Подводно проучване

Подводно проучване, проучване и описание на океанските води и морското дъно и на Земята отдолу.

Основни цели и постижения

В обхвата на подводното проучване са включени физичните и химичните свойства на морската вода, целия начин на живот в морето, както и геоложки и геофизични особености на земната кора. Изследователите в областта определят и измерват такива свойства; подгответе карти, за да идентифицирате модели; и използвайте тези карти, измервания и теоретични модели, за да постигнете по-добро разбиране на това как работи Земята като цяло. Тези знания позволяват на учените да прогнозират например дългосрочните климатични промени и водят до по-ефективно проучване и експлоатация на земните ресурси, което от своя страна води до по-добро управление на околната среда като цяло.

Мултидисциплинарната експедиция на британския кораб „Challenger” през 1872–76 е първото голямо подводно проучване. Въпреки че основната му цел е била да търси дълбоководен живот с помощта на мрежови буксири и драги, резултатите от неговите физически и химични проучвания разширяват научните познания за разпределението на температурата и солеността в откритите морета. Освен това, по целия свят по време на експедицията са извършвани измервания на дълбочината чрез проводници.

От времето на пътуването на „Challenger” учените научиха много за механиката на океана, какво съдържа и какво се намира под повърхността му. Разследващите са създали глобални карти, показващи разпределението на повърхностните ветрове, както и на топлината и валежите, които работят заедно, за да задвижват океана в непрекъснатото си движение. Те са открили, че бурите на повърхността могат да проникнат дълбоко в океана и всъщност да предизвикат разкъсване и преместване на дълбочинни седименти. Последните проучвания също разкриха, че бури, наречени вихри, се случват в самия океан и че такава климатична аномалия като Ел Ниньо е причинена от взаимодействие на океана и атмосферата.

Други проучвания показват, че океанът абсорбира големи количества въглероден диоксид и следователно играе основна роля за забавяне на натрупването му в атмосферата. Без модериращия ефект на океана, постоянно увеличаващият се вход на въглероден диоксид в атмосферата (поради широкото изгаряне на въглища, нефт и природен газ) би довел до бързото начало на така наречения парников ефект - т.е. затопляне на Земята, причинено от поглъщането и излъчването на инфрачервена енергия към земната повърхност от въглероден диоксид и водни пари във въздуха.

Областта на морската биология се възползва от разработването на нови методи за вземане на проби. Сред тях широките акустични техники разкриват разнообразни рибни популации и тяхното разпространение, докато прякото, близко наблюдение, станало възможно благодарение на дълбоководни подводници, доведе до откриването на необичайни (и неочаквани) видове и явления.

В областта на геологията подводните проучвания на топографията на морското дъно и неговите гравитационни и магнитни свойства доведоха до разпознаването на глобалните модели на движение на континенталната плоча. Тези модели са в основата на концепцията за тектоника на плочите, която синтезира по-ранни хипотези за континентален дрейф и разпространение на морското дъно. Както бе отбелязано по-рано, тази концепция не само революционно научи разбирането на динамичните характеристики на Земята (например сеизмична активност, изграждане на планини и вулканизъм), но и даде открития с икономическо и политическо въздействие. Учените от Земята откриха, че средните океански центрове на разпространение на морските дъна също са места на важни метални находища. Хидротермалните циркулации, свързани с тези центрове, произвеждат значителни натрупвания на важни за световната икономика метали, включително цинк, мед, олово, сребро и злато. Богати находища на манган, кобалт, никел и други търговски ценни метали са открити в възли, разпределени по цялото дъно на океана. Последното откритие се оказва основен фактор за създаването на Конвенцията за морското право (1982 г.), която призовава за споделяне на тези ресурси между развитите и развиващите се страни. Експлоатацията на тези открития очаква единствено въвеждането на търговски жизнеспособни техники за дълбоководно добив и транспорт.

Основни елементи на подводното проучване

платформи

Подводни проучвания от всякакъв вид трябва да се извършват от платформи, в повечето случаи кораби, шамандури, самолети или сателити. Типичните океанографски кораби, способни да извършват пълен набор от подводни проучвателни дейности, варират с размери от около 50 до 150 метра. Те поддържат научни екипи от 16 до 50 души и като цяло позволяват пълен спектър от интердисциплинарни изследвания. Един пример за подобен изследователски кораб е „Мелвил“, управляван от Института по океанография на Скрипс. Той има водоизместимост 2 075 тона и може да превозва 25 учени в допълнение към 25 членове на екипажа. Задвижва се от двойна циклоидна задвижваща система, която осигурява забележителна маневреност.

„Резолюцията JOIDES“, управлявана от Тексаския университет A&M за съвместните океанографски институции за дълбоко вземане на проби от Земята, представлява голям напредък в изследователските кораби. Преобразуван търговски сондажен кораб, той е с дължина 145 метра, водоизместимост 18 600 тона и е снабден с вишка, която се простира на 62 метра над водната линия (виж снимката). Компютърно контролирана динамична система за позициониране позволява на кораба да остане над определено място, докато пробива във вода на дълбочина до 8 300 метра. Сондажната система на кораба е проектирана да събира ядра отдолу под океанското дъно; може да се справи с 9 200 метра сондажна тръба. По този начин корабът може да вземе проба по-голямата част от океанското дъно, включително дъното на дълбоки океански басейни и окопи. „Резолюцията JOIDES” има и други забележителни възможности. Той може да работи на вълни с височина до осем метра, ветрове до 23 метра в секунда и силни течения до 1,3 метра в секунда. Той е оборудван за използване в лед, така че да може да провежда сондажни операции на високи ширини. Корабът може да побере 50 учени, както и екипажът и сондажният екип, а геофизичните му лаборатории са общо 930 квадратни метра.

Други специализирани кораби включват превозното средство за дълбоко потопяване, известно като "Алвин", което може да превозва пилот и два научни наблюдателя на дълбочина от 4000 метра. Маневреността на „Алвин” е била основна за откритията на находищата на минерали в центровете за разпространение на морското дъно в средния океан и на неизвестните досега биологични общности, живеещи на тези места. Друг универсален кораб е Плаващата платформа на инструментите (FLIP). Това е дълга тясна платформа, която се тегли в хоризонтално положение до изследователска площадка. Веднъж на място, баластните резервоари са наводнени, за да обърнат кораба до вертикално положение. Само 17 метра от кораба се простират над водната линия, като останалите 92 метра са изцяло потопени. Вдигането и падането на вълните причиняват много малка промяна в изместването, което води до висока степен на стабилност.

Новите дизайни на кораби, които обещават още по-голяма стабилност и лекота на използване, включват този от сорта Малък воден самолет Twin Hull (SWATH). Този тип дизайн изисква използването на двойно потопени, рационализирани корпуси, за да се поддържа конструкция, която се движи над водната повърхност. Формата на палубата е изцяло неограничена от формата на корпуса, както е при конвенционалните повърхностни съдове. Движението на кораба е значително намалено поради дълбочината на потопените корпуси. За дадена водоизместимост плавателен съд тип SWATH може да осигури два пъти по-голямо пространство на палубата, което може да има еднокорпусен кораб, само с 10 процента от движението на типа конструкция с един корпус. В допълнение, голям централен отвор или кладенец може да се използва за показване и възстановяване на инструменти.