Ученые нашли научное объяснение феномену «мертвой воды»
Специалисты из университета Пуатье объяснили с научной точки зрения феномен «мертвой воды». Речь идет о явлении, известном морякам с древних времен: корабли, идущие на полном ходу, внезапно замедляют движение или даже полностью останавливаются, несмотря на нормальную работу двигателей. Результаты работы приводятся в журнале PNAS.
Эффекту торможения или «мертвой воды» веками приписывалась сверхъестественная сила. Торможение возникает там и тогда, если морская вода сильно стратифицирована (т.е. отличаются температура и плотность воды на разных глубинах). Поскольку теплая вода имеет меньшую плотность и меньшую вязкость, то ее циркуляция происходит в поверхностном, нагретом слое и с более плотной и более вязкой холодной водой она не смешивается. Движение корабля вызывает смешение вод различной плотности — в результате возникает сопротивление. Кроме того, волны на границе раздела соленой и пресной воды заставляют судно изменять скорость. Таким образом, оба феномена влияют на замедление движения судна, но по-разному: один постоянно тормозит, другой создает колеблющееся сопротивление.
Кстати, участки воды, где судно отказывалось идти, Фритьоф Нансен, ученый, полярный исследователь, назвал «мертвой водой» в 1893 году: в Северном Ледовитом океане его корабль в некоторых районах словно бы удерживался невидимой силой. Судя по всему, жертвой такого же торможения мог стать и флот Клеопатры в сражении вблизи греческого мыса Акциум в 31 году до н.э.: мощные суда Клеопатры потерпели поражение от легких кораблей римского противника Октавиана. На фатальный исход битвы, считают специалисты, могла повлиять «мертвая вода».
Секрет «мертвой воды» еще в 1904 году пытался раскрыть шведский океанолог Вагн Вальфрид Экман. В ходе лабораторных испытаний он обнаружил, что этот эффект всегда возникает, когда морская вода сильно стратифицирована. Движущийся корабль генерирует волны на границе слоев, и они замедляют его движение.
Но это было лишь частичное объяснение. Эксперименты не показали, почему эффект торможения иногда оказывается колебательным и что именно происходит в пограничном слое воды. Команда Йохана Фурдриной исследовала эту загадку с помощью экспериментов и моделирования.
Экспериментальным путем ученые выяснили, что, если корабль оказывается там, где вода сильно стратифицирована, он оказывается под влиянием двух эффектов. Первый — кинематический, волнообразный эффект торможения, который наблюдал Нансен: сопротивление возникает из-за смешения вод с различной плотностью. «Под кораблем образуется волна-тормоз, если судно движется почти с той же скоростью, что и сами волны. В этом случае снижается инерция, и кораблю трудно сдвинуться с места, он словно бы прикреплен к волне», — объясняют суть феномена ученые.
Второй эффект — динамический, вызван нелинейными внутренними волнами: изменение скорости происходит из-за волн, которые действуют как конвейерная лента. «Еще одна внутренняя волна формируется на носу, — говорит Фурдриной. — При ускорении корабля образуется волнообразный фронт — впадины и гребни волны напоминают ухабистую дорожку, по которой корабль будет двигаться вперед и назад. Такая волна под кораблем приводит к колебаниям скорости, как на конвейере, прерывисто движущемся».
Однако, уточняют исследователи, первый эффект — волнообразное торможение — почти всегда возникает в стратифицированной воде. Второй, известный как эффект волны Экмана, особенно заметен в гаванях, фьордах и других ограниченных по площади участках моря: чем шире становится поверхность воды, тем слабее протяженность отраженной волны.
Скорость корабля также играет роль: если его скорость намного больше, чем у подводных колебаний, эффект Экмана практически незаметен, говорят исследователи.
Таким образом, у тайны «мертвой воды», которая на протяжении веков приводила моряков в недоумение, нашлось вполне научное объяснение.
Источник
Парадокс Мёртвого моря
Исследователи объяснили, почему кристаллы соли образуются в менее солёном слое воды.
Мёртвое море – один из самых солёных водоёмов на планете, но из-за деятельности человека может исчезнуть с лица Земли. Фото: Yair Aronshtam/Flickr.com CC BY-SA 2.0
Если на стекло поместить несколько капель обычной воды и дать им высохнуть, то на их месте останется тонкий белый налёт – кристаллы солей, которые до этого были растворены в воде. Логично, что чем больше солей содержится в воде, тем больше осадка останется после её испарения.
Если от маленьких капель перейти к немного большим масштабам, например, попробовать осушить какое-нибудь море, то суть процесса от этого не изменится, разве что вместо тонкой соляной плёнки на стекле получится слой морской соли толщиной от нескольких десятков до сотен и даже тысячи метров. Именно такой соляной слой, его ещё называют эвапоритовой толщей, находится на дне современного Средиземного моря, которое в период, начавшийся примерно шесть миллионов лет назад, несколько раз практически полностью пересыхало. Произошло это из-за нарушения связи между Средиземным морем и Атлантическим океаном, когда лишившись притока океанической воды, море испарялось за короткое по геологическим масштабам время – всего лишь около тысячи лет.
Но если тогда судьба Средиземноморья зависела от масштабных геологических и климатических процессов, то сейчас уже человеческая деятельность может влиять на жизнь целого моря.
Речь идёт, правда, не о Средиземном, а о Мёртвом море. Конечно, название «море» применительно к этому водоёму не совсем точно, по сути, это солёное озеро, но в плане процессов испарения и кристаллизации солей это картины не меняет. Главный источник свежей воды для Мёртвого моря – это река Иордан, однако с каждым годом она приносит всё меньше и меньше воды, которую человек забирает для своих нужд. В результате площадь Мёртвого моря за последние сто лет сократилась почти в два раза, а его уровень падает примерно на один метр каждый год.
Группа исследователей из Калифорнийского университета, геологической службы Израиля и Университета имени Бар-Илана заинтересовалась природой необычного эффекта, который они наблюдается в водах Мёртвого моря. При определённых условиях из слоя воды, который находится рядом с поверхностью, начинают выпадать хлопья кристаллов соли, которые затем опускаются на дно.
Исследователи создали теоретическую модель, которая описывает это явление, а затем проверили полученные результаты на практике.
Причина выпадения «соляного снега» кроется в особенностях смешивания двух слоёв воды. Непосредственно рядом с поверхностью находится слой тёплой воды, которая обладает меньшей плотностью, чем вода из нижнего холодного слоя. Это разделение весьма устойчиво, потому что холодная и плотная вода не стремится подниматься, а тёплая и менее плотная – опускаться.
Но, кроме разницы в температуре, эти два слоя отличаются солёностью: в верхнем слое за счёт постоянного испарения концентрация растворённой соли становится выше. Однако на границе этих слоёв перемешивание всё-таки происходит: оба слоя как бы запускают друг в друга «пальцы» – небольшие струйки холодной воды, двигающиеся вверх, и тёплой солёной, направленные вниз. Когда тёплая и солёная вода попадает в холодную и менее солёную, то она начинает остывать, а соль за счёт диффузии начинает равномерно растворяться в окружающей толще воды.
Но охлаждается такая струйка намного быстрее, чем теряет свою соль, в результате в этом объёме жидкости образуется пересыщенный солевой раствор: содержание соли в нём становится больше, чем может раствориться. И весь этот излишек выпадает в осадок, образуя те самые солевые хлопья. В этом и кроется разгадка этого парадокса, когда кристаллы соли формируются в, казалось бы, менее солёном слое воды, хотя логичнее было бы предположить их образование в том слое, где происходит интенсивное испарение. Поскольку Мёртвое море представляет сейчас своеобразную модель высыхающего моря, то вполне возможно, что и эвапориты на дне современного Средиземного моря образовались в результате схожих процессов.
По материалам Water Resources Research
Источник
Экспресс-исследование «Что такое «эффект» Мертвого моря?».Часть 1.
Исследовательская деятельность в начальной школе — деятельность учащихся, связанная с решением учащимися творческой, исследовательской задачи с заранее неизвестным решением и предполагающая наличие основных этапов: постановку проблемы, изучение теории, посвященной данной проблематике, подбор методик исследования и практическое овладение ими, сбор собственного материала, его анализ и обобщение, научный комментарий, собственные выводы. Сегодня поговорим именно об экспресс-исследовании. Эта форма, организации предполагает массовое кратковременное участие детей разных по своему уровню развития. Дети оперативно проводят кратковременные исследования по предложенной педагогом тематике. Данный материал может стать образцом, который поможет педагогу организовать экспресс-исследование в своем классе.
«Самое лучшее открытие – то, которое ребенок делает сам».
Просмотр содержимого документа
«Экспресс-исследование «Что такое «эффект» Мертвого моря?».Часть 1.»
Описание исследования
Что такое «эффект» Мертвого моря?
Многие люди проводят отпуск на таких морях как Черное, Красное, Каспийское, но есть одно, которое отличается от других – Мертвое море. Портал HotLine.travel провёл опрос и выяснил, какие моря туристы считают самыми лучшими для летнего отдыха, Мертвое море оказалась третьим по популярности, также оно входит в список самых соленых морей мира. Его название немного пугает, мы можем подумать, что там часто случались трагедии или там запрещено плавать, но на самом деле в этом море невозможно утонуть. Почему же так происходит? И почему оно тогда так называется?
необходимость выяснить за что Мертвое море так названо и почему в нем нельзя утонуть.
вода с высокой концентрацией соли.
Для обучающихся: исследовать воду из Мертвого моря (имитация).
Для педагога: развитие исследовательских умений обучающихся по проведению опыта и наблюдению.
Выделить проблему, гипотезу и цель.
Составить план исследования.
Узнать об особенностях Мертвого моря.
Провести опыт «Эффект Черного моя».
Создать памятку «Правила безопасного отдыха на Черном море».
Опровергнуть или подтвердить гипотезу. Сделать вывод.
Предположим, что вода в Мертвом море содержит большое количество соли. Предположим, что Мертвое море так называется, потому что в нем нет обитателей.
Тип исследования (по продолжительности)
Этапы реализации исследования, краткое их описание
1. Обсуждение актуальности, проблемы, цели и гипотезы исследования. Планирование исследования, используя прием «Перепутанный план».
2. Изучение текстов про Черное море (Приложение 1).
Группам предлагается подтвердить или опровергнуть гипотезу с помощью проведения опыта, используя воду, яйцо и соль. Каждая группа отмеряет с помощью весов 275 граммов соли. Затем проводится небольшое обсуждение, почему для опыта взяли именно яйцо. Начиная с пресной воды, они будут наблюдать, как будет изменяться состояние яйца при увеличении количестве соли в воде. Задачей групп является заполнение таблицы (Приложение 2).
3. После заполнения таблицы, одна из групп представляет свои результаты.
4. Группам выдается текст про опасности Мертвого моря. Задача обучающихся (Приложение 3).
5. Составление памятки о безопасном поведении на Мертвом море
Группы представляют свои памятки.
6. Делаем выводы, возвращаясь к гипотезе и цели.
Оборудование для проведения исследования
Вода, соль, 2 столовые ложки, 2 сырых яйца, 2 емкости для жидкости.
Карточки исследователя, таблицы для опыта, тексты о Мертвом море.
Памятка «Правила безопасного отдыха на Мертвом море»
Источник