Đại dương là rất lớn . Nó bao phủ hơn 70% bề mặt Trái đất . Riêng Thái Bình Dương bao phủ 60 triệu dặm vuông (155 triệu km vuông) của hành tinh. Nước này điều chỉnh các kiểu khí hậu và thời tiết của chúng ta bằng cách truyền nhiệt từ xích đạo đến các cực, tạo ra hơn một nửa lượng oxy trên thế giới và hấp thụ lượng carbon dioxide nhiều hơn 50 lần so với bầu khí quyển của chúng ta.
Những bí mật mà đại dương nắm giữ có thể cho chúng ta biết rất nhiều điều về tình trạng của hành tinh. Tuy nhiên, để có được thông tin đó có thể là một thách thức đối với cả con người và các công cụ khoa học, đặc biệt là ở những khu vực nguy hiểm, nơi có biển đá, bão dữ dội, băng dày và vùng nước có áp suất sâu.
Đó là nơi xuất hiện một đội tàu nổi tự chìm. Chúng là một phần của chương trình quốc tế có tên Argo và các đài quan sát nhỏ này cung cấp cho các nhà nghiên cứu dữ liệu toàn diện, gần thời gian thực về trạng thái vật lý của đại dương. Dữ liệu đó bao gồm các kiểu nhiệt độ và độ mặn giúp các nhà nghiên cứu đo lường chính xác hơn sự nóng lên toàn cầu và mực nước biển dâng , cải thiện dự báo thời tiết và dự đoán khí hậu, đồng thời đánh giá cường độ của các cơn bão tốt hơn.
Argo hoạt động như thế nào?
Argo là một sự hợp tác quốc tế liên quan đến việc triển khai gần 4.000 phao tự do hình trụ trải khắp đại dương. Các phao được đặt cách nhau khoảng 186 dặm (300 km) - ở mỗi vĩ độ 3 độ x 3 độ kinh độ. Theo Tiến sĩ Gregory C. Johnson, phao tiêu chuẩn đo nhiệt độ và độ mặn ở độ cao 6.561 feet (2.000 mét) của đại dương , một nhà hải dương học tại Phòng thí nghiệm Môi trường Biển Thái Bình Dương của Cục Quản lý Đại dương và Khí quyển Quốc gia (NOAA) ở Seattle, Washington.
Johnson nói: “Phạm vi của chúng tôi thực sự mang tính cách mạng. Anh ấy đã tham gia vào Argo kể từ khi chương trình bắt đầu vào năm 2000 và đã sử dụng dữ liệu Argo trong nghiên cứu được xuất bản của riêng mình . "Để có gần 4.000 lõi Argo trôi nổi trên mạng hiện cung cấp cho chúng tôi rất nhiều dữ liệu hơn chúng tôi đã có trong những thập kỷ trước."
Argo là một thành phần chính của Hệ thống quan sát đại dương toàn cầu (GOOS) và Hệ thống quan sát khí hậu toàn cầu (GCOS), cung cấp dữ liệu cho các dịch vụ đại dương và khí quyển cũng như dữ liệu chất lượng cao cho nghiên cứu khí hậu.
Đến nay, 26 quốc gia đã triển khai phao Argo và tiếp tục xử lý dữ liệu từ chúng. Một số quốc gia khác đóng góp hỗ trợ hậu cần và tiếp cận tàu. Mỗi quốc gia có được nguồn vốn riêng của mình để mua phao, với giá khoảng 20.000 đô la mỗi chiếc.
Một điều đáng chú ý khác về Argo là dữ liệu của nó là miễn phí và có sẵn cho bất kỳ ai trên thế giới muốn sử dụng nó. Nó được lưu trữ trên hai máy chủ dữ liệu toàn cầu, một ở Pháp và một ở Hoa Kỳ. Để truy cập thông tin, bạn có thể truy cập trang " Nguồn dữ liệu Argo ".
Argo Floats làm gì?
Có nhiều loại phao Argo khác nhau và mỗi loại có thể được lập trình để thực hiện các nhiệm vụ khác nhau. Nhiệm vụ của phao Argo tiêu chuẩn chạy theo chu kỳ 10 ngày:
- Ngày 1 : Một chiếc phao được triển khai, thường là từ một con tàu, xuống đại dương tại một điểm xác định trước. Trong sáu giờ đầu tiên, nó lao xuống biển theo phương thẳng đứng khoảng 1.000 mét.
- Ngày 1-9 : Khi chiếc phao đạt độ sâu 1.000 mét, nó sẽ trôi theo dòng nước trong chín ngày.
- Ngày 10 : Vào ngày cuối cùng của chu kỳ, chiếc phao rơi thêm 1.000 mét nữa xuống đại dương, xuống khoảng 2.000 mét dưới bề mặt. Sau đó, phao quay trở lại, một quá trình mất khoảng sáu đến 12 giờ, trong đó nó thu thập thông số nhiệt độ và độ mặn.
Khi chiếc phao bị vỡ bề mặt, nó sẽ dành 15 phút đến một giờ tiếp theo để truyền dữ liệu từ một ăng-ten nằm trên đỉnh của chiếc phao tới một vệ tinh trước khi hạ xuống một lần nữa và lặp lại chu kỳ 10 ngày.
Kể từ năm 2000, Argo đã thu thập gần 2 triệu hồ sơ đại dương sâu , cung cấp một bức tranh hoàn chỉnh, gần như thời gian thực về đại dương.
Bên trong một Argo Float là gì?
Phao Argo tiêu chuẩn chứa các vật liệu sau:
- cảm biến độ dẫn điện, nhiệt độ, độ sâu (CTD) xác định các đặc tính vật lý của nước đại dương
- bàng quang bên ngoài kiểm soát sức nổi của phao
- bể chứa bên trong có chức năng lưu trữ dầu khi nó không làm phồng bọng nước bên ngoài
- bơm thủy lực di chuyển dầu giữa bình chứa bên trong và bình chứa bên ngoài
- ăng-ten ở trên cùng cho phép phao truyền dữ liệu tới vệ tinh
- Pin lithium
Có một số loại phao Argo khác nhau. Phao nổi Argo tiêu chuẩn được thiết kế để đi sâu tới 1,2 dặm (2.000 mét). Những tiến bộ trong công nghệ trong hai thập kỷ kể từ khi chương trình Argo bắt đầu đã dẫn đến việc tạo ra các phao chuyên dụng hơn.
- Những chiếc phao Deep Argo Mission được thiết kế đặc biệt để đi xuống đáy đại dương - sâu tới 3,72 dặm (6.000 mét). Để đạt được những độ sâu đó, những chiếc phao phải chịu được những gì mà nhóm Argo mô tả là "áp lực tương đương với trọng lượng của hai chiếc xe tải nhỏ tập trung trên một con tem bưu chính." Những chiếc phao này cho phép các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về những thay đổi của đại dương như tăng nhiệt lượng trong đại dương sâu.
- Phao thí điểm BioGeoChemical Argo (BGC-Argo) được trang bị các cảm biến sinh hóa để đo sáu thông số bổ sung, bao gồm pH, oxy, nitrat, chất diệp lục, các hạt lơ lửng và bức xạ sóng xuống. Điều này giúp các nhà nghiên cứu hiểu và quản lý tốt hơn các nguồn tài nguyên đại dương.
Triển khai phao nổi trong các vùng băng là một thách thức vì băng biển ngăn cản các phao nổi đẩy ăng-ten của chúng lên bề mặt nơi chúng có thể truyền dữ liệu. Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học và kỹ sư đã thiết kế các thuật toán sứ mệnh cải tiến cho các phao nổi được triển khai ở những nơi bị ảnh hưởng bởi băng theo mùa như ở Artic và Nam Cực. Thuật toán mới này cho phép chúng tránh va chạm với băng và lưu trữ dữ liệu cho đến khi các phao nổi phát hiện ra vùng nước hở trên bề mặt đại dương.
Dữ liệu Argo được sử dụng như thế nào?
Dữ liệu hồ sơ được Argo float thu thập có nhiều ứng dụng khác nhau . Chúng có thể được sử dụng để giáo dục học sinh từ mẫu giáo đến đại học về nhiệt độ của đại dương hoặc cách đọc biểu đồ và phân tích dữ liệu đại dương và các vấn đề biến đổi khí hậu.
Từ quan điểm hoạt động, dữ liệu được các trung tâm thời tiết và khí hậu trên khắp thế giới sử dụng để cải thiện dự báo về các sự kiện El Niño và các đặc điểm khí hậu như bão, sóng thần và sự nóng lên toàn cầu.
Ở cấp độ nghiên cứu, Argo cung cấp cho các nhà hải dương học và các nhà khoa học khí hậu những dữ liệu đại dương dưới bề mặt toàn diện nhất hiện có. Hơn 200 bài báo nghiên cứu được xuất bản mỗi năm sử dụng dữ liệu Argo bao gồm nhiều loại dữ liệu bao gồm các đặc tính khối lượng nước, tương tác không khí-biển, lưu thông đại dương, động lực học đại dương và sự biến đổi theo mùa đến thập kỷ.
Đối với Johnson, dữ liệu Argo là một "chỉ báo rất chắc chắn rằng ngân sách năng lượng của Trái đất đang mất cân bằng." Gần đây, ông đã phân tích dữ liệu thu thập từ năm 2014-2018 của các phao nổi Argo nước sâu đặc biệt để nghiên cứu vùng nước gần đáy của Tây Nam Thái Bình Dương. Phân tích đó cho thấy rằng không chỉ nước ở đại dương sâu đang ấm lên mà tốc độ nóng lên của nó đang tăng nhanh.
Ông nói: “Việc đại dương ấm lên bao nhiêu là điều khá quan trọng để hiểu được khí hậu sẽ ấm lên như thế nào trong tương lai, đối với sự thay đổi nhất định về nồng độ khí nhà kính,” ông nói. "Vì vậy, việc đo lường sự nóng lên của đại dương là rất quan trọng để xác nhận các mô hình khí hậu và đánh giá chúng. Thực ra, đó là một con số quan trọng trong hệ thống khí hậu của Trái đất."
Tác động môi trường của Argo là gì?
Johnson giải thích, phao Argo cực kỳ yên tĩnh và tiết kiệm năng lượng. Ông nói: “Toàn bộ dàn gần 4.000 chiếc nổi hoạt động với công suất dưới 100 watt, tương đương với công suất của một chiếc quạt trần.
Các phao tiếp tục hoạt động trong khoảng bốn đến năm năm tùy thuộc vào nhiệm vụ của chúng. Phao nổi với các nhiệm vụ mệt nhọc hơn có xu hướng chết sớm hơn trong khi một số phao tiêu chuẩn đã kéo dài 10 năm hoặc hơn. Theo thời gian, thường là khi pin của chúng bị mòn, tất cả các phao đều chết. Khi chúng làm vậy, chúng được thiết kế để tạo ra ít tác động đến môi trường nhất có thể.
Khi một chiếc phao bị chết, nó sẽ trôi lăn lóc trong đại dương sâu thẳm cho đến khi nó bắt đầu bị ăn mòn, điều này cho phép nước rò rỉ bên trong chiếc phao khiến nó rơi xuống đáy biển. Theo thời gian, vỏ tàu bằng nhôm từ từ phân hủy thành các oxit vô hại phát tán xung quanh trong dòng chảy của đại dương. Các chất dẻo và kim loại còn lại là tối thiểu và phân hủy chậm theo thời gian.
Bây giờ điều đó thật thú vị
Chương trình Argo lấy tên từ thần thoại Hy Lạp. Cụ thể, từ Argo, con tàu mà Jason và các Argonauts đi từ Iolcos đến Colchis để lấy Bộ lông cừu vàng của con cừu đực có cánh, Chrysomallos, biểu tượng của quyền lực và vương quyền.
