ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ НА Л/П "САДКО" В 1935
И 1936 ГОДАХ
(Предварительное сообщение)
В числе многообразных научных работ в высокоширотных экспедициях на л/п "Садко" в 1935 и 1936 гг. производились также работы по определению величины силы тяжести. Если общее число пунктов с определенной величиной силы тяжести на всем земном шаре превышает теперь пятнадцать тысяч и весьма быстро увеличивается, особенно
— 460 —
за последние годы, благодаря обширным работам в этом отношении у нас в Союзе, {1} то на арктические области таких определений до последнего времени приходилось весьма мало.
Причина этого как в трудной доступности арктических широт, так и в том, что главные пространства Арктики заняты водной поверхностью, между тем достаточно точные определения силы тяжести на море стали возможны только после работ
Вейнинга Мейнеца в 1924 г. Если не говорить о нескольких случайных определениях устаревшими методами и инструментами, определениях, которые по своей точности нас теперь не удовлетворяют, то следует упомянуть о следующих работах по определению силы тяжести в высоких широтах Арктики. Во время знаменитого дрейфа "Фрама" участник экспедиции
Нансена Скотт-Гансен сделал 11 определений силы тяжести прибором Штернека по всему пути дрейфа (в 1894—1896 гг.). В трех пунктах прибор устанавливался непосредственно на льду в снеговой хижине, в остальных пунктах прибор оставался в салоне "Фрама", ибо вмерзший в лед "Фрам" представлял достаточно прочную основу для таких наблюдений. Хотя пункты
Скотт-Гансена, главным образом вследствие отсутствия в то время возможности поверять хронометры по радио, и не могут итти в сравнение по точности с современными наблюдениями, однако они представляют для нас большую ценность, ибо произведены в таких широтах, которые пока не были достигнуты ни одной экспедицией. Самая северная точка, где сделаны определения силы тяжести на "Фраме", расположена в широте 85°55'. Весьма точные определения силы тяжести, удовлетворяющие современным требованиям, сделаны во время Русско-шведской экспедиции для измерения дуги меридиана на Шпицбергене в 1899—1901 гг.
Ганский и
Ларсен произвели в 11 различных пунктах на о-вах Шпицбергена определения методом и прибором, принятыми и в настоящее время. В 1919 г. во время экспедиции на "Мод" Свердруп определил силу тяжести на мысе Челюскина.
В 1931 г. впервые в Арктике были сделаны определения силы тяжести над водной поверхностью. Такие определения сделаны
Виллингером на подводной лодке "Наутилус" с помощью маятникового прибора Мейнеца в 7 точках к северо-западу от Шпицбергена. Вот и все более точные определения силы тяжести, которые сделаны в высоких широтах Арктики.
Между тем изучение распределения гравитационных аномалий в Арктике представляет значительный интерес как с точки зрения высшей геодезии, так и с точки зрения геотектоники.
Еще
Клеро (1738) показал возможность по известным величинам силы тяжести на различных широтах сделать заключение о наиболее вероятной форме эллипсоида, представляющего в первом приближении фигуру Земли. При этом выводе значения силы тяжести в крайних северных широтах особенно ценны, так как входят с большим весом и дают возможность с большей точностью определить элементы земного эллипсоида. В середине прошлого столетия
Стокс (1849 г.) указал способ изучения точной фигуры Земли — геоида и его местных отклонений (ундуляций) от полученного предыдущим способом эллипсоида на основе изучения распределения силы тяжести по всему земному шару. Трудность решения вопроса относительно точной фигуры геоида по формуле
{1}
Постановлением СТО от 20 сентября 1932 г. проведен в жизнь грандиозный план общей гравиметрической съемки СССР.— 462 —
Стокса заключается главным образом в том, что для определения ундуляций в каждом отдельном пункте требуется знание распределения силы тяжести по всей поверхности земли; правда, не с одинаковой точностью: более близкие районы должны быть известны с большей точностью, чем более дальние. С этой точки зрения знание гравитационного поля Арктики представляется особенно важным для определения формы геоида в высоких широтах, однако изучение его необходимо также для определения ундуляций геоида и в других местах.
Кроме этих геодезических проблем, изучение гравитационных аномалий в Арктике дает возможность осветить и ряд вопросов геотектоники. Таковы, например, вопросы относительно степени и формы изостатической компенсации глубоководного полярного бассейна и окружающих его районов, вопросы о присутствии зон с некомпенсированными тектоническими нарушениями. Сюда же относятся вопросы относительно распространения более плотных пород и в связи с этим вопросы о границах плит и геосинклиналей. Более детальное гравитационное исследование может также дать указания по вопросу о плотностях пород, залегающих в верхних слоях земной коры, а в связи с этим осветить некоторые проблемы геологии.
Все это послужило причиной введения в программу работ высокоширотных экспедиций на л/п "Садко" как 1935 г., так и 1936 г. также и гравитационных работ. Для этих работ употреблялся маятниковый прибор Мейнеца. Прибор Мейнеца приспособлен для наблюдений на подвижной подставке особым методом, дающим возможность исключить из наблюдений возмущающее влияние горизонтальных ускорений подставки и учесть влияние ее наклонов. Он предназначен и до сих пор употребляется почти исключительно на подводных лодках, которые, погружаясь на определенную глубину, дают возможность уменьшить качку до нескольких градусов, что необходимо для возможности работы с прибором. Сами наблюдения, заключающиеся в определении периодов колебания маятников, производятся не визуально, а с помощью фотографической регистрации.
Прибор был установлен на л/п "Садко" (3800 т водоизмещения) в специально отведенном для него помещении (3X3 м), находящемся в диаметральной плоскости судна между жилой и твиндечной палубами. Снизу и с четырех сторон это помещение окружено угольными трюмами и имеет выход вверх в жилые помещения. Такое расположение способствовало тому, что температура внутри прибора колебалась сравнительно в небольших пределах: в экспедиции 1935 г. — от 13° до 19° и в экспедиции 1936 г. — от 11° до 22°, в то время как наружная температура колебалась от 29° до —11°. В указанном помещении кроме маятникового прибора находилась фотолаборатория для немедленной обработки получаемых фотозаписей колебания маятников, а также стол с привинченными к нему ящиками хронометров. Сюда же транслировалась из радиорубки в нужное время передача ритмических радиосигналов. Подставка карданового подвеса прибора Мейнеца, в которую были введены для большей устойчивости некоторые добавочные крепления, была прочно скреплена болтами с палубой. Прибор был так ориентирован, что ножи маятников располагались параллельно диаметральной плоскости судна, т. е. маятники качались в плоскости, параллельной плоскости шпангоутов. Наклон плоскости колебания маятников к вертикальной плоскости регистрировался на фотозаписи.
Все наблюдения производились на стоянках судна, притом в тех местах, где вследствие окружающего льда или относительно штилевой
— 463 —
погоды волнение было невелико. Однако наблюдения удавались даже при довольно большой волне (до 3 баллов), если только волна была ровной и обладала большим периодом. Наблюдения были затруднены при небольшой, но неправильной волне или волне с небольшим периодом, хотя судно при этом почти не качалось; резонансные явления в этом случае сильно сказывались, и кардановый подвес с прибором, обладавший собственным периодом колебания в 2, 8 сек., раскачивался. Однако, в этих случаях часто удавалось ослабить эти возмущающие влияния, введя затухание при помощи лопаток, скрепленных с колеблющейся частью карданового подвеса и погруженных в сосуд с жидкостью. Был сделан опыт тушения больших колебаний карданового подвеса по методу цистерн "Фрама". С этой целью были приделаны
4 цилиндрические сосуда по 5 см в диаметре, наполненные ртутью и сообщающиеся между собой трубками с кранами для регулирования количества протекающей ртути. Однако происходившее тушение больших колебаний не было достаточным для возможности наблюдений, а тушение малых колебаний не имело достаточной эффективности.
Наблюдения велись на двух первоклассных хронометрах Kulberg’a (средний и звездный), хода которых выводились из ритмических радиосигналов, принимавшихся по способу Кука-Преипича два раза в сутки. Каждое наблюдение состояло из 20-минутной фоторегистрации колебаний маятников с соответствующими отсчетами температуры, давления и влажности. В экспедиции 1935 и 1936 гг. исходным и заключительным пунктом служил Ленинград, кроме того, произведены определения в Архангельске и Мурманске, где величина силы тяжести известна с большой точностью из прежних береговых наблюдений. Всего за оба года сделано 80 пунктов (50 в 1935 г. и 30 в 1936 г.). Расположение этих пунктов видно на прилагаемой схеме. Работы 1935 г. получили уже предварительную обработку, и выведены аномалии в пунктах наблюдения с редукцией за свободный воздух — аномалии Фая. В данное время ведется вычисление изостатических поправок по методам Хейфорда-Бови, Гейсканена и Мейнеца. Обработка наблюдений 1936 г. производится. Из предварительных результатов 1935 г. можно сделать вывод, что средняя ошибка определения силы тяжести в одном пункте получится равной приблизительно 5—6 мг.
Длина маятников в 1935 г. держалась относительно хорошо; за 5 месяцев изменения длины маятников оказались сравнительно невелики: 7Х10
-7 и 18Х10
-7 сек. в периодах.
Выведенные по предварительным данным аномалии Фая дают большие положительные значения От +30 до +80 мг над большими глубинами к северо-западу от Шпицбергена, несколько меньшие положительные аномалии к северу и северо-востоку и еще меньшие, порядка до 20—40 мг, к востоку от Шпицбергена, уменьшающиеся как будто еще более при продолжении на восток в Баренцово море.
В северной части Карского моря обнаружены в общем положительные аномалии, за несколькими исключениями, имеющими, очевидно, местные причины, причем с увеличением глубин к северу аномалии возрастают, достигая в самой северной точке почти +60 мг.
Подробное изложение полученных результатов и выводы из них будут опубликованы в научных трудах высокоширотных экспедиций.
И. ЖОНГОЛОВИЧ