Dobiega końca era specjalnych statków, z pokładów których naukowcy badają oceany. Rejsy tych jednostek są bardzo kosztowne, a praca na nich –  ograniczona  warunkami pogodowymi.

Oceanologia zyskała nowe wspaniałe narzędzie badawcze – są nim automatyczne sondy Argo umożliwiające obserwowanie oceanicznych cykli biochemicznych, takich jak cyrkulacja węgla, azotu, fitoplanktonu w czasie rzeczywistym.

Automatyczne sondy działają w ramach programu RemOcean (Remotely-sensed Biogeochemical Cycles in the Ocean). Koordynatorem przedsięwzięcia, w które zaangażowani są naukowcy z 50 instytucji badawczych z ponad 30 państw, jest zespół prof. Herve Claustre'a z Obserwatorium Oceanologicznego w Villefranche-sur-Mer we Francji, na Lazurowym Wybrzeżu.

Co dziesięć dni głębiej

Pomysł sond Argo narodził się 15 lat temu, ale dopiero w ubiegłym roku ich jakość oraz ilość przesądziły o tym, że Argo stało się najbardziej efektywnym sposobem badania głębin. Sondy  zanurzają się na głębokość kilometra, pozostają na tej głębokości dziesięć dni, następnie zanurzają się na głębokość 2 km i po kolejnych dziesięciu dniach powracają na powierzchnię. Przez cały czas dokonują pomiarów temperatury i zasolenia wody, jej nasycenia planktonem, tlenem, związkami azotu, dwutlenkiem węgla, metanem.

Po wynurzeniu sonda przekazuje zebrane dane do najbliższych naziemnych stacji, a te przesyłają  je do centrali, czyli Obserwatorium Oceanologicznego w Villfranche-sur-Mer. Obecnie te dane napływają od blisko 4 tys. sond.

Ponieważ ich żywotność obliczona jest na cztery lata, inżynierowie z francuskiego instytutu oceanologicznego Ifremer już testują prototyp sondy nowej generacji w ramach programu Equipex Naos (Novel Argo Observing System). Nowe urządzenie o nazwie Deep Arvor będzie zdolne do zanurzania się na głębokość 3500 m. Cykl pracy został  przedłużony o jedną fazę: najpierw zanurzenie na 1 km, potem na 2 km, w ostatniej fazie na 3 lub 3,5 km.

Sondy są tak skonstruowane, aby zanurzanie i wynurzanie praktycznie nie  wymagało energii: nie zmieniając masy, zmieniają wyporność, jest to możliwe, ponieważ zmieniają objętość.

Sondy Argo (2-kilometrowe) ważą 20 kg, sondy Deep Arvor ważą 26 kg. – Sześć dodatkowych kilogramów zwiększa zakres zanurzania o 70 proc., umożliwiając penetrowanie strefy, w której panuje ciśnienie 360 barów, czyli nacisk 360 kilogramów na centymetr kwadratowy – wyjaśnia prof. Herve Claustre.

Obraz trójwymiarowy

Każda sonda Deep Arvor powinna wytrzymać 150 cykli zanurzeń, co zajmuje ok. czterech lat. Dlatego specjaliści z Ifremer szacują, że rocznie w oceanach należy umieszczać mniej więcej 750 sond, aby utrzymywać względnie stałą ich liczbę na poziomie 3, 4 tysięcy.

Sonda Argo nadaje dane poprzez satelitę, Deep Arvor  również odbiera polecenia drogą satelitarną, dzięki temu  możliwe będzie wydawanie  jej poleceń na bieżąco, w zależności od tego, co w danym momencie naukowcy odczytali z przekazanych danych w trakcie poszczególnych cykli zanurzeniowych. Łączność satelitarną zapewni sieć Iridium, której satelity telekomunikacyjne rozmieszczone są na wysokości 780 km i obejmują zasięgiem praktycznie cały ziemski glob.

Dzięki satelitom naukowcy mają możliwość obserwowania oceanu w czasie rzeczywistym, ale jest to obraz „płaski", ukazujący tylko powierzchnię.

Automatyczne sondy całkowicie to zmieniają, umożliwiają tworzenie obrazu trójwymiarowego. Nie są w stanie tego zapewnić statki badawcze, ponieważ jest ich niewiele, a w określonych rejonach działają tylko chwilowo, z reguły nie dłużej niż kilka tygodni, nie umożliwiają tworzenia ciągłego obrazu zmian biologicznych i fizykochemicznych.

– Trójwymiarowy obraz oceanu umożliwi dokładne, a nie tylko szacunkowe określenie zawartości CO2 w poszczególnych warstwach wody. W uszach laika brzmi to niezbyt atrakcyjnie, ale ma to fundamentalne  znaczenie w badaniach nad klimatem, podobnie jak dla rybołówstwa  wiedza o rzeczywistym nasyceniu wody planktonem – podkreśla prof. Herve Claustre.

masz pytanie, wyślij e-mail do autora k.kowalski@rp.pl