Как измеряется глубина океана?

Океаны во многом остаются для нас загадкой. Мы даже не знаем возраста океанов. Вполне возможно, что на первых этапах развития Земли океанов не существовало.

Ученые, изучающие море, называются океанографами. Поскольку глубины океана темны и холодны, ученые знают о них не так уж и много. Некоторые части океанского дна изучались лишь через иллюминаторы исследовательских подводных лодок и через окуляры батискафов, сделанных специально для изучения глубин моря, но все равно этой информации явно недостаточно.

Сегодня человек исследует океанское дно, чтобы лучше их изучить. До глубины 3600 м дно океанов покрыто мягкими илистыми отложениями. Они состоят из известковых скелетов мельчайших морских животных. На глубинах, превышающих 6 км, дно покрыто мелким красноватым илом, называемым «красная глина». В его состав входят частички скелетов животных, остатки мелких растений и вулканический пепел.

Одна из интересующих океанографов проблем — это глубина океана. Измерение ее называется «прослушиванием глубины». В старину измерение делалось при помощи веревки с привязанным к ней грузом, которую опускали в воду. Позже для этого стали использовать очень тонкую проволоку, типа той, из которой делаются фортепьянные струны.

В наши дни ученые могут составить гораздо более точное представление о глубине океанского дна при помощи одного изобретения, называемого эхолотом. В нем для исследования океанского дна используется эхо.

Устройство, установленное на борту корабля, посылает звуковой сигнал. Звук проходит сквозь толщу воды со скоростью около одной мили в секунду. Он отражается ото дна и улавливается на обратном пути специальным прибором. Чем глубже вода, тем больше времени требуется для эха, чтобы достичь борта корабля.

Современный эхолот посылает ко дну ультразвуковые волны. Потом приборы регистрируют эхо в виде черной линии на листе специальной бумаги. Обычно эта бумага содержит в себе расшифровку этих знаков в морских саженях (морская сажень равна 1,8 метра).

При помощи эхолота можно легко определить глубину моря. Но прибор может сделать не только это. Он может в подробностях нарисовать линию морского дна под кораблем, если прослушивать дно через каждые несколько метров по ходу корабля.

Если корабль проходит над подводной лодкой, эхолот регистрирует ее точную форму. Если дно ровное, эхолот таким же его и изобразит. Эхолот не пропустит даже маленькой неровности дна высотой меньше метра!

Основываясь на этих измерениях, мы довольно хорошо представляем себе среднюю глубину различных океанов, как и самые их глубокие точки. Самый глубокий — Тихий океан, его средняя глубина 4 281 м. Следом идет Индийский океан со средней глубиной 3 963 м. Затем следует Атлантический океан со средней глубиной 3 926 м. Для сравнения: Балтийское море имеет среднюю глубину всего 55 м!

На сегодняшний день известно самое глубокое место в океанах — в районе Гуамских островов — 10 790 м. Другое глубочайшее место расположено в Атлантическом океане недалеко от Гуамских островов — здесь глубина достигает 9 219 м. Гудзонов залив, по площади превосходящий многие моря, имеет среднюю глубину только 183 м.

Самая внушительная морская впадина находится около Марианских островов. Ее глубина 11022 метра. Для сравнения: высочайшая вершина мира Эверест имеет высоту «всего» 8848 метров. В I960 г. эта впадина была исследована с помощью батискафа, опустившегося почти до ее дна. Тем самым, кстати сказать, был побит мировой рекорд для подобных аппаратов. И еще одно наблюдение.

Почти все морские впадины (или желоба) расположены не в открытом океане, а вблизи материков.

Как эхолот определяет глубину

Сегодня рыбак, вооруженный эхолотом, вопросов практически не вызывает. Использование этого прибора помогает:

• находить рыбные места водоема;
• определять размеры имеющейся рыбы;
• прояснять для себя, каков рельеф у дна;
• определять плотность дна и его тип.

И, конечно же, девайс позволяет выяснить глубину водоема. Однако принципы работы устройства могут вызывать ряд вопросов. Давайте разберемся с ними, и тогда работа эхолота будет понятной и эффективной.

Принципы работы устройства

Многие пользователи отмечают, что на экране эхолота изображение выстраивается столбцами. Программное обеспечение выводит таким образом на дисплей результаты измерений, проводимых с помощью ультразвука.

У каждого эхолота две функциональные части:

• первая отвечает за измерения – это датчик, непрерывно выпускающий в пространство сигнал высокой частоты, который и приходит к нему обратно, отразившись от каких-либо препятствий на дне;
• вторая часть – это корпус с дисплеем. Именно здесь происходит обработка полученных результатов.

Сигнал, отражаясь от различных предметов, дна разной плотности, имеет различные показатели, что позволяет программе вычислить, какой именно тип предметов находится в заданной для изучения области.

Время, за которое сигнал достигает дна и, отразившись, возвращается назад, позволяет программному обеспечению сделать заключение о глубине конкретного места водоема.

Как эхолот определяет расстояние

Датчики девайсов способны посылать волны как одним пучком, так и несколькими, которые расходятся, будто свет от небольшого фонарика. Обычно сигналы передаются на очень большой частоте, так что если движется моторная лодка, и в этом случае изображение на экране эхолота будет выстраиваться так же эффективно. Однако большая скорость движения все-таки повлияет на изображение, будто бы спрессовав его в горизонтальном направлении.

Информация о глубине, рельефе дна и находящихся поблизости объектах, в том числе – о рыбе, поступает на дисплей эхолота непрерывно. Однако конкретное расстояние до интересного вам предмета стоит проверять с помощью следующей уловки:

• развернитесь на 180 градусов;
• изучите отрезок, пройдя его на малой скорости;
• когда объект снова возникнет на экране, можно бросать якорь.

У эхолотов может быть различное количество лучей датчика, а также разный угол их расхождения. Это влияет на то, какой именно участок изучает прибор. Обычно диаметр круга равен примерно одной третьей глубины.

Как определить глубину водоема и оценить другие параметры

Обычно осваивать новые места рыбакам довольно сложно, однако, вооружившись эхолотом, они могут не волноваться о поиске рыбных омутов. Данный прибор позволяет выяснить структуру подводного рельефа, вычислить, где именно находится рыба. Однако тут тоже стоит быть внимательным, так как легко допустить ошибку:

• изучая дно водоема, двигайтесь не хаотично, а упорядочено;
• наибольшую информацию позволят получить прямые проходы;
• в качестве ориентира стоит выбрать крупный неподвижный объект, например, заметное дерево.

Прямолинейные проходы – возможность быстрее всего получить корректную информацию о глубине и особенностях дна. Эхолот стоит располагать рядом с собой, картинка на дисплее должна изменяться в противоположном движению направлении: так ее гораздо проще воспринимать.

Прямолинейные проходы – хороший вариант для крупных озер или прудов. Если же речь о подледной рыбалке, все несколько проще, так как здесь четко видно, как работает датчик, и какую зону дна он показывает.

Настройка чувствительности прибора и шкалы глубины

Чтобы получать корректные данные, нужно настроить чувствительность вашего девайса, а также определить диапазон глубин.

Если чувствительность окажется слишком высокой, то даже небольшая рыбка на экране будет выглядеть крупной, и вы зря потратите время на ловлю окуней, вместо действительно стоящих особей. Однако если чувствительность сильно снизить, то можно не заметить крупных рыбин, потому что они будут отражаться лишь мелкой помехой.

Глубина имеет большое значение. Нужно помнить, что если вы изменяете диапазон с десяти метров на двадцать, то метка рыбы будет уменьшена вдвое. Как поступить? Воспользуйтесь простыми рекомендациями:

• устанавливайте диапазон глубин вручную – дно должно находиться у нижнего обреза экрана в наиболее глубокой своей точке;
• чувствительность устанавливается после: сначала поднимайте ее, пока на экране не станут появляться хаотичные точки, затем опустите, чтобы они полностью исчезли.

Разумно будет запомнить на будущее настройки, которые вы устанавливали на конкретном водоеме.

Помните, что именно при настройке вручную эхолот поможет вам найти все, что вы ищете, намного быстрее! Чувствительность же не стоит настраивать заранее – ее лучше проводить исключительно на месте ловли.

Эхолот, теория и практика эхолокации

Если цену и технические навороты эхолота оставить в стороне, то механизм работы данного устройства выглядит так. Сначала формируется электрический импульс в блоке управления, далее импульс передается на датчик. Затем происходит преобразование электрического импульса в ультразвуковую волну, угол направления которой перпендикулярен поверхности воды. Волна проходит сквозь воду, достигает дна, отражается от него и возвращается назад. В конечном итоге ультразвуковая волна преобразуется назад в электрический импульс и обрабатывается блоком управления. Если на пути волны до дна встретились какие либо препятствия (рыбы, водоросли и т.п.) то информация о них также будет включена в итоговый сигнал, который получит датчик. После обработки сигнала блоком информация выводиться на экран справа в виде столбца. Последовательность таких сигналов и формирует изображение, которое перемещается по экрану справа налево.

Важным моментом в работе любого эхолота является скорость перемещения лодки, при которой он будет корректно отображать ситуацию под водой. Излучатель эхолота не отправит следующий импульс, пока не будет получен предыдущий.

Если учесть то, что в наших краях в основном небольшие глубины, где используются бытовые эхолоты, важным фактором становится скорость обработки сигналов процессором эхолота. Модели современных эхолотов работают на скоростях от 10 до 80 км/ч. Если хотите окунуться в расчеты то вот вам данные. Звуковая волна в воде распространяется со скоростью 1500 м/с. Скорость перемещения в лодке и глубину подставляете и получаете нужную цифру. Кроме быстродействия эхолота обязательно нужно смотреть на его дисплей, точнее на разрешение. Высокое разрешение по вертикали позволяет отображать мелкие объекты и поэтому 160 пикселей (или точек) уже вполне хорошее, а если 300 или 320 то такого точно будет достаточно. Разрешение по горизонтали это по сути история сканирования. Если вы используете эхолот на малых скоростях, то вам будет вполне достаточно и 160 пикселей, для больших скоростей лучше купить эхолот с разрешением по горизонтали 320.

Датчики и углы обзора эхолота

Эхолоты могут быть 1, 2, 3, 4 и 6 лучевые. Также бывают и 3D эхолоты (к примеру эхолоты Humminbird). Количество лучей зависит от типа датчика. Основа любого датчика эхолота это искусственный кристалл циркона свинца или титаната бария. Размер и геометрическая форма кристалла и определяют на каких частотах и со сколькими лучами будет работать датчик. Кроме количества лучей обязательно обратите внимание на пиковую и среднюю (RMS) мощность, частоту работы датчика и угол обзора. От части по пиковой мощности можно узнать максимальную глубину эхолокации. Польза от знания средней мощности так же есть. Чем меньше отношение пиковой и средней мощности тем на более больших скоростях сможет работать эхолот.

Современные эхолоты чаще всего используют частоты 50 и 200 кГц. Частота 50 кГц перекочевала в обычные эхолоты от морских судов. У этой частоты большой угол охвата и большая глубина сканирования, но низкое разрешение и плохое определение малых объектов, а также большая чувствительность к помехам. Датчики с 200 кГц предназначены для малых глубин и больших скоростей, они хорошо определяют мелкие объекты и не так чувствительны к помехам, но у них маленькая глубина сканирования и узкий угол охвата (обзора).

В теории звуковая волна, запущенная датчиком, распространяется в воде во все стороны, но ее распространение не является равномерным, т.к. датчик у нас узконаправленный. Мощность сигнала по центральной оси максимальна, чем дальше от этой оси, тем меньше его мощность и совсем на краях сигнал уже невозможно отличить от помех. Угол охвата принято измерять по уровню -10 дБ, т.е. на периферии мощность сигнала в 10 раз меньше чем на центральной оси. Но не стоит думать, что чем больше угол охвата, тем лучше в любом случае. К примеру глубину эхолот определяет по самой высокой точке дна, которая попала в конус луча. И если у 200 кГц датчика с углом 20 градусов на глубине в 10 метров пятно луча будет диаметром 3,5 метра, а у 60-ти градусного 83 кГц пятно будет уже 11,5 метров. Так вот первый может пропустить яму шириной не более 3,5 метров, а второй уже 11,5 метра. Разница ощутима, не правда ли? Небольшой угол охвата у датчика даст более точную картину дна.

Сегодня эхолоты все чаще используются не для сканирования дна, а для поиска рыбы, они так и называются – рыбопоисковые эхолоты (рекомендуем посмотреть эхолоты Lowrance). И для этих целей чаще всего используют двухлучевые датчики. К примеру датчик с частотой 200 кГц и углом 20 гр. сканирует дно, а 83 кГц и 60 гр. занимается поиском рыбы. Центральная ось у обоих лучей одна. На экране рыбы опознанные разными датчика обозначаются по разному. Опознанные узким лучом символы закрашиваются темным, а широким символы прозрачные. Но двухлучевой эхолот не может точно определить положение рыбы, слева она или справа от лодки. С этим справится уже трехлучевой эхолот. Кроме глубины, на котором определилась рыба будет обозначение L или R.

Для более точного определения местоположения рыбы используются четырехлучевые эхолоты. Они отлично подойдут для троллинга (ловли на дорожку). Но в таком эхолоте лучи находятся не на одной оси. Два луча работают как и у двух лучевых эхолотов, а вот два других сканируют под небольшим углом к центральной оси. Частота боковых датчиков обычно 455 гКц, угол 45 градусов. Экран таких эхолотов разделен на три части. В верхней показывается стандартная информация от двухлучевого датчика, а внизу слева и справа данные от высокочастотных боковых датчиков.

Самую полную информацию даст шестилучевой эхолот или 3D эхолот. У него датчик с шестью независимыми излучателями, угол охвата у каждого 16 градусов. Соседние лучи перекрывают друг друга и итоговый угол равен 53 градусов. Такой эхолот максимально точно показывает рельеф дна и расположение рыбы. На экране отрисовывается трехмерная картинка.

Что отображает эхолот на экране

Эхолот это ни в коем случае не телевизор, хотя что то похожее в них есть. Эхолот работает только в движении (смотрим теорию чуть выше). Если лодка стоит на месте и соответственно датчик неподвижен, то на экране вы увидите прямую линию, т.к. сигнал все время будет один и тот же.

Здесь вы видите экран эхолота Humminbird Matrix12. Практически все эхолоты умеют измерять глубину и эти данные они выводят на экран (45 ft-футов). Также у большинства есть встроенный термосенсор в датчик. Температура измеряется в поверхностном слое (56 F по фаренгейту). Если если еще и GPS датчик, то еще вы увидите и скорость своего перемещения (3,1 mph – мили в час). Напряжение питания выводиться внизу по центру (14.0 V). В правом нижнем углу диапазон глубины (60), он выбирается автоматически или вручную. Числа над символами рыб – это на какой глубине они были обнаружены.

Рельеф дна отрисует достаточно точно любой современный эхолот, а вот структуру дна нет. В этом случае все зависит от экрана и мощности эхолота. Для наших глубин большинству эхолотов вполне хватает мощности, а вот с качеством экрана могут быть проблемы. Для более менее нормального отображения структуры дна будет достаточным разрешение в 240 пикселей по вертикали и 4-х оттенках серого. Самым лучшим будет эхолот с цветным экраном. Цветные эхолоты разные структуры дна окрашивают в разные цвета. Но и у ч/б эхолотов есть методы отображения структуры дна.

• White Line – Белой линией на поверхности выделяются самые сильные сигналы, отделяя тем самым придонные структуры от твердого дна.

• Structure ID – Темным отрисовываются сильные отраженные сигналы, слабые светлым оттенком.

• Inverse – Сильные сигналы наоборот показаны светлым. Помогает определить именно слабые сигналы.

• Black – Отображает твердое дно без придонные структур. Используется для точного определения рельефа дна.

Для точного определения придонных структур, в которых может прятаться рыба (а это каряги, растительность, топляки) необходим уже экран с 300 пикселями по вертикали и 10 оттенками серого. Хорошо если эхолот может определять термоклин (граница водных слове с разной температурой). Термоклин может помочь в поиске рыбы.

Рыба на экране эхолота может отображаться или дугами или символами. Системы идентификации рыб совершенствуются с каждым годом и в основе их лежит главный принцип: у каждой рыбы есть воздушный пузырь, он дает очень сильный отраженный сигнал и по уровню этого сигнала можно достаточно точно определить размер рыбы. Но это только принцип, по факту каждый производитель использует массу параметров для определения типа и размера рыбы. Рыба отображается тремя символами обычно: большая, средняя, мелкая.

Дополнительные функции эхолотов

Эхолот в современном представлении это уже не просто прибор для определения глубины. Сейчас он с легкостью определяет структуру дна, придонную структуру, размеры и типы рыб, температуру воды.

Кроме всего этого эхолоты могут оснащаться дополнительным датчиком бокового обзора. Он показывает данные в стороне от текущего курса судна. Дополнительный беспроводной датчик Смарт Каст показывает рельеф дна и рыбу на расстоянии до 30 метров от стоящей лодки. Он также может использоваться при ловле с берега, т.к. не требует постоянного движения. Дополнительный датчик скорости показывает вашу текущую скорость и измеряет пройденное расстояние. Барометрический датчик – показывает данные о давлении воздух, по которым косвенно можно судить о погоде и прогнозировать ее изменения. GPS навигатор и картплоттер показывают ваше текущее местоположение на подробных картах местности, позволяют сохранять координаты с данными о глубине, траектории вашего движения.