Онлайн чтение книги Поход «Челюскина»
Гидрохимик П. Лобза. Химия морской воды и лед Полярного моря

Научное изучение состава морской воды помогает познать режим моря. Так например анализ морской воды дает представление о приливо-отливных и постоянных морских течениях, о влиянии воды, приносимой в моря реками, о распространении приточной воды на поверхности моря и т. д.

Составом воды в значительной степени обусловливаются количество и виды обитающих в воде животных и растительных организмов. Так как животные организмы поглощают кислород и выделяют углекислоту, а растения, наоборот, поглощают углекислоту и выделяют кислород, то на основании данных о содержании в том или ином районе моря кислорода и углекислоты можно иметь представление о жизни животных видов в данном районе.

Воды океанов и морей неодинаковы по своему составу. Больше того, даже в одном, отдельно взятом море химический состав воды не бывает постоянным. В моря впадают реки, несущие пресную воду. Эта вода, вливаясь в море, понижает, преимущественно около [245] берегов, соленость морской воды. Наоборот, сильные испарения, отсутствие осадков и образование льда немного повышают соленость воды. На различных глубинах вода также имеет неодинаковый химический состав.

На «Челюскине» пробы на гидрохимический анализ брались с поверхности моря через каждые десять миль на всем протяжении пути от Мурманска до Берингова пролива. Кроме того в пунктах, наиболее интересных по своему значению, делались глубоководные станции, на которых пробы воды брались с глубин специальными приборами, называемыми батометрами. При взятии проб прежде всего фиксировалась температура воды, а затем пробы поступали в химическую лабораторию, где производились необходимые анализы. Основными элементами, характерными для морской воды, являются: а) соленость, б) щелочный резерв, в) концентрация водородных ионов, г) содержание кислорода.

Помимо анализов, характеризующих наличие этих основных элементов, из наиболее важных для нас точек морей брались пробы на полный химический анализ, а с глубоководных станций брались пробы на содержание солей серной, азотной и азотистой кислот. За период рейса судна и за время зимовки произведено несколько сот определений солености. Колебания солености в различных пунктах пути следования «Челюскина» были довольно значительны. Особенно резко падала соленость с приближением к льдам и устьям рек.

Очень важны работы по установлению щелочного резерва морской воды. Щелочный резерв составляется из суммы основных солей угольной кислоты, каковыми являются углекислый и двууглекислый кальций, углекислый натрий и т. д. Содержание углекислого кальция в морской воде подвергается наибольшим колебаниям. Низшие животные организмы, используя углекислый кальций для построения своих скелетов, сокращают этим наличие кальция в морской воде. Скелеты скапливаются в глубинных слоях воды, и так как эти слои богаче углекислотой, чем поверхностные, то они растворяют кальций. Поэтому в придонных слоях содержание углекислого кальция выше, чем в поверхностных.

Определение количества кислорода в морской воде имеет также большое значение. По количеству кислорода в той или иной точке на глубине моря можно судить о том, происходит ли перемешивание горизонтальных слоев воды, насколько глубоко происходит обмен воды и т. д. С другой стороны, количество кислорода, [246] растворенного в морской воде, играет весьма большую роль для органической жизни моря.

Анализ на кислород требует большой тщательности. Кроме того определение содержания кислорода должно производиться сразу же после взятия пробы, чтобы в склянку не проник кислород из воздуха. Содержание кислорода в верхнем слое морской воды находится почти в полном равновесии с содержанием кислорода в воздухе. Глубинные слои беднее кислородом, так как они снабжаются почти целиком лишь путем вертикальных перемешиваний воды. Наличие интенсивных течений и действие ветра способствуют обмену вод и поступлению кислорода на глубину. Поэтому прибереговые зоны имеют более равномерное распределение кислорода, чем открытые моря.

Что касается физических свойств морской воды, то на «Челюскине» производилось определение электропроводности, т. е. способности раствора проводить электрический ток.

Это производилось в пробах морской воды, которые одновременно подвергались и анализу на содержание растворенных солей. Чем выше концентрация солей в морской воде, тем больше величина электропроводности этой воды; при этом наблюдается строгая зависимость между концентрацией солей и электропроводностью.

Имея соотношение между показателем электропроводности и соленостью морской воды, можно это соотношение практически использовать для облегчения исследовательской работы в походных условиях. Можно определение солености методом химического анализа (титрования) заменить определением величины электропроводности. Хотя определение электропроводности и занимает не меньше времени, чем определение солености, а иногда даже и больше, все же оно имеет две существенные положительные стороны:

1. Не надо возить с собой на судах стеклянное оборудование (колбы, пипетки и т. д.), необходимое при определении солености по методу химического анализа: стекло бьется как во время перевозки, так и во время самой работы в рейсе, особенно когда море неспокойно.

2. При определении электропроводности не требуется реактивов, за исключением небольшого количества хлористого калия и незначительного количества соли платины для электродов.

Эти соображения и целый ряд других говорят о необходимости перейти от определения солености по методу химического анализа к определению показателя электропроводности морской воды.

Работы, проделанные в экспедиции, имеют особенный интерес [247] с той точки зрения, что они велись не только в период полярного лета, но и зимой. Важно еще и то обстоятельство, что все наблюдения над химизмом морской воды в зимний период производились в восточной части Северного морского пути, в почти неизученном доселе Чукотском море.

* * *

Морская вода, в которой содержатся растворенные соли, замерзает при температуре ниже нуля. Чем больше содержится в воде солей, тем при более низкой температуре она замерзает. В зависимости от солености температура замерзания морской воды колеблется от минус 0,2° до минус 2,2°. При температурах, близких к точке замерзания морской воды, из нее выпадают кристаллы льда (в виде пластинок и игл), состоящие почти из чистой воды. При низких температурах происходит процесс выпадания из морской воды различных солей, причем каждая соль выпадает при свойственной ей температуре.

Во время дрейфа «Челюскина» в ноябре 1933 года вследствие передвижек льда вблизи корабля образовалась целая сеть разводий. Нам удалось проследить на них рост ледяного покрова.

Наблюдения производились в течение 52 суток вплоть до 16 января 1934 года. Для измерения толщи льда делались каждый раз новые проруби, которые после измерения засыпались вынутым из этих же прорубей льдом и сверху слоем снега. Время от времени брались пробы льда на химический анализ и определение некоторых физических свойств. Наблюдения над ростом льда прекратились после того, как поле молодого льда было покрыто сетью трещин. Вести наблюдения дальше не имело смысла, так как неизбежно через трещины сказалось бы влияние температуры воздуха.

Выпавший снежный покров под влиянием ветра покрыл неравномерно ледяное поле, что также отразилось на росте льда. Лед имел разную толщину. В частях поля, покрытых толстым слоем снега, лед оказался на семь-восемь сантиметров тоньше.

Ледяные поля под влиянием ветров и течений движутся, или, как принято говорить, дрейфуют. Сила дрейфа зависит от силы ветра и от скорости течений. Ветры создают в ледяных полях передвижки и перегруппировки.

Как только дрейфующий лед наталкивается на препятствие, например берег, остров, неподвижный лед и т. д., движение льда прекращается. Если ветер не ослабевает, сплошное ледяное поле начинает взламываться. Во льду появляются трещины различных [248] направлений, и лед ломается на более или менее крупные куски. В одних местах льдины расходятся, образуя разводья, в других — нагромождаются друг на друга. В более слабых местах ледяного поля лед дробится. Раздробленные мелкие куски и отдельные, более крупные обломки, двигаясь вперед, наползают друг на друга, образуя огромные валы и гряды битого льда.

Учитывая это обстоятельство, приходилось промеры толщины льда производить на поверхностях, покрытых равномерным слоем снега. Благоприятствовало то обстоятельство, что лишь с одной стороны ледяного поля, около тороса, намело пласт снега толщиной в 45–48 сантиметров. Вся остальная поверхность поля имела ровный снежный покров, не превышающий 20 сантиметров.

В результате наблюдений оказалось:

1. Первые дни рост ледяного покрова идет гораздо интенсивнее. Постепенно спадая, он подходит к одной определенной величине нарастания льда — в среднем немного больше сантиметра в сутки.

2. Нарастание льда в частях, близких к многолетним льдам, идет быстрее, чем в отдалении от них. Так оказалось, что молодой лед около торосов в конце наблюдений был толще на девять сантиметров, чем в середине поля. Влияние многолетнего льда быстро ослабевало, и на расстоянии четырех метров этого влияния на рост льда не наблюдалось.

На всем пространстве ледяного поля, покрытого ровным слоем снега, на 52-е сутки лед имел толщину 58 сантиметров. Около многолетнего массива толщина льда равнялась 67 сантиметрам. На расстоянии двух метров от тороса лед имел толщину 61 сантиметр; на расстоянии четырех метров толщина молодого льда такая же, как на всей остальной площади поля.

Как происходит процесс таяния ледяного покрова?

Часть воды от растаявших под действием солнечных лучей льда и снега испаряется; часть сливается со льда на поверхность моря; часть же воды просачивается сквозь капилляры во льдах, и так как эта вода менее солена, чем морская, и легче ее, то она держится между льдом и морской водой. Из этой пресной воды идет образование кристаллов, которые легко примерзают к нижним поверхностям ледяных глыб. Таким образом льдина как бы «растет вниз», и за период полярного лета весь покрывающий море лед не успевает растаять.

Морской лед имеет различный цвет. Цвет морского льда обусловливается в основном содержанием в нем солей. Молодой лед имеет зеленовато-мутный цвет. Чем старее лед, тем больше голубоватый [249] оттенок он имеет. Многолетние льды имеют чистый бледноголубой цвет и очень прозрачны.

Исследуя физические свойства льда, мы определяли его удельный вес и так называемую полостность, т. е. количество вкрапленного в него воздуха. Определения удельного веса прибором Шулейкина показали, что все многолетние льды имеют удельный вес ниже, чем льды годовалые и молодые.

Годовалый лед в свою очередь легче, чем лед молодого образования, главным образом из-за того, что последний пропитан морской водой. Удельный вес льдов колеблется в пределах: многолетний — 0,83—0,88, годовалый — 0,88-0,92 и молодой — 0,91-0,93.

Определяя содержание воздуха во льду прибором Арнольда — Алябьева, удалось выявить, что в молодом льду воздуха содержится меньше, чем в старом, многолетнем. Исследования показали, что на каждые сто граммов льда содержится: в молодом льду — от 4,6 до 7 кубических сантиметров воздуха, в многолетнем — от 12 до 15,5.

Что касается химического состава льда, то в судовой обстановке удалось лишь произвести определения на соленость и щелочность. Определения производились в пробах, взятых с различных горизонтов льда. Молодой лед распиливался на горизонтальные слои в пять — десять сантиметров, а из торосов брались обычно три пробы: с верхушки, середины и основания тороса.

Интересно содержание поваренной соли (хлора) в совсем молодом льду. Все определения показали, что молодой лед, образовавшийся в зимний период, содержит в среднем в шесть раз меньше солей, чем морская вода. Соленость старого льда чрезвычайно ничтожна вследствие того, что содержание солей во льду с годами уменьшается. Соли переходят в раствор и просачиваются вниз, а также выветриваются. В среднем старый лед содержит соли в три тысячи раз меньше, чем морская вода, и в пятьсот с лишним раз меньше, чем молодой лед.

Такая повышенная соленость молодого льда объясняется тем, что он содержит в себе значительное количество морской воды. Лед весеннего происхождения и годовалый лед имеют соленость меньшую, чем совсем молодой лед, но значительно большую, чем старый. [250]