Vairāk

1.4. Mūsdienu okeāna zinātne - ģeozinātnes


Lai arī cilvēces okeāna izpētes centrā esošās metodes un mērķi visā cilvēces vēsturē ir ļoti atšķirīgi, šāda izpēte ļāva labāk izprast plašo telpu, kas ir mūsu okeāni. Pirmā pasaules kara laikā tas tika paātrināts, abām pusēm izdomājot veidus, kā atklāt ienaidnieka zemūdenes (National Geographic).

Challenger pie Huana Fernandesa (Wikimedia)

Okeāna dibena kartēšana

Jūras dibena kartēšana parasti tiek veikta, mērot ūdens dziļumu noteiktā punktā, kas vēsturiski tika veikts, izmantojot "svina līniju". Šis process bija ārkārtīgi laikietilpīgs un neprecīzs. Uzlabota jūras dibena kartēšana kļuva iespējama 20. gadsimta 20. gados, pateicoties zemūdens skaņas projektoru (saukto "sonāru") parādīšanās (NOAA). Šī tehnoloģija tika izveidota, lai ļautu sabiedroto kuģiem cīnīties ar vācu U-laivām, modernu zemūdeņu prekursoriem, projicējot skaņu cauri okeānam un mērot eholokācijas (OIC) daudzumu. Tas varētu dot lietotājiem attāluma un virziena mērījumus zemūdens objektiem.

Pēc 1. pasaules kara Krasta un ģeodēziskā izpēte (kas vēlāk kļūs par NOAA) noveda militāro tehnoloģiju dziļumā, lai ļautu viņiem sākt kartēt Atlantijas okeāna rietumu krastu, izveidojot pirmās detalizētās okeāna dibena kartes (NOAA) . Pat attīstoties šai tehnoloģijai, jūras dibena kartēšana joprojām bija grūts uzdevums, jo agrīnās hidrolokatoru sistēmas varēja veikt dziļuma mērījumus tikai tieši zem kuģa, padarot kartēšanu par nogurdinošu procesu, pārvietojoties turp un atpakaļ pa virsmu un savienojot atsevišķus datu punktus kopā .

Tā kā valstis visā pasaulē ienāca otrajā pasaules karā, ievērojami uzlabojumi sonāru tehnoloģijā ļāva precīzāk un labāk mērīt okeāna dibenu. Dati, kas iegūti no šādām sistēmām, bija izšķiroši, veidojot kartes, kas ietvēra galvenās iezīmes, piemēram, okeāna vidusdaļas un dziļjūras tranšejas (NOAA). Septiņdesmitajos gados metodes kļuva precīzākas un efektīvākas, kad ASV Jūras spēki deklasificēja "daudzstaru" hidrolokatoru, kas ļāva pētījumu kuģiem veikt precīzākus un lielākus okeāna dibena attēlus. Tas kopā ar datorapstrādes jaudas pieaugumu ļāva pētniekiem savākt lielu datu apjomu un ātri tos apkopot detalizētās un precīzās kartēs.

Daudzstaru echoounder (Wikimedia)

Autonomie zemūdens transportlīdzekļi (AUV)

Pirmais amerikāņu zemūdens transportlīdzeklis saucās “Turtle”. Saybrook, Konektikutas 1775. gadā, Deivids Bušnels un viņa brālis Ņujorkas ostā (1776) uzbūvēja mazu, koka olu formas zemūdeni, ko efektīvi izmantoja jūras cīņās (pirmais to izdarīja). Vairāk nekā gadsimtu ilgā tehnoloģiju attīstībā vēlāk, 1879. gada novembrī, godājamais Džordžs V. Garets izstrādāja “Resurgamu”; pirmā modernā zemūdene darbojās ar Lamm tvaika dzinēju, un tā varēja pārvietoties gandrīz desmit stundas, izmantojot enerģiju, kas uzkrāta izolētā tvertnē.

Bruņurupuču zemūdene (Wikimedia)

Līdz ar zemūdens evolūciju notika AUV attīstība, kas sākās 1960. gados. 70. gados tika izveidoti daudzi izmēģinājumu stendi, cerot eksperimentēt ar tehnoloģijām, lai izpētītu un definētu AUV potenciālu. Piemēram, Ņūhempšīras Universitātes Jūras sistēmu inženierijas laboratorija sadarbojās ar centieniem ASV jūras kara flotes objektā Sandjego, lai izveidotu atvērta kosmosa ietvara AUV, EAVE. Pēc tam Krievijas Zinātņu akadēmijas Jūras tehnoloģiju problēmu institūts uzsāka savu AUV programmu, izstrādājot SKAT transportlīdzekļus un pirmos dziļi nirstošos AUV L1 un L2. Parasti ir divu veidu AUV, pilotējamas un bezpilota sistēmas, kuras abas galvenokārt izmanto militārām misijām un zemūdens izmeklēšanai un novērtēšanai, kā arī datu vākšanai. Attīstoties programmatūras sistēmām un inženierzinātnēm, paplašinoties finansējumam un saplūstot tehnologiem (piemēram, 1980. gada starptautiskajā simpozijā par tehnoloģiju iegremdēšanu), AUVs beidzot varēja izaugt par pirmās paaudzes operētājsistēmām, kas spēj sasniegt noteiktus mērķus. Jaunas sistēmas, tostarp autonomā okeanogrāfijas paraugu ņemšanas sistēma, nodrošināja resursus, kas nepieciešami AUV tirgus komercializācijai, kas uzplauka no 2000. līdz 2010. gadam. Runājot par AUV tehnoloģiju, sistēmas ir pastāvīgi mainījušās atbilstoši jauno tehnoloģiju problēmu vai atklājumu risināšanai.

Pēdējo trīs desmitgažu laikā nozare galvenokārt ir koncentrējusies uz šādām tehnoloģijām: autonomija, energosistēmas / enerģijas pārvaldība, 3D attēlveidošana, navigācija, apstrāde, sensori un sakari. Okeāna zinātnes jomā tādi transportlīdzekļi kā ABE, AUTOSUB un citi ir veiksmīgi apkopojuši zinātniski nozīmīgus datus. Tehnoloģija pastāvīgi attīstās, jo nākotnes datu iegūšanas programmām tiek izstrādāti jauni okeanogrāfijas sensori. Turklāt ASV jūras spēki atbalsta koordinētus pasākumus, ko sauc par AOSN, ar mērķi izveidot vairāku AUV tīklu, lai okeanogrāfiskos datus un informāciju iegūtu laika un telpas izšķirtspējā.

Darbojas autonomais Benthic Explorer (Wikimedia)

Dziļjūras urbšanas projekts

1966. gadā sākās Nacionālā zinātnes fonda un The Regents sadarbība ar Kalifornijas universitāti. Mērķis bija sākt okeāna urbšanas projektu, lai izpētītu okeāna dibenu un atrastu jebkādu liecību par plākšņu tektoniku. Šīs sadarbības rezultāts bija Golmar Challenger, kas 1967. gadā atstāja Oranžas ostu, Teksasā. Četru simtu pēdu garais kuģis bija aprīkots ar pietiekami daudzām laboratorijām, dzīvojamām telpām un putru zālēm, lai varētu uzņemt simtiem apkalpes locekļu. Tomēr visievērojamākā kuģa daļa bija tā urbis. Tas spēja sasniegt 20 000 pēdu dziļumu zem ūdens, kas deva zinātniekiem iespēju iegūt paraugus, kurus iepriekš nevarēja savākt.

The Golmar Challenger. (Vikipēdija)

Kuģis un tā apkalpe pirmos trīsdesmit mēnešus sāka braukt un urbt visos lielākajos okeānos, kā arī Sarkanajā un Vidusjūrā. Paši kodola paraugi bija 30 pēdas gari un 2,5 collu diametrā. Tā kā tajā laikā komanda bija tik progresīva paraugu ņemšanas metode, apkalpe atrada dažus no vissvarīgākajiem okeanogrāfijas atklājumiem. Viņu centieni ļāva atklāt sāls kupolus un, savukārt, eļļu okeāna dibenā. Kad apkalpe izurbās okeāna vidū, uz kuģa esošie zinātnieki atklāja, ka okeāna dibena daļām bija tikai 200 miljoni gadu. Tas nozīmēja, ka jūras dibens tiek pārstrādāts kopš Zemes okeānu veidošanās, sniedzot būtiskus pierādījumus par jūras dibena izplatīšanos un kontinentālo novirzi. Ar vairāk nekā 300 000 jūras jūdžu nobraukšanu, 19 000 serdeņu savākšanu un aptuveni 600 vietu izpēti Golmar Challenger pensionējās 1983. gadā. Tomēr 1985. gadā projekts tika turpināts ar jaunajiem Okeāna urbšanas programmas un Starptautiskās okeāna urbšanas programmas nosaukumiem. Vietā Golmar Challenger bija JOIDES Rezolūcija, vēl lielāks kuģis ar modernāku urbšanas aprīkojumu. Līdz šai dienai gan programmas, gan JOIDES Rezolūcija turpina darboties, ņemot paraugus no visiem Zemes okeāniem. Šo kuģu serdes paraugi tiek glabāti pētniecības centros visā pasaulē, un daudzi okeanogrāfi tos uzskata par nenovērtējamu.

The JOIDES Rezolūcija, joprojām tiek izmantots līdz šai dienai. (Vikipēdija)

JOIDES Rezolūcija ekspedīcijas karte 2013. – 2020.Vikipēdija)

Avoti

  1. NOAA, Nacionālā okeānu un atmosfēras pārvalde, oceanexplorer.noaa.gov

  2. NOAA, jūras grīdas kartēšana

  3. OIC, Okeāna attēlveidošanas konsultanti, oicinc.com/history_sonars.htm

  4. Dziļjūras urbšanas projekts DSDP - http://www.deepseadrilling.org/about.htm

  5. DSDP Glomar Challenger - http://www.iodp.tamu.edu/publicinfo/...hallenger.html

  6. Woods Hole institūta urbšanas vēsture - http://www.divediscover.whoi.edu/his.../drilling.html

  7. [Velsiešu] velsiešu, R., et. al. Efektīvu zemūdens akustisko mobilo tīklu sasniegumi ”Starptautiskais UUV simpozijs, Ņūportas RI, 2000. gada 24. – 28.

  8. Blidbergs, D. Ričards. “Autonomu zemūdens transportlīdzekļu (AUV) attīstība; Īss kopsavilkums. ” Autonomais zemūdens sistēmu institūts, 2007.

  9. https://divediscover.whoi.edu/history-of-oceanography/ocean-drilling/

  10. http://www.iodp.tamu.edu/publicinfo/glomar_challenger.html

  11. http://www-odp.tamu.edu/glomar.html