Das Meer ist riesig . Es erstreckt sich auf mehr als 70 Prozent der Erde Oberfläche. Allein der Pazifische Ozean bedeckt 60 Millionen Quadratmeilen (155 Millionen Quadratkilometer) des Planeten. Dieses Wasser reguliert unser Klima und unser Wetter , indem es Wärme vom Äquator zu den Polen leitet, produziert mehr als die Hälfte des weltweiten Sauerstoffs und absorbiert 50-mal mehr Kohlendioxid als unsere Atmosphäre.
Die Geheimnisse des Ozeans können uns viel über den Zustand des Planeten sagen. Aber es kann sowohl für Menschen als auch für wissenschaftliche Instrumente eine Herausforderung sein, an diese Informationen zu gelangen, insbesondere in tückischen Gebieten, in denen es felsige Meere, tobende Stürme, dickes Eis und tiefes Druckwasser gibt.
Hier kommt eine Flotte von Robotern, die sich selbst versenken, ins Spiel. Sie sind Teil eines internationalen Programms namens Argo , und diese Mini-Observatorien liefern den Forschern umfassende Daten über den physikalischen Zustand des Ozeans nahezu in Echtzeit. Zu diesen Daten gehören Temperatur- und Salzgehaltsmuster, die Forschern helfen, die globale Erwärmung und den Anstieg des Meeresspiegels genauer zu messen , Wettervorhersagen und Klimavorhersagen zu verbessern und die Intensität von Hurrikanen besser einzuschätzen.
Wie funktioniert Argo?
Argo ist eine internationale Zusammenarbeit, die den Einsatz von fast 4.000 zylinderförmigen, frei treibenden Schwimmern umfasst, die über den Ozean verteilt sind. Die Schwimmer sind etwa alle 186 Meilen (300 Kilometer) voneinander entfernt – auf jedem 3. Breitengrad und 3. Längengrad. Die Standardschwimmer messen die Temperatur und den Salzgehalt in den oberen 2000 Metern des Ozeans, sagt Gregory C. Johnson, Ph.D. , ein Ozeanograph am Pacific Marine Environmental Laboratory der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) in Seattle, Washington.
"Unsere Berichterstattung ist tatsächlich revolutionär", sagt Johnson. Er ist seit Beginn des Programms im Jahr 2000 an Argo beteiligt und hat Argo-Daten in seiner eigenen veröffentlichten Forschung verwendet . "Mit fast 4.000 Core-Argo-Floats da draußen haben wir jetzt so viel mehr Daten als in den vergangenen Jahrzehnten."
Argo ist ein wichtiger Bestandteil des Global Ocean Observing System (GOOS) und des Global Climate Observing System (GCOS), die Daten für Ozean- und Atmosphärendienste bzw. hochwertige Daten für die Klimaforschung liefern.
Bisher haben 26 Länder Argo-Floats eingesetzt und verarbeiten die Daten von ihnen weiter. Mehrere andere Länder tragen logistische Unterstützung und Schiffszugang bei. Jedes Land erhält seine eigenen Mittel, um Schwimmer zu kaufen, die jeweils bei etwa 20.000 US-Dollar liegen.
Eine weitere bemerkenswerte Eigenschaft von Argo ist, dass seine Daten kostenlos und für jeden auf der Welt verfügbar sind, der sie verwenden möchte. Es wird auf zwei globalen Datenservern gespeichert, einer in Frankreich und der andere in den USA. Um auf die Informationen zuzugreifen, können Sie die Seite " Argo Data Sources " besuchen .
Was machen Argo-Floats?
Es gibt verschiedene Arten von Argo-Schwimmern, und jeder kann so programmiert werden, dass er unterschiedliche Missionen ausführt. Die Mission des Standard-Argo-Floats läuft in einem 10-Tage-Zyklus:
- Tag 1 : Ein Schwimmer wird, normalerweise von einem Schiff, an einem vorher festgelegten Punkt ins Meer gesetzt. Es verbringt die ersten sechs Stunden damit, etwa 1.000 Meter senkrecht ins Meer abzutauchen.
- Tage 1-9 : Sobald der Schwimmer eine Tiefe von 1.000 Metern erreicht, treibt er neun Tage lang mit der Strömung.
- Tag 10 : Am letzten Tag des Zyklus fällt der Schwimmer weitere 1.000 Meter ins Meer, bis etwa 2.000 Meter unter die Oberfläche. Dann kehrt der Schwimmer nach oben zurück, ein Vorgang, der etwa sechs bis 12 Stunden dauert und währenddessen ein Temperatur- und Salzgehaltsprofil erfasst.
Sobald der Schwimmer die Oberfläche durchbricht, verbringt er die nächsten 15 Minuten bis zu einer Stunde damit, die Daten von einer Antenne, die sich oben auf dem Schwimmer befindet, an einen Satelliten zu übertragen, bevor er wieder absteigt und den 10-Tage-Zyklus wiederholt.
Seit 2000 hat Argo fast 2 Millionen Tiefseeprofile gesammelt , die ein vollständiges Bild des Ozeans nahezu in Echtzeit liefern.
Was steckt in einem Argo-Float?
Standard-Argo-Schwimmer enthalten die folgenden Materialien:
- Leitfähigkeits-, Temperatur-, Tiefensensor (CTD), der die physikalischen Eigenschaften des Ozeanwassers bestimmt
- externe Blase, die den Auftrieb des Schwimmers kontrolliert
- interner Behälter, der Öl speichert, wenn die externe Blase nicht aufgeblasen wird
- Hydraulikpumpe, die Öl zwischen dem internen Reservoir und der externen Blase bewegt
- Antenne oben, die es dem Schwimmer ermöglicht, Daten an einen Satelliten zu senden
- Lithiumbatterien
Es gibt verschiedene Arten von Argo-Schwimmern. Standard-Argo-Schwimmer sind für eine Tiefe von bis zu 2.000 Metern ausgelegt. Die technologischen Fortschritte in den zwei Jahrzehnten seit Beginn des Argo-Programms haben zur Entwicklung spezialisierterer Schwimmer geführt.
- Die Schwimmer der Deep Argo Mission wurden speziell entwickelt, um auf den Meeresboden zu gelangen – bis zu einer Tiefe von bis zu 6.000 Metern. Um diese Tiefen zu erreichen, müssen die Schwimmer dem, was das Argo-Team als "Druck vergleichbar mit dem Gewicht von zwei Minivans auf einer einzigen Briefmarke" bezeichnet, standhalten. Diese Schwimmer ermöglichen es Forschern, Veränderungen der Ozeane wie den zunehmenden Wärmegehalt in der Tiefsee besser zu verstehen.
- BioGeoChemical Argo (BGC-Argo) Pilot Floats sind mit biogeochemischen Sensoren ausgestattet, die sechs zusätzliche Parameter messen, darunter pH, Sauerstoff, Nitrat, Chlorophyll, Schwebstoffe und abwärts gerichtete Strahlung. Dies hilft Forschern, Meeresressourcen besser zu verstehen und zu verwalten.
Der Einsatz von Schwimmern in Eiszonen war eine Herausforderung, da Meereis verhindert, dass Schwimmer ihre Antenne an die Oberfläche drücken, wo sie Daten übertragen können. Um dieses Problem anzugehen, haben Wissenschaftler und Ingenieure verbesserte Missionsalgorithmen für Schwimmer entwickelt, die an Orten eingesetzt werden, die von saisonalem Eis wie in der Arktis und Antarktis betroffen sind. Dieser neue Algorithmus ermöglicht es ihnen, Kollisionen mit Eis zu vermeiden und die Daten so lange zu speichern, bis die Schwimmer offenes Wasser an der Meeresoberfläche erkennen.
Wie werden Argo-Daten verwendet?
Die von Argo Schwimmern gesammelten Profildaten haben eine Vielzahl von Anwendungen . Sie können verwendet werden, um Schüler vom Kindergarten bis zur Universität über die Temperatur des Ozeans oder das Lesen von Grafiken und das Analysieren von Meeresdaten und Klimawandelproblemen zu unterrichten.
Aus operativer Sicht werden die Daten von Wetter- und Klimazentren auf der ganzen Welt verwendet, um Vorhersagen von El-Niño-Ereignissen und Klimamerkmalen wie Hurrikanen, Tsunamis und der globalen Erwärmung zu verbessern .
Auf Forschungsebene stellt Argo Ozeanographen und Klimawissenschaftlern die umfassendsten verfügbaren Meeresdaten unter der Oberfläche zur Verfügung. Mehr als 200 jedes Jahr veröffentlichte Forschungspapiere verwenden Argo-Daten, die ein breites Datenspektrum abdecken, einschließlich Wassermasseneigenschaften, Luft-Meer-Interaktion, Ozeanzirkulation, Ozeandynamik und jahreszeitliche bis dekadische Variabilität.
Für Johnson waren die Daten von Argo ein "sehr solider Indikator dafür, dass der Energiehaushalt der Erde aus dem Gleichgewicht geraten ist". Kürzlich analysierte er Daten, die von 2014 bis 2018 von speziellen Tiefsee-Argo-Schwimmern gesammelt wurden, um die bodennahen Gewässer des Südwestpazifik zu untersuchen. Diese Analyse ergab, dass sich nicht nur das Wasser in der Tiefsee erwärmte, sondern sich auch beschleunigte.
"Wie stark sich der Ozean erwärmt, ist ziemlich wichtig, um zu verstehen, wie stark sich das Klima in Zukunft bei einer bestimmten Änderung der Treibhausgaskonzentrationen erwärmen wird", sagt er. „Die Messung der Ozeanerwärmung ist also wichtig, um Klimamodelle zu validieren und zu bewerten. Es ist tatsächlich eine Schlüsselzahl im Klimasystem der Erde.“
Welche Auswirkungen hat Argo auf die Umwelt?
Argo-Schwimmer sind extrem leise und energieeffizient, erklärt Johnson. „Die gesamte Anordnung von fast 4.000 Schwimmern arbeitet mit weniger als 100 Watt oder etwa so viel Leistung wie ein Deckenventilator“, sagt er.
Die Floats arbeiten je nach Mission etwa vier bis fünf Jahre weiter. Schwimmer mit anstrengenderen Aufgaben neigen dazu, früher zu sterben, während einige Standardschwimmer 10 Jahre oder länger gehalten haben. Mit der Zeit, normalerweise wenn ihre Batterien erschöpft sind, sterben alle Schwimmer. Dabei sollen sie die Umwelt so wenig wie möglich belasten.
Wenn ein Schwimmer stirbt, treibt er in der Tiefsee herum, bis er zu korrodieren beginnt, wodurch Wasser in den Schwimmer austreten kann und dieser auf den Meeresboden fällt. Im Laufe der Zeit zerfällt der Aluminiumrumpf langsam zu harmlosen Oxiden, die sich in den Meeresströmungen verteilen. Die restlichen Kunststoffe und Metalle sind minimal und zersetzen sich im Laufe der Zeit langsam.
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Das Argo-Programm hat seinen Namen von der griechischen Mythologie. Insbesondere von Argo, dem Schiff, auf dem Jason und die Argonauten von Iolcos nach Kolchis segelten, um das Goldene Vlies des geflügelten Widders Chrysomallos zu holen, das ein Symbol für Autorität und Königtum war.
