Глубоководные исследования - Deep-sea exploration

Основная статья: Исследование
Рука манипулятора подводного аппарата собирает ловушку для крабов с пятью крабами-галатеидами. Это ловушка для угря, модифицированная для лучшей ловли глубоководной фауны. Экспедиция "Жизнь на грани 2005".

Глубоководные исследования это исследование физического, химический, и биологический условия на морское дно, за научный или же коммерческий целей. Глубокое море исследование считается относительно недавней деятельностью человека по сравнению с другими областями геофизический исследования, так как морские глубины исследованы лишь сравнительно недавно. Глубины океана до сих пор остаются малоизученной частью планета, и образуют относительно неизведанный домен.

В целом можно сказать, что современные научные глубоководные исследования начались, когда Французский ученый Пьер Симон де Лаплас исследовали среднюю глубину Атлантический океан наблюдая за приливными движениями, зарегистрированными на Бразильский и Африканский побережья. Он рассчитал, что глубина составляет 3962 метра (12 999 футов), что позже оказалось довольно точным. эхолотный методы измерения.[1] Позже, в связи с увеличением спроса на рассрочку подводные кабели потребовались точные измерения глубины морского дна и были проведены первые исследования морского дна. Первые глубоководные формы жизни были обнаружены в 1864 году, когда норвежский язык исследователи получил образец стебельчатого криноид на глубине 3109 м (10200 футов).[2]

С 1872 по 1876 год британские ученые на борту HMS провели историческое исследование океана. Претендент, парусник, который был переделан в корабль-лабораторию. В Претендент экспедиция покрыли 127 653 км (68 927 морских миль), и корабельные ученые собрали сотни образцов и гидрографические измерения, обнаружив более 4700 новых разновидность из морская жизнь, включая глубоководные организмы.[1][3] Им также приписывают первый реальный вид на основные особенности морского дна, такие как глубокие бассейны океана.

Первым инструментом, который использовался для глубоководных исследований, был измерительный груз, использованный британским исследователем. Сэр Джеймс Кларк Росс.[4] С этим инструментом он достиг глубины 3700 м (12 139 футов) в 1840 году.[5] В Претендент Экспедиция использовала аналогичные инструменты, называемые машинами для зондирования Бэйли, для извлечения образцов из морского дна.[6]

В 20-м веке глубоководные исследования значительно продвинулись благодаря серии технологических изобретений, начиная от сонар система, которая может определять присутствие подводных объектов с помощью звука, для пилотируемых глубоководные аппараты. В 1960 г. Жак Пикар и ВМС США Лейтенант Дональд Уолш спустился в батискаф Триест в самую глубокую часть Мирового океана, Марианская впадина.[7] 25 марта 2012 года режиссер Джеймс Кэмерон спустился в Марианскую впадину в Deepsea Challenger, и, как ожидается, впервые будут отсняты и отобраны образцы дна.[8][9][10][11][12]

Несмотря на эти достижения в глубоководных исследованиях, путешествие на дно океана по-прежнему остается сложной задачей. Ученые работают над поиском способов изучения этой экстремальной среды с борта корабля. При более сложном использовании волоконная оптика, спутники, и роботов с дистанционным управлением, ученые надеются однажды исследовать морские глубины с экрана компьютера на палубе, а не из иллюминатора.[3]

Вехи глубоководных исследований

Экстремальные условия в морских глубинах требуют сложных методов и технологий, чтобы выдержать это, что является основной причиной того, что их исследования имеют сравнительно короткую историю. Некоторые важные вехи глубоководных исследований перечислены ниже:

Океанографическая аппаратура[4]

Аппарат для глубоководных исследований, 1910 г.

Измерительный груз, один из первых инструментов, использованных для исследования морского дна, был спроектирован в виде трубы на основании, которая продавливала морское дно при ударе о дно океана. Британский исследователь сэр Джеймс Кларк Росс полностью использовал этот инструмент, чтобы достичь глубины 3700 м (12 139 футов) в 1840 году.[4][16]

Гири, используемые на HMSПретендент были немного более совершенной «машиной для зондирования Бэйли». Британские исследователи использовали проводное зондирование для исследования морских глубин и собрали сотни биологических образцов из всех океанов, кроме океана. Арктический. Также используется на HMS Претендент были земснаряды и совки, подвешенные на тросах, с помощью которых можно было брать пробы донных отложений и биологические образцы морского дна.[4]

Более продвинутая версия зондирующего груза - это гравитационный пробоотборник. Гравитационный пробоотборник позволяет исследователям отбирать образцы и изучать слои отложений на дне океанов. Пробоотборник состоит из трубы с открытым концом с грузом и спускового механизма, который освобождает пробоотборник от подвесного троса, когда пробоотборник опускается на морское дно и небольшой груз касается земли. Пробоотборник падает на морское дно и проникает в него на глубину до 10 м (33 фута). Поднимая пробоотборник, извлекается длинный цилиндрический образец, в котором сохраняется структура слоев донных отложений. Извлечение кернов отложений позволяет ученым увидеть наличие или отсутствие определенных окаменелостей в иле, которые могут указывать на климатические особенности временами в прошлом, например, во время ледниковых периодов. Образцы более глубоких слоев могут быть получены с помощью пробоотборника, установленного в сверле. Буровое судно JOIDES Резолюция оборудован для извлечения керна с глубины до 1500 м (4921 фут) ниже дна океана. (Видеть Программа морского бурения )[17][18]

Эхолотный инструменты также широко использовались для определения глубины морского дна с тех пор, как Вторая Мировая Война. Этот прибор используется в основном для определения глубины воды с помощью акустического эха. Звуковой импульс, посылаемый с корабля, отражается от морского дна обратно на корабль, причем интервал времени между передачей и приемом пропорционален глубине воды. Постоянно регистрируя промежутки времени между исходящими и возвращаемыми сигналами на бумажной ленте, картографирование морского дна получается. Таким образом была нанесена на карту большая часть дна океана.[19]

Кроме того, телекамеры высокого разрешения, термометры, измерители давления и сейсмографы другие известные инструменты для глубоководных исследований, изобретенные техническим прогрессом. Эти инструменты либо спускаются на морское дно с помощью длинных тросов, либо непосредственно прикрепляются к подводному устройству. буи. Глубоководные течения можно изучать с помощью поплавков, оснащенных ультразвуковым звуковым устройством, так что их движения можно отслеживать с борта исследовательского судна. Сами такие суда оснащены новейшими навигационными приборами, такими как спутник навигационные системы и системы глобального позиционирования которые удерживают судно в рабочем положении относительно радиомаяка на дне океана.[4]

Океанографические подводные аппараты

Из-за высокого давления глубина, на которую дайвер может спуститься без специального снаряжения, ограничена. Самый глубокий зарегистрированный спуск, сделанный водолазом, составляет 127 м (417 футов).[3] Революционные новые гидрокостюмы, такие как "ДЖИМ костюм, "позволяют дайверам достигать глубины примерно до 600 м (1969 футов).[20] Некоторые дополнительные функции костюмов подруливающее устройство наборы, которые могут переместить дайвера в разные места под водой.[21]

Чтобы исследовать еще более глубокие глубины, мореплаватели должны полагаться на специально сконструированные стальные камеры для их защиты. Американский исследователь Уильям Биб, также натуралист из Колумбийский университет в Нью-Йорке, работая с коллегой-инженером Отис Бартон из Гарвардский университет, разработала первую практическую батисферу для наблюдения за морскими видами на глубинах, недоступных для дайвера.[22][23] В 1930 году Биби и Бартон достигли глубины 435 м (1427 футов), а в 1934 году - 923 м (3028 футов). Потенциальная опасность заключалась в том, что в случае обрыва кабеля люди не могли вернуться на поверхность. Во время погружения Биб выглянул из иллюминатора и сообщил о своих наблюдениях по телефону Бартону, который находился на поверхности.[16][24]

В 1948 г. швейцарский физик Огюст Пикар испытал изобретенное им судно для более глубоких погружений под названием батискаф, судоходное глубоководное судно с бензиновым поплавком и подвесной камерой или гондолой из сферической стали.[22] Во время экспериментального погружения в Острова Зеленого Мыса Его батискаф успешно выдержал давление на него на высоте 1402 м (4600 футов), но его корпус был серьезно поврежден сильными волнами после погружения. В 1954 году с этим батискафом Пиккар достиг глубины 4000 м (13 123 фута).[22] В 1953 году его сын Жак Пикар участвовал в строительстве нового улучшенного батискафа Триест, который во время полевых испытаний совершил погружение на глубину 3139 м (10299 футов).[22] В ВМС США приобретенный Триест в 1958 году и оборудовал его новой кабиной, чтобы он мог выходить в глубокие океанские траншеи.[7] В 1960 году Жак Пикар и лейтенант ВМС США Дональд Уолш спустились в Триест к самой глубокой известной точке на Земле - Challenger Deep в Марианская впадина, успешно совершив самое глубокое погружение в истории: 10915 м (35 810 футов).[7]

В настоящее время во всем мире используется все большее количество занятых подводных аппаратов. Например, американская постройка DSVЭлвин, управляемый Океанографическое учреждение Вудс-Хоул, представляет собой подводную лодку с тремя людьми, которая может погружаться на глубину около 3600 м (11811 футов) и оснащена механическим манипулятором для сбора донных проб. Управляется Океанографическое учреждение Вудс-Хоул, Элвин предназначен для перевозки экипажа из трех человек на глубину 4000 м (13 123 фута). Подводная лодка оснащена фонарями, фотоаппаратами, компьютерами и высокоманевренным роботизированным оружием для сбора проб в темноте океанских глубин.[25][26] Элвин совершил свое первое тестовое погружение в 1964 году и совершил более 3000 погружений на среднюю глубину 1829 м (6001 фут). Элвин также принимал участие в большом количестве исследовательских проектов, например, в том, где гигантские трубчатые черви были обнаружены на Тихий океан этаж возле Галапагосские острова.[26]

Беспилотные подводные аппараты

Описание работы и использования автономных спускаемых аппаратов в глубоководных исследованиях.

Один из первых беспилотных глубоководных аппаратов был разработан Калифорнийским университетом при гранте Фонда Аллана Хэнкока в начале 1950-х годов для разработки более экономичного метода фотосъемки миль под водой с помощью беспилотного стального высокого давления 3000 фунтов ( 1361 кг) сфера, называемая бентограф который содержал камеру и стробоскоп. Первоначальный бентограф, построенный USC, очень успешно сделал серию подводных фотографий, пока он не застрял между камнями и его уже нельзя было извлечь.[27]

Автомобили с дистанционным управлением (ROV) также все чаще используются в подводных исследованиях. Эти подводные аппараты управляются с помощью кабеля, который соединяется с надводным кораблем, и могут достигать глубины до 6000 м (19 685 футов). Новые разработки в области робототехники также привели к созданию АНПА или автономные подводные аппараты. Подводные лодки-роботы запрограммированы заранее и не получают никаких команд с поверхности. Гибридный ROV (HROV) сочетает в себе функции как ROV, так и AUV, работая независимо или с помощью кабеля.[28][29] Арго был задействован в 1985 году для обнаружения останков RMSТитаник; меньший Джейсон также использовался для исследования места кораблекрушения.[29]

Научные результаты

В 1974 г. Элвин (управляется Океанографическое учреждение Вудс-Хоул и Исследовательский центр Deep Sea Place), французский батискаф Архимед, и французское блюдце для ныряния ЦИАНАпри поддержке кораблей поддержки и Гломар Челленджер, исследовал великую рифтовую долину Срединно-Атлантический хребет, к юго-западу от Азорские острова. Было сделано около 5200 фотографий региона, причем образцы относительно молодых затвердевших магма были обнаружены по обе стороны от центральной трещины рифтовой долины, что является дополнительным доказательством того, что морское дно расширяется на этом участке со скоростью около 2,5 см (1,0 дюйма) в год (см. тектоника плит,).[30]

В серии погружений, проведенных в период 1979–1980 гг. Галапагосские острова трещина, от побережья Эквадор, Французские, итальянские, мексиканские и американские ученые обнаружили вентиляционные отверстия высотой около 9 м (30 футов) и шириной около 3,7 м (12 футов), из которых выходит смесь горячей воды (до 300 ° C, 572 ° F) и растворенной воды. металлы в темных дымчатых шлейфах (см. гидротермальный источник,). Эти горячие источники играют важную роль в формировании отложений, обогащенных медь, никель, кадмий, хром, и уран.[30][31]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Deep Sea Exploration. "World of Earth Science. Ed. K. Lee Lerner и Brenda Wilmoth Lerner. Gale Cengage, 2003. eNotes.com. 2006. 7 декабря 2009 г.http://www.enotes.com/earth-science/deep-sea-exploration >
  2. ^ «Жизнь на дне океана». BBC Earth. Получено 22 июн 2020.
  3. ^ а б c "Краткая история". Ceoe.udel.edu. Архивировано из оригинал на 2010-10-05. Получено 2010-09-17.
  4. ^ а б c d е [1] В архиве 1 мая 2009 г. Wayback Machine
  5. ^ «ГЛУБОКОМОРСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ (2009)». History.com. Архивировано из оригинал 9 февраля 2010 г.. Получено 8 декабря 2009.
  6. ^ «Подводные исследования - океанография». jrank.org.
  7. ^ а б c "Жак Пикар: океанограф и пионер глубоководных исследований - некрологи, новости". Лондон: Индепендент. 2008-11-05. Получено 2010-09-17.
  8. ^ Тан, Кер (25 марта 2012 г.). «Джеймс Кэмерон завершил рекордное погружение в Марианской впадине». Национальное географическое общество. Получено 25 марта 2012.
  9. ^ Броуд, Уильям Дж. (25 марта 2012 г.). «Кинематографист в подводном плавании на дно моря». Нью-Йорк Таймс. Получено 25 марта 2012.
  10. ^ Сотрудники AP (25 марта 2012 г.). «Джеймс Кэмерон достиг самой глубокой точки на Земле». Новости NBC. Получено 25 марта 2012.
  11. ^ Броуд, Уильям Дж. (8 марта 2012 г.). «Майлз под Тихим океаном. Режиссер возьмется за свой самый рискованный проект». Нью-Йорк Таймс. Получено 8 марта 2012.
  12. ^ Персонал (7 марта 2012 г.). "ВЫЗОВ ГЛУБИНЫ - Экспедиция исследователя Джеймса Кэмерона из журнала National Geographic". Национальное географическое общество. Архивировано из оригинал 25 июня 2014 г.. Получено 8 марта 2012.
  13. ^ Людвиг Дармштадтер (Hrsg.): Handbuch zur Geschichte der Naturwissenschaften und der Technik, Springer, Berlin 1908, S. 521
  14. ^ Нейт, Руперт (22 декабря 2018 г.). «Торговец с Уолл-стрит достигает дна Атлантического океана в попытке покорить пять океанов». Хранитель. ISSN  0261-3077. Получено 2019-06-02.
  15. ^ Столкновение, Джим. «Путешествие на дно Земли». Forbes. Получено 9 июля 2020.
  16. ^ а б Исследование глубоководных районов: последний рубеж Земли Использована только часть потенциала Мирового океана, но ясно, что изучение и улучшение нашего понимания океана и его влияния на глобальные события являются одними из наших самых важных вызовов. Стивен Л. Бэрд; Учитель технологий, Vol. 65, 2005.
  17. ^ «Исследование морских глубин: последний рубеж Земли: раскрыта лишь часть потенциала Мирового океана, но очевидно, что изучение и улучшение нашего понимания океана и его влияния на глобальные события - одна из наших самых важных задач сегодня. | Деловые новости Голиафа ». Goliath.ecnext.com. Архивировано из оригинал на 2014-01-08. Получено 2010-09-17.
  18. ^ "WHOI: инструменты: гравитационный кернер". Whoi.edu. Получено 2010-09-17.
  19. ^ "эхолот: определение от". Answers.com. Получено 2010-09-17.
  20. ^ Управление коммуникаций и маркетинга (2004-10-30). «Глубины открытий». Expeditions.udel.edu. Архивировано из оригинал на 2010-11-08. Получено 2010-09-17.
  21. ^ [2] В архиве 17 апреля 2009 г. Wayback Machine
  22. ^ а б c d «Подводные исследования - история, океанография, приборы, инструменты и методы дайвинга, глубоководные подводные суда, ключевые открытия в подводных исследованиях - пионеры глубоководных работ». Science.jrank.org. 1960-01-23. Получено 2010-09-17.
  23. ^ «Батисфера - воздух, море, разведка, дайвинг, колокол и ученые». Science.jrank.org. 1930-06-06. Получено 2010-09-17.
  24. ^ "Deep Sea Explore" (PDF). Productivitydevelopment.com. Получено 15 мая 2015.
  25. ^ "Транспортное средство, занимаемое людьми Элвин: Океанографическое учреждение Вудс-Холла". Whoi.edu. Получено 2010-09-17.
  26. ^ а б TechTalk. «Глубоководные исследования и морские науки на борту Alvin et al - 11/04». Sciencebase.com. Получено 2010-09-17.
  27. ^ «Глубоководные фотографы». Популярная механика, Январь 1953 г., стр. 105.
  28. ^ Команда Ocean Portal (24 июля 2012 г.). «Глубокое море». Смитсоновский океанский портал. Архивировано из оригинал 30 марта 2010 г.. Получено 1 октября 2010.
  29. ^ а б "Роберт Баллард: исследователи подводного мира". EnchantedLearning.com. Получено 2010-09-17.
  30. ^ а б [3] В архиве 8 февраля 2010 г. Wayback Machine
  31. ^ «Глубоководные исследования: подводные вулканы и гидротермальные источники». Floridasmart.com. Архивировано из оригинал на 2011-02-15. Получено 2010-09-17.

внешняя ссылка