OCEANOGRAFIA: HISTORIA, KIERUNEK STUDIÓW, GAŁĘZIE I BADANIA - NAUKA - 2025

Oceanografia to nauka badająca morza i oceany w ich fizyczne, chemiczne, geologiczne i biologiczne. Znajomość oceanów i mórz jest niezbędna, ponieważ zgodnie z przyjętymi teoriami morza są ośrodkiem pochodzenia życia na Ziemi.

Słowo oceanografia pochodzi od greckiego okeanos (woda, która otacza ziemię) i grafhein (opisz) i zostało ukute w 1584 roku. Jest używane jako synonim oceanologia (badanie zbiorników wodnych), po raz pierwszy użyty w 1864 roku.

Statek oceanograficzny i pojazd autonomiczny w Lorne w Szkocji. Źródło: StifynTonna, źródło Wikimedia Commons

Zaczęło się rozwijać od starożytnej Grecji z pracami Arystotelesa. Później, w XVII wieku Izaak Newton przeprowadził pierwsze badania oceanograficzne. Dzięki tym badaniom różni badacze wnieśli istotny wkład w rozwój oceanografii.

Oceanografia dzieli się na cztery główne gałęzie nauki: fizykę, chemię, geologię i biologię morza. Podsumowując, te gałęzie badań umożliwiają kompleksowe zajęcie się złożonością oceanów.

Najnowsze badania w dziedzinie oceanografii skupiały się na wpływie globalnych zmian klimatycznych na dynamikę oceanów. Interesujące było również badanie ekosystemów obecnych w okopach morskich.

Historia

Początki

Od samego początku istota ludzka miała związek z morzami i oceanami. Jego pierwsze podejścia do zrozumienia świata morskiego były praktyczne i utylitarne, ponieważ były źródłem pożywienia i kanałów komunikacji.

Żeglarze byli zainteresowani ustaleniem tras morskich poprzez opracowanie map nawigacyjnych. Podobnie na początku oceanografii bardzo ważne było poznanie ruchu prądów morskich.

W dziedzinie biologicznej już w starożytnej Grecji filozof Arystoteles opisał 180 gatunków zwierząt morskich.

Niektóre z pierwszych oceanograficznych badań teoretycznych są dziełem Newtona (1687) i Laplace'a (1775), którzy badali pływy powierzchniowe. Podobnie nawigatorzy tacy jak Cook i Vancouver dokonali ważnych obserwacji naukowych pod koniec XVIII wieku.

XIX wiek

Za ojca oceanografii biologicznej uważa się brytyjskiego przyrodnika Edwarda Forbesa (1815-1854). Autor ten jako pierwszy przeprowadził badania flory i fauny morskiej na różnych głębokościach. W ten sposób mogłem ustalić, że organizmy były rozmieszczone w różny sposób na tych poziomach.

Wielu innych ówczesnych naukowców wniosło ważny wkład w oceanografię. Wśród nich Charles Darwin jako pierwszy wyjaśnił, w jaki sposób powstały atole (wyspy na oceanie koralowym), podczas gdy Benjamin Franklin i Louis Antoine de Bougainville przyczynili się do poznania prądów morskich odpowiednio północnego i południowego Atlantyku.

Mathew Fontaine Maury był północnoamerykańskim naukowcem uważanym za ojca oceanografii fizycznej. Ten badacz był pierwszym, który systematycznie zbierał dane o oceanach na dużą skalę. Ich dane pozyskano głównie z zapisów nawigacyjnych statków.

Mathew Fontaine. Źródło: Maury Brendann, za Wikimedia Commons

W tym okresie zaczęto organizować wyprawy morskie w celach naukowych. Pierwszym z nich był angielski statek HMS Challenger, prowadzony przez Szkota Charlesa Wyville'a Thomsona. Statek ten pływał od 1872 do 1876 roku, a uzyskane w nim wyniki zawarte są w pracy liczącej 50 tomów.

Dwudziesty wiek

Podczas II wojny światowej oceanografia miała wielkie zastosowanie do planowania mobilizacji flot i desantu. Stąd badania nad dynamiką fal, rozchodzeniem się dźwięku w wodzie, morfologią wybrzeża, między innymi.

W 1957 r. Obchodzono Międzynarodowy Rok Geofizyczny, który miał duże znaczenie dla promocji studiów oceanograficznych. Wydarzenie to miało decydujące znaczenie dla promocji międzynarodowej współpracy w zakresie prowadzenia badań oceanograficznych na całym świecie.

W ramach tej współpracy w 1960 r. Odbyła się wspólna wyprawa podwodna między Szwajcarią i Stanami Zjednoczonymi; batyskaf (mały statek do głębokiego nurkowania) Trieste osiągnął głębokość 10916 metrów w Rowie Mariana.

Batyskaf Trieste. Źródło: Zobacz stronę autora, za pośrednictwem Wikimedia Commons.

Inna ważna wyprawa podwodna odbyła się w 1977 roku z okrętem podwodnym Stanów Zjednoczonych Alvin. Wyprawa umożliwiła odkrycie i zbadanie głębinowych łąk hydrotermalnych.

Na koniec warto podkreślić rolę dowódcy Jacquesa-Yvesa Cousteau w wiedzy i upowszechnianiu oceanografii. Cousteau przez wiele lat kierował francuskim statkiem oceanograficznym Calypso, na którym odbywały się liczne ekspedycje oceanograficzne. Podobnie, w dziedzinie informacyjnej, nakręcono różne filmy dokumentalne, które złożyły się na serię znaną jako Podwodny świat Jacquesa Cousteau.

Kierunek studiów

Dziedzina nauk o oceanografii obejmuje wszystkie aspekty oceanów i mórz świata, w tym obszary przybrzeżne.

Oceany i morza to środowiska fizyczno-chemiczne, w których występuje wiele różnorodnych form życia. Reprezentują środowisko wodne, które zajmuje około 70% powierzchni planety. Woda i jej zasięg, a także siły astronomiczne i klimatyczne, które na nią oddziałują, określają jej szczególne cechy.

Na planecie są trzy wielkie oceany; Pacyfik, Atlantyk i Indie. Te oceany są ze sobą połączone i oddzielają duże regiony kontynentalne. Atlantyk oddziela Azję i Europę od Ameryki, podczas gdy Pacyfik oddziela Azję i Oceanię od Ameryki. Ocean Indyjski oddziela Afrykę od Azji w rejonie Indii.

Baseny oceaniczne zaczynają się na wybrzeżu związanym z szelfem kontynentalnym (zanurzona część kontynentów). Powierzchnia peronu osiąga maksymalną głębokość 200 mi kończy się stromym zboczem, który łączy się z dnem morskim.

Na dnie oceanu znajdują się góry o średniej wysokości 2000 m (grzbiety) i centralna bruzda. Stąd pochodzi magma pochodząca z astenosfery (wewnętrzna warstwa ziemi utworzona z lepkich materiałów), która osadza się i tworzy dno oceanu.

Działy oceanografii

Współczesna oceanografia podzielona jest na cztery działy. Jednak środowisko morskie jest wysoce zintegrowane, dlatego oceanografowie zarządzają tymi obszarami bez nadmiernej specjalizacji.

Oceanografia fizyczna

Ta gałąź oceanografii bada fizyczne i dynamiczne właściwości wody w oceanach i morzach. Jego głównym celem jest zrozumienie cyrkulacji oceanicznej i sposobu dystrybucji ciepła w tych zbiornikach wodnych.

Weź pod uwagę takie aspekty, jak temperatura, zasolenie i gęstość wody. Inne istotne właściwości to kolor, światło i rozprzestrzenianie się dźwięku w oceanach i morzach.

Ta gałąź oceanografii zajmuje się również badaniem interakcji dynamiki atmosfery z masami wody. Ponadto obejmuje ruch prądów oceanicznych w różnych skalach.

Oceanografia chemiczna

Bada skład chemiczny wód i osadów morskich, podstawowe cykle chemiczne oraz ich interakcje z atmosferą i litosferą. Z drugiej strony dotyczy badania zmian wywołanych przez dodanie substancji antropicznych.

Podobnie oceanografia chemiczna bada, jak skład chemiczny wody wpływa na procesy fizyczne, geologiczne i biologiczne oceanów. W szczególnym przypadku biologii morza interpretuje ona wpływ dynamiki chemicznej na organizmy żywe (biochemia morza).

Oceanografia geologiczna lub geologia morska

Ta gałąź jest odpowiedzialna za badanie podłoża oceanicznego, w tym jego najgłębszych warstw. Uwzględniono dynamiczne procesy zachodzące na tym podłożu i ich wpływ na strukturę dna morskiego i wybrzeży.

Geologia morska bada skład mineralogiczny, strukturę i dynamikę różnych warstw oceanicznych, zwłaszcza tych związanych z podwodną aktywnością wulkaniczną oraz zjawiskami subdukcji związanymi z dryfem kontynentów.

Badania przeprowadzone w tej dziedzinie pozwoliły zweryfikować podejścia teorii dryfu kontynentalnego.

Z drugiej strony branża ta ma niezwykle istotne praktyczne zastosowanie we współczesnym świecie ze względu na duże znaczenie dla pozyskiwania surowców mineralnych.

Badania geologiczne dna morskiego pozwalają na eksploatację złóż podmorskich, w szczególności gazu ziemnego i ropy.

Oceanografia biologiczna lub biologia morska

Ta gałąź oceanografii zajmuje się badaniem życia morskiego, dlatego obejmuje wszystkie gałęzie biologii stosowane w środowisku morskim.

Dziedzina biologii morza zajmuje się zarówno klasyfikacją istot żywych, jak i ich środowisk, ich morfologią i fizjologią. Ponadto uwzględnia aspekty ekologiczne związane z tą różnorodnością biologiczną z jej fizycznym środowiskiem.

Rafa koralowa na Wyspach Andamańskich (Indie) Ritiks, źródło Wikimedia Commons

Biologia morska jest podzielona na cztery gałęzie w zależności od badanego obszaru mórz i oceanów. To są:

• Oceanografia pelagiczna : koncentruje się na badaniu ekosystemów obecnych na wodach otwartych, z dala od szelfu kontynentalnego.
• Oceanografia nerycka : pod uwagę brane są organizmy żywe występujące na obszarach w pobliżu wybrzeża, w obrębie szelfu kontynentalnego.
• Oceanografia bentosowa : dotyczyła badań ekosystemów znajdujących się na powierzchni dna morskiego.
• Oceanografia denna: badane są organizmy żywe, które żyją w pobliżu dna morskiego na obszarach przybrzeżnych i na szelfie kontynentalnym. Przewiduje się maksymalną głębokość 500 m.

Najnowsze badania

Oceanografia fizyczna i zmiany klimatyczne

Najnowsze badania obejmują badania oceniające wpływ globalnej zmiany klimatu na dynamikę oceanów. Na przykład stwierdzono, że główny system prądów oceanicznych (prąd atlantycki) zmienia swoją dynamikę.

Wiadomo, że układ prądów morskich jest generowany przez różnice gęstości mas wody, determinowane głównie przez gradienty temperatur. W ten sposób masy gorącej wody są lżejsze i pozostają w warstwach powierzchniowych, podczas gdy masy zimnej tonie.

Na Atlantyku masy ciepłej wody przemieszczają się na północ od Karaibów przez Prąd Zatokowy, a przemieszczając się na północ, ochładzają się i toną, powracając na południe. Według redakcji czasopisma Nature (556, 2018) mechanizm ten wyhamował.

Sugeruje się, że spowolnienie obecnego systemu jest spowodowane rozmrażaniem spowodowanym globalnym ociepleniem. Powoduje to zwiększenie dopływu świeżej wody oraz zmianę stężenia soli i gęstości wody, co wpływa na ruch mas wody.

Przepływ prądów przyczynia się do regulacji temperatury świata, dystrybucji składników odżywczych i gazów, a ich zmiana ma poważne konsekwencje dla układu planetarnego.

Oceanografia chemiczna

Jednym z kierunków badań, na którym obecnie skupiają się oceanografowie, jest badanie zakwaszenia mórz, głównie ze względu na wpływ poziomu pH na życie morskie.

Poziom CO ₂ w atmosferze gwałtownie wzrósł w ostatnich latach z powodu wysokiego zużycia paliw kopalnych w wyniku różnych działań człowieka.

Ten CO ₂ rozpuszcza się w wodzie morskiej, powodując spadek pH oceanów. Zakwaszenie oceanów negatywnie wpływa na przetrwanie wielu gatunków morskich.

W 2016 roku Albright i współpracownicy przeprowadzili pierwszy eksperyment zakwaszenia oceanów w naturalnym ekosystemie. W badaniach tych stwierdzono, że zakwaszenie może zmniejszyć zwapnienie korali nawet o 34%.

Geologia morska

Ta gałąź oceanografii badała ruch płyt tektonicznych. Płyty te to fragmenty litosfery (sztywna zewnętrzna warstwa płaszcza Ziemi), które przemieszczają się nad astenosferą.

Ostatnie badania Li i współpracowników, opublikowane w 2018 roku, wykazały, że duże płyty tektoniczne mogą powstać w wyniku połączenia mniejszych płyt. Autorzy dokonują klasyfikacji tych mikropłytek na podstawie ich pochodzenia i badają dynamikę ich ruchów.

Ponadto odkrywają, że istnieje duża liczba mikropłytek powiązanych z dużymi płytami tektonicznymi Ziemi. Wskazuje się, że związek między tymi dwoma typami płyt może pomóc w utrwaleniu teorii dryfu kontynentalnego.

Oceanografia biologiczna lub biologia morska

W ostatnich latach jednym z najbardziej uderzających odkryć w biologii morza jest obecność organizmów w okopach morskich. Jedno z tych badań przeprowadzono w rowie Wysp Galapagos, pokazując złożony ekosystem, w którym obecne są liczne bezkręgowce i bakterie (Yong-Jin 2006).

Rowy morskie nie mają dostępu do światła słonecznego ze względu na ich głębokość (2500 metrów nad poziomem morza), więc łańcuch troficzny zależy od autotroficznych bakterii chemosyntetycznych. Organizmy te wiążą CO ₂ z siarkowodoru uzyskanego z kominów hydrotermalnych.

Stwierdzono, że zbiorowiska makrobezkręgowców zamieszkujące głębokie wody są bardzo zróżnicowane. Ponadto proponuje się, aby kompresja tych ekosystemów dostarczyła odpowiednich informacji pozwalających wyjaśnić pochodzenie życia na planecie.

Bibliografia

1. Albright i in. (2017). Odwrócenie zakwaszenia oceanów zwiększa zwapnienie rafy koralowej netto. Naturę 531: 362-365.
2. Caldeira K i ME Wickett (2003) Antropogeniczne pH węgla i oceanów. Nature 425: 365–365
3. Redakcja (2018) Watch the ocean. Naturę 556: 149
4. Lalli CM i TR Parsons (1997) Oceanografia biologiczna. Wstęp. Druga edycja. Otwarty Uniwersytet. ELSEVIER. Oxford, Wielka Brytania. 574 pkt.
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 i G Zhang (2018) Tektonika mikropłytek: nowe spostrzeżenia z mikro-bloków w globalnych oceanach, marginesach kontynentalnych i głębokim płaszczu Recenzje nauk o Ziemi 185: 1029–1064
6. Pickerd GL i WL Emery. (1990) Opisowa oceanografia fizyczna. Wstęp. Piąte, powiększone wydanie. Pergamon Press. Oxford, Wielka Brytania. 551 pkt.
7. Riley JP i R Chester (1976). Oceanografia chemiczna. Wydanie 2. Vol. 6. Academic Press. Londyn, Wielka Brytania. 391 pkt.
8. Wiebe PH i MC Benfield (2003) Od sieci Hensena do czterowymiarowej oceanografii biologicznej. Postęp w oceanografii. 56: 7–136.
9. Zamorano P i ME Hendrickx. (2007) Biocenoza i rozmieszczenie mięczaków głębinowych na meksykańskim Pacyfiku: ocena postępu. Str. 48–49. W: Ríos-Jara E, MC Esqueda-González i CM Galvín-Villa (red.). Studia z malakologii i konchiliologii w Meksyku. University of Guadalajara, Meksyk.
10. Yong-Jin W (2006) Deep-sea Hydrothermal vents: ecology and evolution J. Ecol Field Biol.29: 175-183.