Thăm dò dưới biển

Thăm dò dưới đáy biển, điều tra và mô tả về nước biển và đáy biển và Trái đất bên dưới.

Mục tiêu và thành tựu chính

Bao gồm trong phạm vi thăm dò dưới đáy biển là các tính chất vật lý và hóa học của nước biển, mọi cách sống trên biển và các đặc điểm địa chất và địa vật lý của vỏ Trái đất. Các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực xác định và đo lường các tính chất đó; chuẩn bị bản đồ để xác định các mẫu; và sử dụng các bản đồ, phép đo và mô hình lý thuyết này để hiểu rõ hơn về cách thức Trái đất hoạt động nói chung. Kiến thức này cho phép các nhà khoa học dự đoán, ví dụ, thời tiết dài hạn và thay đổi khí hậu và dẫn đến việc thăm dò và khai thác tài nguyên của Trái đất hiệu quả hơn, từ đó dẫn đến việc quản lý môi trường nói chung tốt hơn.

Cuộc thám hiểm đa ngành của con tàu Anh Challenger Tập năm 1872 là76 là cuộc khảo sát lớn dưới đáy biển đầu tiên. Mặc dù mục tiêu chính của nó là tìm kiếm cuộc sống dưới biển sâu bằng phương pháp kéo lưới và nạo vét, những phát hiện của các nghiên cứu vật lý và hóa học đã mở rộng kiến ​​thức khoa học về phân bố nhiệt độ và độ mặn của vùng biển mở. Hơn nữa, các phép đo độ sâu bằng cách nghe dây được thực hiện trên toàn cầu trong suốt cuộc thám hiểm.

Kể từ thời điểm hành trình của Challe Challenger, các nhà khoa học đã tìm hiểu nhiều về cơ học của đại dương, những gì nó chứa và những gì nằm dưới bề mặt của nó. Các nhà điều tra đã tạo ra các bản đồ toàn cầu cho thấy sự phân phối của gió bề mặt cũng như nhiệt và lượng mưa, tất cả cùng hợp tác để điều khiển đại dương trong chuyển động không ngừng của nó. Họ đã phát hiện ra rằng những cơn bão trên bề mặt có thể xâm nhập sâu vào đại dương và trên thực tế, khiến các trầm tích dưới biển sâu bị gợn sóng và di chuyển. Các nghiên cứu gần đây cũng tiết lộ rằng những cơn bão được gọi là eddies xảy ra trong chính đại dương và sự bất thường về khí hậu như El Niño là do sự tương tác giữa đại dương và khí quyển.

Các cuộc điều tra khác đã chỉ ra rằng đại dương hấp thụ một lượng lớn carbon dioxide và do đó đóng vai trò chính trong việc trì hoãn sự tích tụ của nó trong khí quyển. Nếu không có tác dụng kiểm duyệt của đại dương, lượng carbon dioxide vào khí quyển ngày càng tăng (do đốt cháy nhiều than, dầu và khí tự nhiên) sẽ dẫn đến sự khởi đầu nhanh chóng của cái gọi là hiệu ứng nhà kính. sự nóng lên của Trái đất gây ra bởi sự hấp thụ và tái tạo năng lượng hồng ngoại lên bề mặt trái đất bằng carbon dioxide và hơi nước trong không khí.

Lĩnh vực sinh học biển đã được hưởng lợi từ việc phát triển các phương pháp lấy mẫu mới. Trong số này, các kỹ thuật âm học khác nhau đã cho thấy các quần thể cá đa dạng và sự phân bố của chúng, trong khi quan sát trực tiếp, gần gũi có thể thực hiện được bởi các tàu lặn dưới biển sâu đã dẫn đến việc phát hiện ra các loài và hiện tượng bất thường (và bất ngờ).

Trong lĩnh vực địa chất, việc thăm dò dưới đáy biển về địa hình đáy biển và các tính chất hấp dẫn và từ tính của nó đã dẫn đến sự công nhận các mô hình toàn cầu của chuyển động mảng lục địa. Những mô hình này tạo thành cơ sở của khái niệm kiến ​​tạo mảng, tổng hợp các giả thuyết trước đây về sự trôi dạt lục địa và sự lan rộng dưới đáy biển. Như đã lưu ý trước đó, khái niệm này không chỉ cách mạng hóa sự hiểu biết khoa học về các đặc điểm động của Trái đất (ví dụ, hoạt động địa chấn, xây dựng núi và núi lửa) mà còn mang lại những khám phá về tác động kinh tế và chính trị. Các nhà khoa học trái đất phát hiện ra rằng các trung tâm dưới đáy biển trải rộng dưới đáy biển cũng là nơi chứa các mỏ kim loại quan trọng. Các tuần hoàn thủy nhiệt liên kết với các trung tâm này tạo ra sự tích lũy khá lớn của các kim loại quan trọng đối với nền kinh tế thế giới, bao gồm kẽm, đồng, chì, bạc và vàng. Tiền gửi phong phú của mangan, coban, niken và các kim loại có giá trị thương mại khác đã được tìm thấy trong các nốt phân bố trên toàn bộ đáy đại dương. Phát hiện thứ hai đã chứng tỏ là một yếu tố chính trong việc thiết lập Công ước Luật biển (1982), kêu gọi chia sẻ các tài nguyên này giữa các quốc gia phát triển và đang phát triển. Khai thác những phát hiện này chỉ chờ đợi sự ra đời của các kỹ thuật khả thi về mặt thương mại để khai thác và vận chuyển dưới biển sâu.

Các yếu tố cơ bản của thăm dò dưới biển

Nền tảng

Việc thăm dò dưới đáy biển dưới mọi hình thức phải được tiến hành từ các nền tảng, trong hầu hết các trường hợp, tàu, phao, máy bay hoặc vệ tinh. Các tàu hải dương học điển hình có khả năng thực hiện bổ sung đầy đủ các hoạt động thám hiểm dưới nước có kích thước từ khoảng 50 đến 150 mét. Họ hỗ trợ các đội khoa học từ 16 đến 50 người và thường cho phép phổ biến đầy đủ các nghiên cứu liên ngành. Một ví dụ về một tàu nghiên cứu thuộc loại này là tàu Mel Melville, được vận hành bởi Viện Hải dương học Scripps. Nó có lượng giãn nước 2.075 tấn và có thể chở 25 nhà khoa học cùng với 25 thành viên phi hành đoàn. Nó được cung cấp bởi một hệ thống đẩy xycloidal kép, cung cấp khả năng cơ động đáng chú ý.

Nghị quyết JOIDES, được điều hành bởi Đại học Texas A & M cho các tổ chức hải dương học chung để lấy mẫu trái đất sâu, đại diện cho một bước tiến lớn trong các tàu nghiên cứu. Một tàu khoan thương mại đã được chuyển đổi, nó có chiều dài 145 mét, có lượng giãn nước 18.600 tấn và được trang bị một derrick kéo dài 62 mét trên mực nước (xem ảnh). Một hệ thống định vị động được điều khiển bằng máy tính cho phép con tàu duy trì ở một vị trí cụ thể trong khi khoan trong nước đến độ sâu tới 8.300 mét. Hệ thống khoan của tàu được thiết kế để thu thập lõi từ dưới đáy đại dương; nó có thể xử lý 9.200 mét đường ống khoan. Do đó, con tàu có thể lấy mẫu hầu hết đáy đại dương, bao gồm cả đáy của các lưu vực và rãnh đại dương sâu. Độ phân giải của JO JOESES có các khả năng đáng chú ý khác. Nó có thể hoạt động trong các sóng cao tới tám mét, sức gió lên tới 23 mét mỗi giây và dòng chảy mạnh tới 1,3 mét mỗi giây. Nó đã được trang bị để sử dụng trong băng để có thể tiến hành các hoạt động khoan ở vĩ độ cao. Con tàu có thể chứa 50 nhà khoa học cũng như thủy thủ đoàn và đội khoan, và các phòng thí nghiệm địa vật lý của nó có tổng diện tích gần 930 mét vuông.

Các tàu chuyên dụng khác bao gồm phương tiện nghiên cứu ngập nước sâu có tên là Al Alvin, có thể chở một phi công và hai nhà quan sát khoa học đến độ sâu 4.000 mét. Khả năng cơ động của các loại rượu vang Alvin, là mấu chốt trong những khám phá về các mỏ khoáng sản tại các trung tâm trải rộng dưới đáy biển giữa đại dương và các cộng đồng sinh học chưa biết trước đây sống tại các địa điểm đó. Một tàu đa năng khác là Nền tảng dụng cụ nổi (FLIP). Đó là một nền tảng hẹp dài được kéo ở vị trí nằm ngang đến vị trí nghiên cứu. Khi vào vị trí, các thùng dằn bị ngập để lật tàu sang vị trí thẳng đứng. Chỉ có 17 mét của con tàu kéo dài trên mực nước, với 92 mét còn lại bị ngập hoàn toàn. Sự lên xuống của sóng gây ra một sự thay đổi rất nhỏ trong sự dịch chuyển, dẫn đến độ ổn định cao.

Các thiết kế tàu mới hứa hẹn sự ổn định cao hơn và dễ sử dụng hơn bao gồm giống tàu thủy phi cơ nhỏ Twin Area (SWATH). Kiểu thiết kế này yêu cầu sử dụng hai thân tàu chìm, được sắp xếp hợp lý để hỗ trợ một cấu trúc di chuyển trên mặt nước. Hình dạng boong hoàn toàn không bị giới hạn bởi hình dạng thân tàu, như trường hợp của các tàu mặt nước thông thường. Chuyển động của tàu bị giảm đi rất nhiều do độ sâu của thân tàu chìm. Đối với một sự dịch chuyển nhất định, một loại tàu SWATH có thể cung cấp gấp đôi lượng không gian trên boong mà một con tàu một thân có thể, chỉ với 10 phần trăm chuyển động của kiểu thiết kế một thân tàu. Ngoài ra, một trung tâm lớn, hoặc tốt, có thể được sử dụng để hiển thị và phục hồi các dụng cụ.