Российские исследователи испытали необычный способ наблюдения за замерзающими водоемами. Вместо выхода специалистов на поверхность и бурения лунок состояние ледяного покрова предлагается определять с помощью ультразвука. Датчик находится под водой и способен постоянно фиксировать происходящие наверху изменения.
Разработкой занимаются специалисты Института прикладной физики РАН имени А. В. Гапонова-Грехова и Арктического и антарктического научно-исследовательского института совместно с коллегами. В лаборатории им удалось проследить весь путь пресноводного льда – от его образования до последующего разрушения при потеплении.
Главное отличие такого подхода от привычных измерений – непрерывность наблюдений. Сейчас толщину ледяного покрова на многих водоемах определяют периодически: специалисты бурят лед либо получают сведения на гидрологических постах. Между замерами ситуация может существенно измениться, причем наиболее проблемным становится конец зимы и весна, когда выходить на поверхность уже небезопасно.
Новая система работает иначе. Акустический прибор размещают на дне и направляют его сигнал вверх. В ходе эксперимента использовался ультразвук частотой 200 кГц. Импульс достигает ледяного покрова и отражается от его границ, после чего возвращается к приемнику. Анализ такого «эха» позволяет получать информацию о толщине и происходящих со льдом изменениях, пишут Известия.
Для проверки метода ученые оборудовали специальный ледовый бассейн. Помимо подводной акустической аппаратуры, в экспериментальную систему вошли расположенные над водой радиолокаторы и дополнительные датчики около поверхности. Это позволило сопоставлять результаты разных способов наблюдения.
Особенно важна способность оборудования продолжать измерения во время оттепели. Именно тогда традиционные работы на льду становятся наиболее рискованными, одновременно возрастает потребность в оперативной информации о его разрушении.
Практическое применение технологии может оказаться значительно шире научных экспериментов. Постоянные измерения потенциально позволят контролировать ледовые переправы, опасные участки рек, районы зимней рыбалки, а также состояние ледового покрова возле мостов и других сооружений.
Еще одно направление связано с прогнозированием половодья. Одной толщины льда для определения масштабов будущего паводка недостаточно, однако в сочетании с информацией о запасах снега, температуре и прогнозом погоды непрерывные наблюдения способны дополнить существующие модели. Специалисты смогут лучше оценивать сроки вскрытия рек и заранее отслеживать быстро меняющуюся ледовую обстановку.
В дальнейшем разработчики намерены распространить метод и на морские условия. Уже проведена следующая лабораторная фаза с соленым льдом. На основе полученной информации исследователи рассчитывают создать алгоритм, подходящий для определения его толщины.
Это открывает перспективы применения технологии в Арктике, где регулярное наблюдение за состоянием льда важно для судоходства, научных экспедиций и работы промышленной инфраструктуры.
При этом до превращения экспериментальной установки в готовую систему предупреждения еще предстоит пройти несколько этапов. Специалисты подчеркивают, что пока работа в первую очередь посвящена изучению процессов образования и разрушения ледяного покрова. Использование зонда в реальных условиях для принятия решений, например об открытии или закрытии автомобильной ледовой переправы, еще требует отдельных испытаний.
Если технология подтвердит эффективность вне лаборатории, ее главным преимуществом станет возможность получать сведения там, где человеку находиться уже опасно: датчик останется под водой и продолжит следить за льдом даже в самый нестабильный период его разрушения.
