OKEANOGRĀFIJA: VĒSTURE, STUDIJU JOMA, NOZARES UN PĒTNIECĪBA - ZINĀTNE - 2025

Okeanogrāfija ir zinātne, kas pēta okeānus un jūras produktu fizikālo, ķīmisko, ģeoloģiskā un bioloģiskā. Zināšanas par okeāniem un jūrām ir būtiskas, jo saskaņā ar pieņemtajām teorijām jūras ir dzīvības izcelsmes centrs uz Zemes.

Vārds okeanogrāfija nāk no grieķu okeanos (ūdens, kas ieskauj zemi) un grafeniem (aprakstiet), un tika radīts 1584. gadā. Tas tiek izmantots kā okeanoloģijas sinonīms (ūdenstilpju izpēte), kas pirmo reizi tika izmantots 1864. gadā.

Okeanogrāfijas kuģis un autonoms transportlīdzeklis Lornē, Skotijā. Avots: StifynTonna, no Wikimedia Commons

Tā sāka veidoties no Senās Grieķijas ar Aristoteļa darbiem. Vēlāk, 17. gadsimtā, Īzaks Ņūtons veica pirmos okeanogrāfiskos pētījumus. Pēc šiem pētījumiem dažādi pētnieki ir devuši nozīmīgu ieguldījumu okeanogrāfijas attīstībā.

Okeanogrāfija ir sadalīta četrās galvenajās studiju nozarēs: fizikā, ķīmijā, ģeoloģijā un jūras bioloģijā. Kopumā šīs pētījumu nozares ļauj vispusīgi pievērsties okeānu sarežģītībai.

Jaunākie pētījumi okeanogrāfijā ir vērsti uz globālo klimata izmaiņu ietekmi uz okeānu dinamiku. Tāpat interesi izraisīja jūras tranšejās esošo ekosistēmu izpēte.

Vēsture

Pirmsākumi

Cilvēkam kopš pašiem pirmsākumiem ir bijusi saistība ar jūrām un okeāniem. Viņa pirmās pieejas jūras pasaules izpratnei bija praktiskas un utilitāras, jo tas bija pārtikas avots un saziņas kanāli.

Jūrnieki bija ieinteresēti noteikt jūras ceļus, izstrādājot navigācijas kartes. Tāpat okeanogrāfijas sākumā bija ļoti svarīgi zināt jūras straumju kustību.

Bioloģiskajā jomā jau Senajā Grieķijā filozofs Aristotelis aprakstīja 180 jūras dzīvnieku sugas.

Daži no pirmajiem okeanogrāfijas teorētiskajiem pētījumiem ir saistīti ar Ņūtonu (1687) un Laplasu (1775), kuri pētīja virsmas plūdmaiņas. Līdzīgi tādi navigatori kā Kuks un Vankūvers 18. gadsimta beigās veica svarīgus zinātniskus novērojumus.

XIX gadsimts

Bioloģiskās okeanogrāfijas tēvs tiek uzskatīts par britu naturālistu Edvardu Forbesu (1815-1854). Šis autors bija pirmais, kurš veica jūras biotas apsekojumus dažādos dziļumos. Tādējādi es varēju noteikt, ka organismi šajos līmeņos ir sadalīti atšķirīgi.

Daudzi citi tā laika zinātnieki sniedza nozīmīgu ieguldījumu okeanogrāfijā. Starp tiem Čārlzs Darvins bija pirmais, kurš izskaidroja, kā radās atoli (koraļļu okeāna salas), savukārt Bendžamins Franklins un Luiss Antuāns de Bugainvilla deva zināšanas attiecīgi par Atlantijas okeāna ziemeļu un dienvidu jūras straumēm.

Metjū Fonteins Maury bija Ziemeļamerikas zinātnieks, kuru uzskatīja par fiziskās okeanogrāfijas tēvu. Šis pētnieks bija pirmais, kurš sistemātiski vāca liela mēroga datus par okeāniem. Viņu dati galvenokārt tika iegūti no kuģu navigācijas ierakstiem.

Metjū Fonteins. Avots: Maury Brendann, izmantojot Wikimedia Commons

Šajā laikā zinātniskiem nolūkiem sāka organizēt jūras ekspedīcijas. Pirmais no tiem bija angļu kuģis HMS Challenger, kuru vadīja skots Čārlzs Vaivils Tomssons. Šis kuģis kuģoja no 1872. līdz 1876. gadam, un tajā iegūtie rezultāti ir ietverti 50 sējumu apjomā.

Divdesmitais gadsimts

Otrā pasaules kara laikā okeanogrāfiju varēja lieliski izmantot, plānojot flotu un izkraušanas vietu mobilizāciju. Turpinājumā tika veikti viļņu dinamikas, skaņas izplatīšanās ūdenī, piekrastes morfoloģijas pētījumi.

1957. gadā tika svinēts Starptautiskais ģeofizikas gads, kam bija liela nozīme okeanogrāfijas pētījumu veicināšanā. Šis notikums bija izšķirošs, veicinot starptautisko sadarbību, veicot okeanogrāfijas pētījumus visā pasaulē.

Šīs sadarbības ietvaros 1960. gadā Šveice un ASV veica kopīgu zemūdens ekspedīciju; pirtcafe (mazais dziļūdens niršanas kuģis) Trieste Marianas tranšejā sasniedza 10 916 metru dziļumu.

Bathyscaphe Trieste. Avots: skatiet autora lapu, izmantojot Wikimedia Commons.

Vēl viena nozīmīga zemūdens ekspedīcija tika veikta 1977. gadā ar Amerikas Savienoto Valstu zemūdens Alvinu. Šī ekspedīcija ļāva atklāt un izpētīt dziļūdens hidrotermiskās pļavas.

Visbeidzot, ir vērts uzsvērt komandiera Jacques-Yves Cousteau lomu okeanogrāfijas zināšanās un izplatīšanā. Kustess daudzus gadus vadīja Francijas okeanogrāfijas kuģi Calypso, kur tika veiktas daudzas okeanogrāfiskās ekspedīcijas. Tāpat informatīvajā laukā tika filmētas dažādas dokumentālās filmas, kas veidoja Žaka Kusteau seriālu, kas pazīstams kā The Underwater World.

Mācību nozare

Okeanogrāfijas pētījumu joma aptver visus pasaules okeānu un jūru aspektus, ieskaitot piekrastes zonas.

Okeāni un jūras ir fizikāli ķīmiska vide, kurā dzīvo ļoti daudzveidīga dzīve. Tie pārstāv ūdens vidi, kas aizņem apmēram 70% no planētas virsmas. Ūdens un tā paplašinājums, kā arī astronomiskie un klimatiskie spēki, kas to ietekmē, nosaka tā īpašās īpašības.

Uz planētas ir trīs lieliski okeāni; Klusā okeāna, Atlantijas un Indijas. Šie okeāni ir savstarpēji saistīti un ir atsevišķi lielie kontinentālie reģioni. Atlantijas okeāns atdala Āziju un Eiropu no Amerikas, bet Klusais okeāns no Āzijas un Okeānijas atdala no Amerikas. Indijas okeāns atdala Āfriku no Āzijas apgabalā pie Indijas.

Okeāna baseini sākas piekrastē, kas saistīta ar kontinentālo šelfu (kontinentu iegremdētā daļa). Platformas laukums sasniedz maksimālo 200 m dziļumu un beidzas ar stāvu nogāzi, kas savienojas ar jūras dibenu.

Okeāna grīdā ir kalni ar vidējo augstumu 2000 m (grēdas) un centrālo vagu. No šejienes nāk magma, kas nāk no astenosfēras (zemes iekšējais slānis, kas veidots no viskoziem materiāliem), kas ir nogulsnēta un veido okeāna grīdu.

Okeanogrāfijas nozares

Mūsdienu okeanogrāfija ir sadalīta četrās studiju nozarēs. Tomēr jūras vide ir ļoti integrēta, un tāpēc okeanogrāfi pārvalda šos apgabalus, nekļūstot pārāk specializēti.

Fiziskā okeanogrāfija

Šī okeanogrāfijas nozare pēta ūdens fizikālās un dinamiskās īpašības okeānos un jūrās. Tās galvenais mērķis ir izprast okeāna cirkulāciju un to, kā siltums tiek sadalīts šajās ūdenstilpēs.

Ņem vērā tādus aspektus kā temperatūra, sāļums un ūdens blīvums. Citas būtiskas īpašības ir krāsa, gaisma un skaņas izplatīšanās okeānos un jūrās.

Šī okeanogrāfijas nozare pēta arī atmosfēras dinamikas mijiedarbību ar ūdens masām. Turklāt tas ietver okeāna straumju kustību dažādos mērogos.

Ķīmiskā okeanogrāfija

Tajā tiek pētīts jūras ūdeņu un nogulumu ķīmiskais sastāvs, pamata ķīmiskie cikli un to mijiedarbība ar atmosfēru un litosfēru. No otras puses, tas attiecas uz izmaiņām, kas radušās, pievienojot antropiskās vielas.

Tāpat ķīmiskajā okeanogrāfijā tiek pētīts, kā ūdens ķīmiskais sastāvs ietekmē okeānu fiziskos, ģeoloģiskos un bioloģiskos procesus. Konkrētajā jūras bioloģijas gadījumā tas izskaidro, kā ķīmiskā dinamika ietekmē dzīvos organismus (jūras bioķīmija).

Ģeoloģiskā okeanogrāfija vai jūras ģeoloģija

Šī filiāle ir atbildīga par okeāna substrāta, ieskaitot tā dziļākos slāņus, izpēti. Tiek apskatīti šī substrāta dinamiskie procesi un to ietekme uz jūras dibena un piekrastes struktūru.

Jūras ģeoloģijā tiek pētīts dažādu okeāna slāņu mineraloģiskais sastāvs, struktūra un dinamika, jo īpaši tie, kas saistīti ar zemūdens vulkānu aktivitātēm un subdukcijas parādībām, kas saistītas ar kontinentālo dreifu.

Šajā jomā veiktie pētījumi ļāva pārbaudīt kontinentālā dreifēšanas teorijas pieejas.

No otras puses, šai nozarei ir ārkārtīgi būtisks praktiskais pielietojums mūsdienu pasaulē, ņemot vērā tās lielo nozīmi minerālo resursu iegūšanā.

Ģeoloģiskās izpētes pētījumi jūras gultnē ļauj izmantot jūru laukus, jo īpaši dabasgāzi un naftu.

Bioloģiskā okeanogrāfija vai jūras bioloģija

Šī okeanogrāfijas nozare pēta jūras dzīvi, tāpēc tā aptver visas bioloģijas nozares, ko piemēro jūras videi.

Jūras bioloģijas jomā tiek pētīta gan dzīvo būtņu un to vides klasifikācija, gan to morfoloģija un fizioloģija. Turklāt tas ņem vērā ekoloģiskos aspektus, kas saistīti ar šo bioloģisko daudzveidību un tās fizisko vidi.

Koraļļu rifs Andamanu salās (Indija) Ritiks, no Wikimedia Commons

Jūras bioloģija ir sadalīta četrās nozarēs atbilstoši jūru un okeānu platībai, kuru jūs pētāt. Šie ir:

• Pelaģiskā okeanogrāfija : tā koncentrējas uz ekosistēmu izpēti atklātajos ūdeņos, tālu no kontinentālā šelfa.
• Nerīta okeanogrāfija : tiek ņemti vērā dzīvi organismi, kas atrodas apgabalos pie krasta kontinentālajā šelfā.
• Bentiskā okeanogrāfija : atsaucas uz jūras gultnes virsmā atrodamo ekosistēmu izpēti.
• Bentisko okeanogrāfija : tiek pētīti dzīvi organismi, kas dzīvo netālu no jūras dibena piekrastes zonās un kontinentālajā šelfā. Tiek paredzēts maksimālais dziļums 500 m.

Jaunākie pētījumi

Fiziskā okeanogrāfija un klimata izmaiņas

Jaunākajos pētījumos iekļauti tie, kas novērtē globālo klimata pārmaiņu ietekmi uz okeāna dinamiku. Piemēram, ir atklāts, ka galvenā okeāna strāvas sistēma (Atlantijas okeāna strāva) maina tās dinamiku.

Ir zināms, ka jūras straumju sistēmu rada atšķirības ūdens masu blīvumā, ko galvenokārt nosaka temperatūras gradienti. Tādējādi karstā ūdens masas ir vieglākas un paliek virsējos slāņos, bet aukstās masas grimst.

Atlantijas okeānā siltas ūdens masas virzās uz ziemeļiem no Karību jūras reģiona ar Golfa straumi, un, virzoties uz ziemeļiem, tās atdziest un nogrimst, atgriežoties dienvidos. Saskaņā ar žurnāla Nature (2018, 556) redakciju, šis mehānisms ir palēninājies.

Tiek ierosināts, ka pašreizējās sistēmas palēnināšanās ir saistīta ar globālās sasilšanas izraisītu atkausēšanu. Tas izraisa lielāku saldūdens piegādi un mainās sāļu koncentrācija un ūdens blīvums, ietekmējot ūdens masu kustību.

Strāvas plūsma veicina pasaules temperatūras regulēšanu, barības vielu un gāzu sadalījumu, un to izmaiņām ir nopietnas sekas uz planētu sistēmu.

Ķīmiskā okeanogrāfija

Viena no pētījumu jomām, kas šobrīd pievērš okeanogrāfu uzmanību, ir jūru paskābināšanās pētījumi, galvenokārt tāpēc, ka pH līmenis ietekmē jūras dzīvi.

CO ₂ līmenis atmosfērā pēdējos gados ir strauji palielinājies, jo dažādu cilvēku darbību rezultātā tiek patērēts liels fosilo degvielu daudzums.

Šis CO ₂ izšķīst jūras ūdenī, izraisot okeānu pH pazemināšanos. Okeānu paskābināšanās negatīvi ietekmē daudzu jūras sugu izdzīvošanu.

2016. gadā Albright un kolēģi veica pirmo okeāna paskābināšanas eksperimentu dabiskajā ekosistēmā. Šajā pētījumā tika atklāts, ka paskābināšana var samazināt koraļļu kalcifikāciju līdz pat 34%.

Jūras ģeoloģija

Šajā okeanogrāfijas filiālē ir izpētīta tektonisko plākšņu kustība. Šīs plāksnes ir litosfēras fragmenti (stingrs Zemes apvalka ārējais slānis), kas pārvietojas pa astenosfēru.

Nesenie Li un kolēģu pētījumi, kas publicēti 2018. gadā, atklāja, ka lielu tektonisko plākšņu izcelsme var būt mazāku plākšņu saplūšana. Autori veic šo mikroplašu klasifikāciju, pamatojoties uz to izcelsmi, un pēta to kustību dinamiku.

Turklāt viņi atklāj, ka ir daudz mikroplašu, kas saistītas ar Zemes lielajām tektoniskajām plāksnēm. Tiek norādīts, ka attiecības starp šiem diviem plākšņu veidiem var palīdzēt nostiprināt kontinentālā dreifēšanas teoriju.

Bioloģiskā okeanogrāfija vai jūras bioloģija

Pēdējos gados viens no visspilgtākajiem atklājumiem jūras bioloģijā ir organismu klātbūtne jūras tranšejās. Viens no šiem pētījumiem tika veikts Galapagu salu tranšejā, parādot sarežģītu ekosistēmu, kurā ir sastopami neskaitāmi bezmugurkaulnieki un baktērijas (Yong-Jin 2006).

Jūras tranšejām nav piekļuves saules gaismai, ņemot vērā to dziļumu (2500 metrus virs jūras līmeņa), tāpēc trofiskā ķēde ir atkarīga no autotrofiskām chemosynthetic baktērijām. Šie organismi fiksē CO ₂ no sērūdeņraža, kas iegūts no hidrotermiskām atverēm.

Makro-bezmugurkaulnieku kopienas, kas apdzīvo dziļos ūdeņus, ir ļoti daudzveidīgas. Turklāt tiek ierosināts, ka šo ekosistēmu saspiešana sniegs būtisku informāciju, lai noskaidrotu dzīvības izcelsmi uz planētas.

Atsauces

1. Albright et al. (2017). Okeāna paskābināšanās maiņa veicina tīro koraļļu rifu kalcifikāciju. Daba 531: 362-365.
2. Caldeira K un ME Wickett (2003) Antropogēnā oglekļa un okeāna pH. Daba 425: 365–365
3. Editoral (2018) Skatīties okeānā. Daba 556: 149
4. Lalli CM un TR Parsons (1997) Bioloģiskā okeanogrāfija. Ievads. Otrais izdevums. Atklātā universitāte. ELSEVIERIS. Oksforda, Lielbritānija. 574 lpp.
5. Li S, Y Suo, X Lia, B Liu, L Dai, G Wang, J Zhou, Y Li, Y Liu, X Cao, I Somerville, D Mu, S Zhao, J Liu, F Meng, L Zhen, L Zhao , J Zhu, S Yu, Y Liu un G Zhang (2018) Mikroplašu tektonika: jauns ieskats no mikroblokiem globālajos okeānos, kontinentālās robežas un dziļas mantijas Earth-Science pārskati 185: 1029–1064
6. Pickerd GL un WL Emery. (1990) Aprakstošā fizikālā okeanogrāfija. Ievads. Piektais paplašinātais izdevums. Pergamon Press. Oksforda, Lielbritānija. 551 lpp.
7. Riley JP un R Chester (1976). Ķīmiskā okeanogrāfija. 2. izdevums. 6. sēj. Akadēmiskā prese. Londona, Lielbritānija. 391 lpp.
8. Wiebe PH un MC Benfield (2003) No Hensen tīkla uz četrdimensiju bioloģisko okeanogrāfiju. Progresa okeanogrāfijā. 56: 7–136.
9. Zamorano P un ME Hendrickx. (2007) Biocenoze un dziļūdens gliemju izplatīšana Meksikas Klusajā okeānā: progresa novērtējums. 48.-49.lpp. Lomās: Ríos-Jara E, MC Esqueda-González un CM Galvín-Villa (red.). Meksikas makoloģijas un konhioloģijas pētījumi. Gvadalaharas Universitāte, Meksika.
10. Yong-Jin W (2006) Dziļūdens hidrotermiskās atveres: ekoloģija un evolūcija J. Ecol Field Biol., 29: 175-183.