Наука Океанография — открывая тайны океанов

Что такое океанография и что изучает океанограф

В публикации рассматривается наука океанография, ее достижения за последнее десятилетие.

Знаете ли вы, что морские виды составляют более 80% живых существ Земли? Или что морские водоросли и другие морские растения, обитающие в океане, производят около 50% кислорода в атмосфере? Поэтому, в настоящее время все больший интерес приобретает исследование океана, выявление полезных ресурсов, которые можно использовать в качестве лекарств от многих заболеваний. В этой статье вы также познакомитесь с такими терминами, как биомимикрия, подкисление океана, океаническая конвейерная лента и палеоклиматология.

Что такое океанография?

Океанография, происходит от греческих слов «Oceanus» — греческого водного бога и «графа» — означающего письмо, является разделом географии, который изучает океан. Другое название — океанология. Наука океанография охватывает широкий спектр направлений, таких как морские обитатели и их экосистемы, тектоника плит или перемещение больших участков, образующих океан, или геология морского дна, эрозия прибрежных районов, движение океанских течений, образование волн и химическое воздействие. и физические свойства океана. Также в сферу океанографии входят океанские природные ресурсы и полезные ископаемые [1].

Направления исследований океанографии обычно подразделяются на четыре отдельные, но взаимосвязанные отрасли: биологические, химические, геологические и физические процессы в морской среде.

Биологическая океанография

Биологическая океанография, как видно по ее названию, изучает морские организмы. Исследователи в этой области (биологические океанографы) изучают поведение растений и животных в морской среде, их пищу и размножение, а также то, как они влияют на более крупных морских существ. Морские биологи и ученые в области рыболовства также являются биологическими океанографами. Их интересует количество морских организмов и то, как они развиваются, связанных друг с другом. Биологические океанографы также фокусируются на том, как виды адаптируются к изменениям окружающей среды и как они взаимодействуют с окружающей средой, например, с повышенным уровнем загрязнения, глобальным потеплением воды и другими естественными или искусственными изменениями и воздействиями. Естественным воздействием может быть ураган или извержение подводного вулкана, в то время как искусственным воздействием может быть разлив нефти или неконтролируемы лов рыбы и браконьерство [2].

Новые технологии, разработанные за последние несколько лет, расширяют возможности биологических океанографов. Например, морские технологии — это изучение того, как морские ресурсы могут быть использованы для разработки промышленной, медицинской и экологической продукции. Многие усилия направлены на разработку новых лекарств. Процесс, называемый биомимикрией, позволяет исследователям понять, изолировать и имитировать биологические свойства морских видов. Например, природные соединения, содержащиеся в кораллах и других морских организмах, потенциально обладают противораковыми свойствами, а некоторые белки, состоящие из морских водорослей и бактерий, являются сверхпоглощающими материалами, используемыми для очистки от разливов нефти [3]. Это делает применение этих исследований потенциально очень важным и нескончаемым.

Химическая океанография

Химическая океанография и морские химики изучают химический состав морской воды и его последствия для морских организмов, атмосферы и морского дна. Их работа включает анализ компонентов морской воды и воздействия загрязнения на морских существ. Они изучают необычные и иногда токсичные жидкости, выделяемые гидротермальными жерлами на дне океана. Нанося на карту химические вещества, обнаруженные в воде, они понимают, как океанские течения перемещают воду по всему земному шару, также известную как «океанский конвейер». Химические океанографы также сосредотачиваются на том, как океан влияет на климат, изучая, как углерод от углекислого газа (CO2) захоронен в морском дне, подчеркивая ключевую роль, которую океан играет в регулировании парниковых газов, таких как CO2, который является основным источником к глобальному потеплению.

В настоящее время окисление океана является ключевой темой в химической океанографии, поскольку океан становится все более и более кислым из-за увеличения количества CO2 в атмосфере. В последнее время антропогенная деятельность неуклонно увеличивала содержание CO2 в атмосфере; около 30-40% добавленного CO2 поглощается океанами, образуя углекислоту и понижая pH (ранее 8,2, теперь ниже 8,1) за счет подкисления океана [4, 5, 6]. Ожидается, что к 2100 году pH достигнет 7,7 [7]. Химические океанографы обнаружили, что кислота разрушает образование карбоната кальция, который является основным строительным материалом для раковин и кораллов. [8]

Наконец, что не менее важно, океан богат минералами и питательными веществами, содержащимися в океанской флоре. Океанологи-химики также работают над выявлением полезных ресурсов океана, которые можно использовать в качестве лекарств.

Геологическая океанография

Геологическая океанография изучает структуру дна океана, исследует дно океана и отмечает, какие изменения в физической структуре образовали долины, горы и каньоны. Океанологи-геологи — это ученые, которые изучают осадки на морском дне, возникшие в прошлом и возникающие сейчас. С помощью бурения пробоотборников осадочных кернов и сбора измерений из-под дна океана океанологи изучают миллионы лет истории физических движений (например, вулканических движений, которые строили морское дно). Эти исследования помогают ученым понять наш палеоклимат. Палеоклиматология — это изучение погодных и климатических моделей на протяжении миллионов лет. Более глубокое знание мировых океанов позволяет ученым более точно прогнозировать, например, долгосрочные погодные и климатические изменения, и ведет к более эффективному исследованию ресурсов Земли.

Физическая океанография

Физическая океанография — это раздел океанографии, который изучает взаимосвязь между физическими свойствами океана, атмосферой, морским дном и побережьем. Его основное внимание уделяется исследованию температуры, плотности, волн, течений, приливов в океане, вихрей, создаваемых вихрями, переносу песка на пляжах и у берегов, эрозии прибрежных районов и взаимодействию атмосферы и океана, которое создает наши погодные и климатические системы. Океанографы-физики исследуют глубокие течения и передачу света и звука через воду. Они предсказывают, что глобальное потепление замедлит «океанский конвейер», который радикально изменит климат. Таяние ледяных шапок приведет к повышению уровня моря, и тем самым океан станет менее соленым и плотным.

Чем занимается океанограф?

Океанограф работает в области океанографии и должен иметь широкое понимание различных научных направлений, которые отражают различные дисциплины, такие как химия, биология, геология, астрономия, химия, климатология, география, гидрология, метеорология и физика толщи воды.

Океанографы занимаются целым рядом разнообразных вопросов, включая изменения климата, сокращение рыбного промысла, размывание береговых линий, разработку новых лекарств из морских ресурсов и изобретение новых технологий для исследования моря. На самом деле, ученые-исследователи океана и их инструменты продвинулись настолько далеко, что даже могут измерять температуру, глубину и соленость океанов из космоса с помощью спутников. Перед океанографами стоит важная задача: следить за циркуляцией воды, их движением на сушу и возможностью образования дождевых облаков. Вместе с метеорологами они предоставляют информацию о предстоящих циклонах, торнадо, цунами и ураганах, угрожающих загрязнению прибрежных районов. Еще одна важная задача ученого-океанолога — внимательно следить за изменениями, которые происходят на поверхности океана и на более глубоких уровнях, для прогнозирования климатических изменений и для обозначения районов для наличия природных ресурсов [9].

История океанографии

История океанографии насчитывает около 30 000 лет, когда первые в мире моряки мигрировали для колонизации небольших островов в Тихом океане. Древнегреческие ученые делали наблюдения за приливами, которые были зарегистрированы в 2000-3000 гг. До н.э. [10]. Примерно в 14-15 веке португальский принц «Генрих Мореплаватель» создал первую океанографическую школу, в которой рассказывают об океанах, течениях и картографии. В последующие годы было сделано много открытий — как технологических, так и географических. Эти эпохи названы «Эпохой исследования», когда европейские мореплаватели и исследователи, такие как Джеймс Кук, Фердинанд Магеллан, Христофор Колумб и другие, начали экспедиции по всему миру. Значительную информацию об океанских течениях собирали различные экспедиции конца 18-го века, в которых были опробованы важные океанографические устройства: компас моряка, астролябия и хронометры (позволяющие морякам выяснить их долготу — огромный прогресс в морской навигации).

Однако современная область океанографии кардинально не изменилась до конца 19-го века, когда Америка, Великобритания и Европа объединились, чтобы финансировать экспедиции для изучения океанских течений, морского дна и жизни, которая процветает в океане [11]. Первой организованной научной работой по исследованию океанов и морского дна в мире была «Экспедиция Челленджер» (1873–1876). Экспедиция считается началом современной океанографии. Челленджер проехал около 70 000 миль (130 000 км), исследуя и исследуя. Во время ее путешествия по всему земному шару было проведено 492 глубоководных зондирования, 133 дна, 151 траление в открытой воде и 263 серийных наблюдения за температурой воды. Было обнаружено около 4700 новых видов морских обитателей [12].

Во время Второй мировой войны перспектива получить преимущество в подводной войне вызвала дополнительный интерес к изучению океанов. Технологии, сделанные в то время, такие как эхолоты и др., позволили ученым обмерять морское дно более точно, чем зондирование глубины с помощью троса. Магнитометр, первоначально разработанный для обнаружения металлических корпусов подводных лодок, в настоящее время используется океанографами для того, чтобы изобразить лучшую картину магнитных свойств морского дна и тем самым расширил наше понимание магнитного ядра Земли.

Океанография сегодня

Современные океанографы имеют множество инструментов, которые помогают им обнаруживать, исследовать и описывать морскую среду. С 1970 года на спутниках были установлены датчики для измерения и сбора данных о скорости и направлении ветра, условиях полярного морского льда, температуре поверхности моря и волнах. Они также обеспечивают высококачественные изображения (спутниковые снимки) облаков, наземных и водных объектов.

Спутники передают океанографические и атмосферные данные в режиме реального времени через спутниковую систему. Эти данные улучшают нашу способность прогнозировать глобальные климатические процессы или природные явления, такие как торнадо, цунами и ураганы.

Предназначенные для работы в более экстремальных условиях, небольшие автономные беспилотные подводные аппараты (AUV) могут брать образцы и высококачественные изображения морского дна на глубинах более 5000-6000 м. Они также могут собирать образцы камней, лавы и воды.

Одним из наиболее полезных устройств для океанографии являются океанографические буи, в основном используемые в тропическом Тихом океане. В настоящее время почти все устройства для океанографии имеют встроенные датчики для определения температуры воды, солености, кислорода, CO2, хлорофилла и уровня освещенности. Эти физические свойства важны для создания планктона, который является основным рационом многих морских животных.

Заключение

Несмотря на сотни лет исследований, наши знания об океанах все еще ограничены верхними парами миль океана. В океане обитает много видов, ожидающих своего открытия. Водоросли и другие морские растения, обитающие в океане, производят около 50% кислорода в атмосфере. Благодаря океанографии мы узнали некоторые удивительные факты об океане, хотя есть еще очень много белых пятен, на которые необходимо исследовать. Поскольку 70% Земли покрыто водой, большая часть ее остается загадкой. Надеемся, что в будущем его огромные размеры и глубина соблазнят ученых раскрыть эти тайны.

Источники

1. National Oceanic and Atmospheric Administration (http://www.noaa.gov), Ocean Facts>> What an Oceanographer does?
2. The Editors of Encyclopedia Britannica, Oceanography Science, Britannica.com, Alternative Title: Marine Science, www.britanica.com/science/oceanography3. National Geography, Key Concepts: marine sanctuary, currents, history, biology, chemistry, geography, oceanography.
3. EPA, 2013, “Ocean Acidity”.
4. Feely, R. A., et. al., 2004, “Impact of Anthropogenic CO2 on the CaCO3 system in the Oceans”
5. Zeebe, R. E.; Zachos, J.C.; Caldeira, K; Tyrell, T., 2008, “Oceans: Carbon Emissions and Acidification”.
6. Gattuso, Hansson; 2011, “Ocean Acidification”.
7. Department of Sustainability, Environment, Water, Population & Communities: Australian Antarctic Division; 2007, “Ocean Acidification”.
8. Sonia Madaan, EarthEclipse.com, What is Oceanography and What Does an Oceanographer Do?
9. Catherine W., Study.com, What is Oceanography? Definition, History & Facts
10. Rice, A. L., 1999, “The Challenger Expedition”. Understanding the oceans: Marine Science in the Wake of HMS Challenger.
11. Peter K. Weyl, 1970, Oceanography: an introduction to the marine environment.
12. Кристиан Панайотов. Uncovering the Mysteries of the Oceans (https://www.hydro-international.com/content/article/uncovering-the-mysteries-of-the-oceans)