Program ARGO sięga głęboko

Poproszono mnie, żebym napisał o tym co w 2015 roku było ważne w badaniach klimatycznych, a nie jest powszechnie opisywane w gazetach czy w telewizji. Innymi słowy mam napisać o badaniach klimatycznych od kuchni. Dla mnie taką kuchnią są pomiary. To, że zmiany klimatu w jakiś sposób się mierzy jest dość oczywiste, ale przypuszczam, że szczegóły nie są powszechnie znane.

Sporo ludzi myśli, że do pomiarów zmian temperatury używa się głównie termometrów na powierzchni lądu czy ze statków przy powierzchni oceanu. Takie pomiary są oczywiście wykonywane, ale pomiary zmiany klimatu to nie tylko badanie temperatury na powierzchni Ziemi. Ważne jest też ile ciepła przenika w głębsze warstwy oceanu, aż do kilku kilometrów, bo to określa ile ciepła ocean może przechować i oddać do atmosfery (patrz na przykład tekst Niedoszacowane ocieplenie oceanu).

Badanie oceanu

Rysunek 1: Zanurzanie prototypowej boi Deep SOLO podczas rejsu na Pacyfiku, czerwiec 2014. Zdjęcie zamieszczamy dzięki uprzejmości LEARNZ.

Pewnie będziecie zdumieni, ale rutynowe pomiary temperatury oceanu z głębokością i rozdzielczością synoptyczną (czyli około 300 km pomiędzy miejscami na Ziemi), prowadzi się od bardzo niedawna. Amerykańskie Stowarzyszenie Meteorologiczne rozdaje coroczne nagrody za najważniejsze osiągnięcie naukowe w dziedzinie badań oceanicznych i atmosferycznych. Najwyższym odznaczeniem w oceanografii jest Złoty Medal Sverdrupa[1]. W 2008 roku medal dostał Dean Roemmich z Instytutu Oceanografii imienia Scripps. Dean jest architektem systemu pomiarowego ARGO – stosunkowo małych instrumentów pomiarowych, które potrafią nieznacznie zmieniać wyporność – rozszerzają lub zaciskają pęcherz z gumy – i dzięki temu mogą nurkować w głąb oceanu, a potem wypływać. W czasie wypływania i zanurzania termometry zbierają informację na temat temperatury wody, a na powierzchni oceanu ARGO komunikują się z satelitami i przekazują raz na 10 dni informacje o pomiarach. Po kilku latach wrzucania tych mechanicznych ryb było ich w wodzie około trzech tysięcy i zaczęły pokrywać (synoptycznie) połowę oceanów.

Rysunek 2: Schemat typowej boi ARGO (źródło).

Dzięki temu po raz pierwszy w historii mamy obraz zmian temperatury globalnego oceanu z głębokością; a dokładniej tzw. profili T/S (temperatury i zasolenia). Jak wspomniałem, nawet te pomiary to krótka seria z ostatnich lat, bo trzy tysiące próbników ARGO w oceanie pojawiło się dopiero w 2007 roku. Do tej pory ARGO wykonały około 1,2 miliona pomiarów profili T/S, choć tylko do głębokości 2000 metrów.

Ostatnio zaczęła być dyskutowana kwestia, czy ocean zabiera coraz więcej ciepła do bardzo dużych głębokości i jakie procesy są związane z takim transportem – może to być transport z innych miejsc albo lokalne mieszanie przez konwekcję, podobne do powstawania chmur burzowych w lecie nad lądem.

Żeby móc odpowiedzieć na te pytania, w ostatnich latach skonstruowano cztery prototypy głębokich ARGO, które wykonują pomiary do głębokości 6000 metrów. Nazywają się Deep NINJA, Deep APEX, Deep SOLO i Deep ARVOR. Deep SOLO (głęboki SOLO) jest produkowany przez naukowców w Stanach Zjednoczonych.

Rysunek 3: Nowe głębinowe boje ARGO: Deep NINJA, Deep APEX, Deep SOLO i Deep ARVOR (źródło).

Inne są produkowane we Francji i Japonii. Takie instrumenty są początkowo mozolnie testowane w czasie rejsów na statkach badawczych, w których porównuje się uzyskiwane przez nie wyniki z pomiarami za pomocą instrumentów CTD (zasolenie, temperatura, gęstość) opuszczanych na stalowej linie w głąb oceanu. To jest „klasyczna” metoda, a dokładność pomiarów temperatury wynosi wtedy około 0,001°C. Innym sposobem jest porównanie profili T/S z niezależnych serii pomiarów ze statku i za pomocą Deep ARGO. Niedawno, w czasie testów, około 12 godzin zabierało ARGO zanurzenie się do głębokości około 6000 metrów, 20 godzin zabierało wynurzenie się, a w międzyczasie parkowały przez dzień lub dwa dni na głębokości 5300 metrów.

Interesujące są też niuanse techniczne. Ponieważ Deep ARGO zanurzają się powoli, to możemy pozyskać dodatkową informację o trajektoriach ich ruchu poziomego. Czy informacja ta jest naukowo interesująca? Nie jesteśmy jeszcze pewni. Nie bardzo wiadomo też, ile głębokich ARGO powinno pływać. Obecnie myślimy, że około 1200. Czy powinny się zanurzać do 4000 metrów czy do 6000 metrów i czy są przesłanki naukowe za jedną z tych dwóch głębokości? To być może zostanie ustalone podczas testów. Jak długo Deep ARGO powinny pracować, zanim wyczerpią się baterie? Obecnie planuje się około 5 lat. Czy należy potem wyławiać je z wody, żeby wykonać końcowe sprawdzenie jakości pomiarów i nie zanieczyszczać niepotrzebnie środowisko?

Pomiary głębokiego oceanu ze statków są rzadkie i drogie. Znacznie lepiej wykorzystywać instrumenty, które są w wodzie przez kilka lat i działają same, takie jak Deep ARGO. Planowana globalna sieć głębokich ARGO, zanurzających się do 6000 metrów rozpocznie działalność około 2017 roku i po kilku latach pomiarów da nam informacje na temat przepływu ciepła do głębokich warstw oceanu.

[1] Herald Sverdrup był norweskim oceanografem, naukowym szefem ekspedycji na biegun północny, pracował w Bergen a później w Stanach Zjednoczonych.

Piotr Flatau

Instytut Oceanografii imienia Scripps, Uniwersytet Kalifornijski w San Diego

Opublikowano: 2016-02-03 17:43
Tagi

ocean pomiary i obserwacje

Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień przeglądarki oznacza akceptację polityki cookies.