliwości naszego organizmu. Oceńcie sami. Hans Keller zaraz zanurkuje na głębokość tysięcy metrów. Cousteau planuje żyć na tej głębokości (Projekt Precontinent-VII). Nie można podejrzewać tych osób o zamiar popełnienia samobójstwa w tak ekstrawagancki sposób. Trzeźwo wszystko obliczyli i zważyli: człowiek może oddychać i pływać na głębokości kilometra!

„Ale to jest granica” – natychmiast zauważyli niektórzy eksperci. „Głębokość tysiąca metrów to naturalna granica, poniżej której człowiek nie może spaść”.

Gdy tylko opracowano tę prognozę, czterech ochotników zatrzasnęło za sobą właz komory ciśnieniowej i „zatonęło” na głębokość 1520 metrów! Odważni Amerykanie spędzili w komorze ciśnieniowej cztery godziny; nawiasem mówiąc, bez szkody dla zdrowia.

Czy powinienem oddać płuca?

Zawsze byli, są i będą naukowcy, którzy nie lubią tradycyjnych ścieżek. Komory hiperbaryczne, tryby i mieszaniny oddechowe wygrywają dla jednej osoby sto metrów zanurzenia, a mimo to nie ma szczególnej nadziei, że w rezultacie akwanauci będą czuli się pewnie na dowolnej głębokości. Czy zatem nie lepiej wybrać okrężną drogę? Jeśli zwykły sposób oddychania nie pozwala osiągnąć celu, należy zmienić sposób oddychania i to wszystko. Niech człowiek nauczy się oddychać... wodą!

Gdyby pomysł ten wysunął ktoś inny niż wybitny holenderski fizjolog, profesor Johannes Kilstry, to prawdopodobnie zostałby, delikatnie mówiąc, potraktowany ze sceptycyzmem. Czy płuca mogą stać się skrzelami?! Tysiące utopionych ludzi udowodniło to wyraźnie. Nie, nie, to nie jest poważne...

Rzeczywiście. Oczywiście w wodzie znajduje się rozpuszczony tlen. Ale w jednym litrze cieczy znajduje się tylko siedem mililitrów tlenu, podczas gdy litr powietrza zawiera około dwustu mililitrów tlenu. Różnica! A struktura płuc różni się od struktury skrzeli.

Niemniej jednak Kilstree nie był ani szalony, ani wizjonerski. Przecież przed urodzeniem człowiek nie oddycha powietrzem, ale płynem owodniowym. Same płuca, choć różnią się od skrzeli, pełnią podobną funkcję: w obu przypadkach tlen dostaje się do krwi przez cienkie błony komórkowe, a dwutlenek węgla jest wydalany podczas wydychania.

Aby rozwiązać problem oddychania wodą przez człowieka, argumentował Kilstree, należy usunąć dwie przeszkody. Po pierwsze, jak już powiedzieliśmy, woda pod ciśnieniem atmosferycznym zawiera 30 razy mniej rozpuszczonego tlenu niż ta sama objętość powietrza. Dlatego człowiek musi przepuścić przez płuca 30 razy więcej wody niż powietrza. Aby usunąć uwolniony dwutlenek węgla z organizmu, należy z kolei „wydychać” dwukrotnie większą ilość cieczy niż powietrza. Biorąc pod uwagę, że lepkość wody jest 36 razy większa niż powietrza, należy włożyć w to około 70 razy więcej wysiłku, co może prowadzić do wyczerpania. Po drugie, woda morska i słodka różnią się składem chemicznym od krwi, a wdychanie może uszkodzić delikatne tkanki płuc i zmienić skład płynów krążących w organizmie. Aby pokonać te przeszkody, Kilstree przygotował specjalny roztwór soli fizjologicznej, podobny pod względem właściwości do osocza krwi. Rozpuszczono w nim substancję chemiczną, która reaguje z wydychanym dwutlenkiem węgla. Następnie do roztworu wprowadzono pod ciśnieniem czysty tlen.

Pierwsze eksperymenty przeprowadzono na białych myszach. Zwierzęta doświadczalne umieszczono w zamkniętym zbiorniku wypełnionym roztworem soli fizjologicznej. Wstrzykiwano tam tlen pod ciśnieniem 8 atmosfer (przy tym ciśnieniu zwierzę otrzymywało taką samą ilość tlenu, jak podczas oddychania powietrzem). Po nurkowaniu myszy szybko przyzwyczaiły się do niezwykłego środowiska i jak gdyby nic się nie stało, zaczęły oddychać soloną i wzbogaconą w tlen wodą! I wdychali go przez dziesięć do piętnastu godzin. Jedna rekordowa mysz żyła w płynie przez 18 godzin. Co więcej, w jednym z eksperymentów Kilstree małe, niezabezpieczone zwierzęta poddano działaniu ciśnienia 160 atmosfer, co odpowiada zanurzeniu się pod wodą na głębokość 1600 metrów!

A jednak, gdy myszy powróciły do ​​normalnych warunków oddychania, większość zwierząt zmarła. Według eksperymentatorów przyczyną śmierci myszy jest zbyt miniaturowe narządy oddechowe; Kiedy zwierzęta wydostają się na powietrze, pozostała woda utknie w płucach, a zwierzęta umierają w wyniku uduszenia.

Następnie Kilstree przeszedł do eksperymentów na psach. Podobnie jak myszy, psy po pierwszych minutach zamieszania zaczęły oddychać wodą, jakby robiły to przez całe życie. Po określonej godzinie psa wyjęto z akwarium, wypompowano mu wodę z płuc, a następnie masując klatkę piersiową, zmuszono go ponownie do oddychania powietrzem. Oddychanie płucne psa zostało przywrócone bez żadnych szkodliwych konsekwencji. Później Kilstree i jego współpracownicy przeprowadzili serię eksperymentów w komorze wysokociśnieniowej, w której przebywały zarówno zwierzęta, jak i eksperymentatorzy. Psów nie zanurzano w cieczy; zmuszano ich po prostu do oddychania przez specjalne urządzenie z roztworem soli fizjologicznej z rozpuszczonym w nim pod ciśnieniem tlenem. Siedem psów przeżyło bez żadnych powikłań zdrowotnych. Jedna z nich po 44 dniach urodziła 9 zdrowych szczeniąt.

W końcu Kilstree zdecydował się spróbować na osobie oddychania wodą. Na ochotnika zgłosił się amerykański nurek głębinowy Francis Faleichik. Ze względów bezpieczeństwa badanie przeprowadzono tylko na jednym płucu. Do dróg oddechowych wprowadzono podwójny wąż. Jego końce znajdowały się w oskrzelach. W ten sposób każde płuco mogło oddychać osobno. Zwykłe powietrze wchodziło tylko do lewego płuca. Nurek wdychał natlenioną słoną wodę przez wąż do prawego płuca. Nie było żadnych komplikacji. Francis Faleichik nie miał trudności z oddychaniem. On... Jednak sam Kilstree tak o tym pisze: „Faleichik, który przez cały zabieg był w pełni przytomny, stwierdził, że nie zauważył istotnej różnicy pomiędzy powietrzem wdychanym w płucach, a wodą wdychaną w płucach. Nie odczuwał też żadnych nieprzyjemnych wrażeń podczas wdychania i wydychania strumienia płynu z płuc…”

Jednak pomimo sukcesu pierwszego eksperymentu z Faleichikiem Kilstree doskonale zdaje sobie sprawę, że jest za wcześnie na świętowanie. Chociaż płyn oddechowy dobrze zaopatrywał płuca w tlen, nie uszkadzając ich delikatnych tkanek, to przy wydychaniu nie usuwał w wystarczającym stopniu dwutlenku węgla.

Ale płynem oddechowym może być coś więcej niż tylko słona woda; są inne, bardziej odpowiednie. Do decydującego eksperymentu, gdy osoba oddycha płynem obydwoma płucami, przygotowuje się specjalny syntetyczny płyn - fluorowęglowodór, który może zawierać trzy razy więcej dwutlenku węgla i pięćdziesiąt razy więcej tlenu niż powietrze. Kolejnym etapem jest całkowite zanurzenie osoby w cieczy. Jeśli wszystko pójdzie dobrze, człowiek będzie mógł zejść na głębokość tysiąca metrów i stamtąd wznieść się bez żadnej dekompresji.

Problem oddychania wodą fascynuje w ostatnich latach wielu naukowców. Szereg ciekawych eksperymentów z „podwodnymi psami” przeprowadził Amerykanin E. Lampierre. Znaczące sukcesy w eksperymentach na myszach odnieśli radzieccy naukowcy, pracownicy kijowskiego laboratorium hydrobiniki W. Kozak, M. Irodow, W. Demczenko i inni. Entuzjaści nie mają wątpliwości, że w niedalekiej przyszłości udostępnią akwanautom aparat oddechowy, w którym ciecz będzie pełnić rolę powietrza.

Realizm fantasy

Kiedy w latach 30. pisarz science fiction A. Belyaev przedstawił w swojej powieści podwodnego człowieka Ichthyandera, eksperci byli zgodni w swoich opiniach: „Piękna fikcja, która nigdy się nie spełni”. Czas mijał i okazało się, że pisarz science fiction dostrzegł coś, czego nie dostrzegli eksperci: człowiek-amfibia to rzeczywistość przyszłości.

I nie tak daleko. I tak już na początku lat 60. w prasie amerykańskiej pojawiła się informacja, że ​​jedna z amerykańskich firm opracowuje projekt miniaturowego urządzenia do nasycania krwi tlenem. Pomysł jest taki. Do pasa nurka przymocowane są sztuczne skrzela, a wychodzące z nich węże łączą się z aortą. Płuca akwanauty są wypełnione sterylnym, nieściśliwym plastikiem, więc są jakby wyłączone, a osoba schodząc w głębiny morza oddycha przez „skrzela”, a raczej w ogóle przestaje oddychać, krew jest nasycone tlenem za pomocą sztucznych skrzeli.

Dowiedziawszy się o amerykańskim rozwoju „sztucznych skrzeli”, Jacques-Yves Cousteau przemawiał z mównicy Międzynarodowego Kongresu Okrętów Podwodnych.

„Jeśli ten projekt się urzeczywistni, sztuczne skrzela umożliwią tysiącom nowych Ichtyandrów nurkowanie na głębokość co najmniej 2 kilometrów przez nieograniczony czas!”

Nie mniej interesujące jest następujące stwierdzenie Cousteau: „Aby człowiek mógł wytrzymać ciśnienie na dużych głębokościach, należy usunąć mu płuca. Do jego układu krążenia zostanie wprowadzony wkład, który chemicznie natleni jego krew i usunie z niej dwutlenek węgla. Człowiekowi nie groziłaby już dekompresja, można było wspiąć się na Chomolungmę z piosenką na ustach. Czułby się równie dobrze na morzu, jak i w kosmosie. Pracujemy nad tym. Pierwsze eksperymenty chirurgiczne na zwierzętach zostaną przeprowadzone w 1975 r., a na ludziach w 1980 r.…”

Od tego czasu minęło około dziesięciu lat. Próbują wdrożyć pomysł Cousteau. Ale nie chodzi tu tylko o trudności techniczne problemu. Można na przykład przekształcić „człowieka lądowego” w „człowieka podwodnego”. Czy to konieczne? Czy to humanitarne? Do jakich konsekwencji doprowadzi sztuczny podział ludzi na dwie rasy?

Ścieżka zaproponowana przez amerykańskiego inżyniera Waltera Robba jest bardziej kusząca i obiecująca. Dziś badacz ten może zademonstrować chomika siedzącego w akwarium. To nie jest podwodny mieszkaniec; jego ciało nie zostało zmienione. A jednak on i biegające w pobliżu ryby mają ze sobą coś wspólnego: zarówno chomik, jak i ryba oddychają tlenem rozpuszczonym w wodzie. Rolę skrzeli pełni silikonowa folia pokrywająca chomika. Najcieńsza folia silikonowa ma jedną niezwykłą właściwość: nie przepuszcza wody, ale przepływają przez nią rozpuszczone w niej cząsteczki tlenu; Usuwa również cząsteczki wydychanego dwutlenku węgla do wody.

Niezależnie od Robba inżynier Waldemar Ayres stworzył sztuczne skrzela, tym razem dla ludzi. Z wyglądu skrzela te przypominają obszerne worki połączone wężami, zasada ich działania jest podobna do opisanej powyżej. Wniosek Ayresa był długo ignorowany przez Urząd Patentowy USA; nikt nie chciał wierzyć w możliwość stworzenia skrzeli dla człowieka. Aby przekonać nieufnych urzędników, Ayres zaprosił ich na plażę, założył skrzela i zanurkował. Pozostał pod wodą przez półtorej godziny i sceptycy musieli się poddać.

Sam Ayres jest przekonany, że stworzony przez niego aparat uczyni człowieka całkowicie amfibią. Jednak nie wszyscy naukowcy podzielają jego optymizm. Ale sama zasada nie budzi wątpliwości. Niedawno Japończycy zgłosili taką poprawę skrzeli, co pozwala na ich użycie na znacznych głębokościach.

Oddychanie wodą... Sztuczna modyfikacja ciała... Skrzela dla człowieka... Nadal nie można z całą pewnością powiedzieć, który z tych sposobów pozwoli człowiekowi stać się mieszkańcem podwodnego świata. Nie ma jednak wątpliwości, że ludzie będą mogli owocnie żyć i pracować na dowolnej głębokości. A wtedy człowiek nie jako nieśmiały, pełen podziwu gość, ale prawdziwy mistrz, w pełni uzbrojony w naukę i technologię, przybędzie do Oceanu Światowego. „To nieprawda” – pisze akademik L.M. Brekhovskikh – „że człowiek jest stworzeniem lądowym. Życie na planecie w trzech czwartych pokrytej wodą i pozostawanie istotą lądową nie jest przeznaczeniem człowieka…”

Oczywiste jest, że nie mówimy o tym, że człowiek powinien osiąść na dnie oceanu na zawsze. Nawet entuzjasta idei „homo aquaticus” Jacques-Yves Cousteau w oczekiwaniu na przyszłe podwodne miasta zauważył: „Pod słońcem jest nam dobrze”. Dodajmy: człowiek jest na ogół nierozerwalnie związany ze słońcem. Ciągle potrzebuje swojego światła, ciepła, swobodnego wiatru, zapachu kwiatów, szelestu liści. Stając się płazem, człowiek nieuchronnie powróci z głębin na ziemię, do swojego rodzimego żywiołu. W przeciwnym razie nie będzie mógł pozostać człowiekiem. A jeśli stanie się to kwestią definicji, to człowiek przyszłości nie będzie ani „człowiekiem lądowym”, ani „człowiekiem podwodnym”: będzie „człowiekiem uniwersalnym”. Taki, który może żyć na lądzie, w głębinach morskich i w głębinach kosmosu.

Izotiborisa Litineckiego