Океан огромен . Он покрывает более 70 процентов поверхности Земли . Только Тихий океан покрывает 60 миллионов квадратных миль (155 миллионов квадратных километров) планеты. Эта вода регулирует наш климат и погодные условия, направляя тепло от экватора к полюсам, производит более половины мирового кислорода и поглощает в 50 раз больше углекислого газа, чем наша атмосфера.
Секреты океана могут многое рассказать нам о состоянии планеты. Но получение этой информации может быть проблемой как для людей, так и для научных инструментов, особенно в опасных районах, где есть каменистые моря, бушующие штормы, толстый лед и глубокие воды, разрушающие давление.
Вот тут-то и появляется флот роботизированных самозатухающих поплавков. Они являются частью международной программы под названием Argo , и эти мини-обсерватории предоставляют исследователям исчерпывающие данные о физическом состоянии океана в режиме реального времени. Эти данные включают образцы температуры и солености, которые помогают исследователям более точно измерять глобальное потепление и повышение уровня моря , улучшать прогнозы погоды и климата, а также лучше измерять интенсивность ураганов.
Как работает Арго?
Argo - это международное сотрудничество, которое включает в себя развертывание почти 4000 свободно дрейфующих поплавков цилиндрической формы, разбросанных по всему океану. Поплавки размещаются примерно через каждые 186 миль (300 километров) друг от друга - через каждые 3 градуса широты и 3 градуса долготы. Стандартные поплавки измеряют температуру и соленость в верхних слоях океана на высоте 6561 фута (2000 метров), - говорит доктор философии Грегори К. Джонсон. , океанограф Тихоокеанской лаборатории морской среды Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA) в Сиэтле, Вашингтон.
«Наше освещение действительно революционное, - говорит Джонсон. Он был вовлечен в Арго с момента начала программы в 2000 году и использовал данные Арго в своих собственных опубликованных исследованиях . «Наличие почти 4000 основных буев Argo сейчас дает нам гораздо больше данных, чем в предыдущие десятилетия».
Арго является основным компонентом Глобальной системы наблюдений за океаном (ГСНО) и Глобальной системы наблюдений за климатом (ГСНК), которые предоставляют данные для обслуживания океана и атмосферы и высококачественные данные для исследований климата, соответственно.
На сегодняшний день 26 стран развернули буи Арго и продолжают обрабатывать полученные с них данные. Несколько других стран предоставляют материально-техническую поддержку и доступ судов. Каждая страна получает собственное финансирование для покупки поплавков, стоимость каждого из которых составляет около 20 000 долларов.
Еще одна замечательная особенность Арго заключается в том, что ее данные бесплатны и доступны любому желающему в мире. Он хранится на двух глобальных серверах данных, один во Франции, а другой в США. Чтобы получить доступ к информации, вы можете посетить страницу « Источники данных Арго ».
Что делают поплавки Арго?
Существуют разные типы поплавков Арго, и каждый может быть запрограммирован для выполнения различных миссий. Миссия стандартного поплавка Арго выполняется по 10-дневному циклу:
- День 1. Поплавок запускается, обычно с корабля, в океан в заранее определенной точке. Первые шесть часов он спускается вертикально в море примерно на 0,62 мили (1000 метров).
- Дни 1-9 : Как только поплавок достигает глубины 1000 метров, он дрейфует с течением в течение девяти дней.
- День 10 : В последний день цикла поплавок опускается еще на 1000 метров в океан, примерно на 1,2 мили (2000 метров) ниже поверхности. Затем поплавок возвращается в исходное положение, что занимает от шести до 12 часов, в течение которого он собирает профиль температуры и солености.
После того, как поплавок выйдет на поверхность, от следующих 15 минут до часа он будет передавать данные с антенны, расположенной на вершине поплавка, на спутник, прежде чем снова спуститься и повторить 10-дневный цикл.
С 2000 года на Арго было собрано около 2 миллионов глубинных профилей океана , что дает полную картину океана в режиме, близком к реальному времени.
Что внутри поплавка Арго?
Стандартные поплавки Argo содержат следующие материалы:
- датчик проводимости, температуры, глубины (CTD), определяющий физические свойства океанской воды
- внешний баллон, регулирующий плавучесть поплавка
- внутренний резервуар, в котором хранится масло, когда он не накачивает внешний баллон
- гидравлический насос, который перемещает масло между внутренним резервуаром и внешним резервуаром
- антенна наверху, которая позволяет поплавку передавать данные на спутник
- литиевые батареи
Есть несколько различных типов поплавков Арго. Стандартные поплавки Argo рассчитаны на погружение на глубину 1,2 мили (2000 метров). Достижения в области технологий за два десятилетия, прошедшие с момента начала программы Арго, привели к созданию более специализированных буев.
- Поплавки Deep Argo Mission специально разработаны для погружения на дно океана на глубину до 3,72 мили (6000 метров). Чтобы достичь этих глубин, поплавки должны выдерживать то, что команда Argo описывает как «давление, сопоставимое с весом двух минивэнов, сосредоточенных на одной почтовой марке». Эти поплавки позволяют исследователям лучше понять изменения в океане, такие как повышение теплосодержания в глубинах океана.
- Пилотные поплавки BioGeoChemical Argo (BGC-Argo) оснащены биогеохимическими датчиками, которые измеряют шесть дополнительных параметров, включая pH, кислород, нитраты, хлорофилл, взвешенные частицы и нисходящую освещенность. Это помогает исследователям лучше понимать ресурсы океана и управлять ими.
Развертывание буев в ледовых зонах было проблемой, поскольку морской лед не позволяет им подталкивать антенну к поверхности, где они могут передавать данные. Чтобы решить эту проблему, ученые и инженеры разработали улучшенные алгоритмы миссий для буев, размещаемых в местах, подверженных сезонному воздействию льда, например, в Арктике и Антарктике. Этот новый алгоритм позволяет им избегать столкновений со льдом и хранить данные до тех пор, пока поплавки не обнаружат открытую воду на поверхности океана.
Как используются данные Арго?
Данные профиля, собираемые буями Арго, имеют множество применений . Их можно использовать для обучения учащихся от детского сада до университетского уровня температуре океана или тому, как читать графики и анализировать данные об океане и вопросы изменения климата.
С оперативной точки зрения данные используются метеорологическими и климатическими центрами по всему миру для улучшения прогнозов явлений Эль-Ниньо и климатических особенностей, таких как ураганы, цунами и глобальное потепление.
На исследовательском уровне Арго предоставляет океанографам и климатологам наиболее полные доступные данные о недрах океана. Ежегодно публикуется более 200 исследовательских работ, в которых используются данные Арго, охватывающие широкий спектр данных, включая свойства водных масс, взаимодействие воздуха и моря, циркуляцию океана, динамику океана и изменчивость от сезона к десятилетию.
Для Джонсона данные Арго были «очень надежным показателем того, что энергетический бюджет Земли разбалансирован». Недавно он проанализировал данные, собранные с 2014 по 2018 год специальными глубоководными буями Арго для изучения придонных вод юго-западной части Тихого океана. Этот анализ показал, что не только вода в глубинах океана нагревается, но и скорость, с которой она нагревается, возрастает.
«Степень потепления океана очень важна для понимания того, насколько потеплеет климат в будущем при данном изменении концентрации парниковых газов», - говорит он. «Таким образом, измерение потепления океана важно для проверки климатических моделей и их оценки. Фактически, это ключевое число в климатической системе Земли».
Какое влияние оказывает Арго на окружающую среду?
«Поплавки Argo очень тихие и энергоэффективные», - объясняет Джонсон. «Весь массив из почти 4000 поплавков работает от мощности менее 100 Вт, или примерно такой же мощности, как потолочный вентилятор», - говорит он.
Поплавки продолжают работать от четырех до пяти лет в зависимости от их предназначения. Поплавки с более изнурительными задачами, как правило, умирают раньше, в то время как некоторые стандартные поплавки прослужили 10 и более лет. Со временем, обычно, когда их батареи изнашиваются, все поплавки умирают. Когда они это делают, они предназначены для минимального воздействия на окружающую среду.
Когда поплавок умирает, он дрейфует в глубинах океана, пока не начинает разъедать, что позволяет воде просачиваться внутрь поплавка, заставляя его падать на морское дно. Со временем алюминиевый корпус медленно разлагается на безвредные оксиды, которые распространяются в океанских течениях. Остающийся пластик и металл минимальны и со временем медленно разлагаются.
Вот это интересно
Программа «Арго» получила свое название от греческой мифологии. В частности, из Арго, корабля, на котором Ясон и аргонавты отплыли из Иолкоса в Колхиду, чтобы забрать Золотое руно крылатого барана, Хрисомаллоса, который был символом власти и королевской власти.
