1.4: Сучасна наука про океан

Хоча методи та цілі, що знаходяться в центрі того, що підштовхує людство до океанічних досліджень, сильно варіювалися протягом усієї історії людства, таке дослідження дозволило краще зрозуміти величезний простір, який є нашими океанами. Лише на початку 1800-х років президент Джефферсон фінансував дослідження узбережжя Сполучених Штатів для дослідження океану (NOAA). У 1872 році експедиція «Челленджер» проводить першу океанічну експедицію. На цій місії солоність, щільність, температура і сотні нових видів були виявлені і розглянуті вперше (NOAA). У 1912 році, з зануренням «Титаніка» в глибокі моря, спонукав необхідність розробки способів розвідки з використанням акустики, щоб об'єкти могли бути виявлені перед тим, як вступити в контакт з кораблем. Це було прискорено під час Першої світової війни, причому обидві сторони розробили способи виявлення ворожих підводних човнів (National Geographic).

Челленджер Хуана Фернандеса (Вікімедіа)

Картування дна океану

Картування морського дна зазвичай проводиться шляхом вимірювання глибини води в певній точці, що історично робилося за допомогою «свинцевої лінії». Цей процес був вкрай трудомістким і неточним. Удосконалене картографування морського дна стало можливим у 1920-х роках завдяки появі підводних звукових проекторів (званих «сонаром») (NOAA). Технологія була створена для того, щоб дозволити союзним кораблям боротися з німецькими підводними човнами, попередниками сучасних підводних човнів, проектуючи звук через океан і вимірюючи кількість ехолокації (ОІК). Це може дати користувачам вимірювання відстані та напрямку підводних об'єктів.

Після Першої світової війни узбережжя та геодезична зйомка (яка згодом стане NOAA) перетворила військову техніку в глибини, щоб дозволити їм почати картографування західного узбережжя тексту Atlantic, виробляючи перші детальні карти дна океану (NOAA). Навіть з розвитком цієї технології картографування морського дна все ще було складним завданням, оскільки ранні гідролокатори могли проводити вимірювання глибини лише безпосередньо під судном, роблячи картографування стомлюючим процесом переміщення вперед і назад по поверхні та з'єднання окремих точок даних разом.

Оскільки країни по всій земній кулі занурилися у другу світову війну, значні досягнення в технології гідролокатора, що дозволило зробити більш точні та вдосконалені вимірювання дна океану. Дані, отримані з таких систем, мали вирішальне значення при побудові карт, які включали ключові особливості, такі як серединно-океанічні хребти та глибоководні траншеї (NOAA). У 1970-х роках методи стали більш точними і ефективними, коли ВМС США розсекретили «багатопроменевий» гідролокатор, що дозволило дослідницьким судам робити більш точні і більші зображення дна океану. Це, поряд зі збільшенням обчислювальної потужності комп'ютера, дозволило дослідникам збирати великі обсяги даних і швидко компілювати їх в детальні та точні карти.

Багатопроменевий ехолот (Вікімедіа)

Автономні підводні апарати (AUV)

Перший американський заглибний апарат отримав назву «Черепаха». У Сейбруку, штат Коннектикут 1775, Девід Бушнелл та його брат побудували невелику дерев'яну підводний човен у формі яєць, який ефективно використовувався у морському бою (перший, хто це зробив) в гавані Нью-Йорка (1776). Протягом століття технологічних досягнень пізніше, у листопаді 1879, преподобний Джордж Гарретт розробив «Resurgam;» перший сучасний підводний човен був живився від парового двигуна Ламм і міг подорожувати майже десять годин, використовуючи енергію, що зберігається в ізольованому танку.

Черепаха підводний човен (Вікімедіа

З еволюцією підводного човна прийшла розробка AUV, яка почалася в 1960-х роках. Протягом 1970-х років багато випробувальних стендів були розроблені в надії експериментувати з технологією для вивчення та визначення потенціалу AUV. наприклад, Лабораторія інженерної морської системи Університету Нью-Гемпшира співпрацювала з зусиллями на об'єкті ВМС США в Сан-Дієго, щоб розробити відкритий космічний каркас БПЛ, карниз. Згодом Інститут проблем морських технологій РАН ініціював свою програму AUV з розробки автомобілів SKAT і перших глибоководних позашляховиків L1 і L2. Як правило, існує два типи БПЛА, пілотовані та безпілотні системи, обидва з яких в основному використовуються для військових місій та підводних розслідувань та оцінки, а також збору даних. У міру вдосконалення програмних систем та інженерії, розширення фінансування, а технологи сходяться (як на міжнародному симпозіумі 1980 року для занурення технологій), AUV нарешті змогли перерости в операційні системи першого покоління, здатні досягти визначених цілей. Нові системи, включаючи автономну океанографічну систему відбору проб, забезпечили ресурси, необхідні для комерціалізації ринку AUV, яка процвітала з 2000-2010 років. Що стосується технології AUV, системи постійно змінювалися відповідно до вирішення нових технологічних проблем або знахідок.

Протягом останніх трьох десятиліть галузь зосередилася на наступних технологіях: автономія, енергетичні системи/управління енергією, 3D-візуалізація, навігація, обробка, датчики та зв'язок. У галузі океанської науки такі транспортні засоби, як ABE, AUTOSUB та інші, успішно зібрали науково значущі дані. Технологія постійно розвивається, оскільки розробляються нові датчики для океанографії для майбутніх програм збору даних. Крім того, ВМС США підтримують скоординовані зусилля під назвою AOSN, з метою створення мережі декількох позашляховиків для отримання океанографічних даних та інформації у тимчасових та просторових резолюціях.

Автономний бентичний дослідник в роботі (Вікімедіа)

Проект глибоководного буріння

У 1966 році почалася співпраця між Національним науковим фондом і The Regents, і Каліфорнійським університетом. Метою було розпочати проект океанічного буріння з метою вивчення дна океану та пошуку будь-яких доказів тектоніки плит. Результатом такої співпраці став Golmar Challenger, який покинув порт Оранж, штат Техас в 1967 році. Судно довжиною чотириста футів було оснащено достатньою кількістю лабораторій, житлових приміщень та залів для безладу, щоб вмістити сотні членів екіпажу. Однак найпомітнішою частиною корабля було його буріння. Він був здатний досягати глибини 20 000 футів під водою, що дало вченим шанс отримати зразки, які раніше не могли бути зібрані.

Голмар Челленджер. (Вікіпедія)

Корабель і його екіпаж почали перші тридцять місяців буріння керна і буріння в усіх основних океанах, а також Червоному і Середземному морях. Самі зразки ядра були 30 футів в довжину і 2,5 дюйма в діаметрі. Будучи таким передовим засобом відбору проб в той час, екіпаж знайшов деякі найважливіші відкриття в океанографії. Їх зусилля дозволили виявити соляні куполи, а в свою чергу, нафту на дні океану. Коли екіпаж бурив на середньоокеанських хребтах, вчені на борту виявили, що частинам океанського дна було всього 200 мільйонів років. Це означало, що морське дно переробляється з моменту утворення океанів Землі, що дає суттєві докази поширення морського дна та дрейфу континентів. З більш ніж 300 000 морських миль пройшли, 19,000 ядер зібрані, і приблизно 600 досліджених сайтів, Golmar Challenger пішов у відставку в 1983 році. Однак у 1985 році проект продовжився під новими назвами Програми буріння океану та Міжнародної програми буріння океану. На зміну Golmar Challenger став JOIDES Resolution, ще більший корабель з більш сучасним буровим обладнанням. До цього дня продовжують діяти як програми, так і резолюція JOIDES, беручи зразки з усього океану Землі. Зразки ядер з цих кораблів зберігаються в дослідницьких центрах по всьому світу і вважаються безцінними багатьма океанографами.

Резолюція JOIDES, яка використовується і донині. (Вікіпедія)

Карта експедиції JOIDES Резолюція 2013-2020 років (Вікіпедія)

Джерела

1. NOAA, Національне управління океанічної та атмосфери, oceanexplorer.noaa.gov

2. NOAA, картографування морського дна

3. OIC, консультанти з питань океанічної візуалізації, oicinc.com/history_sonars.htm

4. Проект глибоководного буріння DSDP - http://www.deepseadrilling.org/about.htm

5. DSDP Гломар Челленджер - http://www.iodp.tamu.edu/publicinfo/...hallenger.html

6. Історія буріння установи Вудс Отвір - http://www.divediscover.whoi.edu/his... /drilling.html

7. [Валлійська] Валлійська, Р., та ін. Досягнення ефективних заглибних акустичних мобільних мереж» Міжнародний симпозіум UUV, Newport RI, квітень 24-28, 2000

8. Блідберг, Д. Річард. «Розробка автономних підводних апаратів (AUV); Короткий зміст». Інститут автономних підводних систем, 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