Большую часть гидросферы Земли, которая окружает материковую часть планеты и острова, называют Мировым океаном. Он охватывает около 70% поверхности Земли. В последнее время особенно актуальной экологической проблемой считается повышение уровня океана. Но возникает закономерный вопрос, каким образом ученые определяют изменение уровня воды? Ведь материки постоянно перемещаются.
Измерение уровня океана с помощью спутников
Чтобы регулярно измерять уровень океана, ученые используют спутниковую альтиметрию – относительно несложный и удобный способ. Данный метод представляет собой определение высоты спутника относительно поверхности планеты по времени прохождения сигнала, который отправляется и принимается после отражения от поверхности спутника.
Альтиметрию успешно используют в различных отраслях: океанологии, геодезии, геологии и др. Она также позволяет выяснить модель геоида – это форма, которую мог бы обрести океан при воздействии вращения Земли и силы притяжения, если бы на него дополнительно не воздействовали приливы и ветер.
Работает это следующим образом. Искусственный спутник имеет на борту альтиметр или высотомер. Существует несколько разновидностей такого прибора. Например, он имеется в каждом самолете и позволяет пилоту определять высоту, на которой он находится. Ученым известны координаты спутника, координаты его проекции на Землю и расстояние между спутником и поверхностью океана. Таким образом, вычисляется и уровень океана.
Интересный факт: спутниковая альтиметрия – сравнительно новый метод, его используют лишь около 40 лет. Впервые спутник был запущен с целью определения уровня океана американскими учеными. Это произошло в 1975 году. Первый спутник назывался GEOS-3. Он мог устанавливать высоту с точностью до 50 см. Современные приборы работают с точностью до 5 см.
При определении высоты океана важна точность и регулярность наблюдений. Поэтому спутники запускают на орбиты по специальным предварительным расчетам. Существует несколько способов расчета орбиты, например, изомаршрутная съемка. Спутник запускается на орбиту, где он должен облететь Землю несколько раз – совершить несколько витков. При этом с каждым новым витком спутник смещается на заданную постоянную величину. Определенное количество витков образуют цикл передвижения. После его завершения спутник возвращается на свою исходную точку и повторяет цикл заново.
Как правило, регулярно запускаются новые спутники. Схема их передвижения построена таким образом, чтобы охватить всю поверхность планеты. В результате вокруг Земли можно проложить воображаемую сетку, образованную спутниковыми «трассами». Вдоль каждой такой трассы спутники пролетают приблизительно 36 раз за год, осуществляя изомаршрутную съемку, чтобы зафиксировать изменение уровня океана.
Наземное измерение колебания воды
До изобретения спутниковой альтиметрии ученые использовали наземные методы. На береговых линиях располагаются гидрометеорологические станции. Они оборудуются водомерными постами. Самое простое устройство, предназначенное для измерения уровня – водомерная рейка. Она прочно закрепляется в грунте и рассчитана на то, что даже при минимальном уровне воды отметка «0» будет располагаться под водой. Чтобы максимально укрепить рейки, используют волнорезы, пирсы, дамбы и прочие сооружения.
На станциях также имеются специальные самописцы – мареографы. Они постоянно регистрируют колебания уровня воды. Мареографы бывают поплавковыми и гидростатическими. Статический мареограф работает по принципу барометра-анероида. Когда уровень моря меняется, датчики распознают смену давления. Они очень чувствительные, а устанавливаются в подводных сооружениях или в колодцах.
Поплавковый прибор работает за счет поплавка, свободно плавающего внутри специального колодца, который соединяется с водоемом при помощи горизонтальной трубки. Колебания поплавка передаются прибору и регистрируются в виде кривой на ленте.
Почему данные способы не дают полную картину изменения уровня океана, по сравнению со спутниковой альтиметрией? Потому что их можно задействовать только в прибрежных зонах. В открытом океане действует множество дополнительных факторов, влияющих на уровень воды: течения, неодинаковая плотность водных масс и т.п.
Изменение уровня Мирового океана регистрируется при помощи спутниковой альтиметрии. Искусственные спутники оснащаются специальными приборами – высотомерами (как в самолетах) и запускаются на орбиту. Спутники совершают многочисленные обороты вокруг Земли, осуществляя съемку ее поверхности. Зная координаты спутника, его проекции на Землю и дистанцию между спутником и поверхностью океана, можно вычислить и его уровень.