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 кислорода в мире и поглощает в 50 раз больше углекислого газа, чем наша атмосфера.
Тайны 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 коварных районах, где есть каменистые моря, бушующие штормы, толстый лед и глубокие сокрушительные воды.
Именно здесь на помощь приходит флот автоматических самозагружающихся поплавков. Они являются частью международной программы под названием Арго, и эти мини-обсерватории предоставляют исследователям исчерпывающие данные о физическом состоянии почти в реальном времени. океан. Эти данные включают в себя модели температуры и солености, которые помогают исследователям более точно измерять глобальное потепление и повышение уровня моря, улучшать прогнозы погоды и прогнозы климата, а также лучше оценивать интенсивность ураганов..
Как работает Арго?
Арго - 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 верхней части океана на высоте 6 561 футов (2 000 метров), говорит Грегори С. Джонсон, доктор философии, океанограф Тихоокеанского управления Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA). Морская экологическая лаборатория в Сиэтле, штат Вашингтон.
«Наше освещение действительно революционно», - говорит Джонсон. Он был вовлечен в Арго с момента запуска программы в 2000 году и использовал данные Арго в своих опубликованных исследованиях. «Наличие почти 4000 ядерных буев Argo дает нам гораздо больше данных, чем мы имели в предыдущие десятилетия».
Арго является основным компонентом Глобальной системы наблюдения за океаном (ГСНО) и Глобальной системы наблюдения 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 данные с них. Несколько других стран предоставляют материально-техническую поддержку и доступ к судам. Каждая страна получает собственное финансирование для покупки поплавков, каждая из которых стоит около 20 000 долларов.
Еще одна замечательная особенность Argo заключается в том, что ее данные бесплатны и доступны всем в мире, кто хочет их использовать. Он хранится на двух глобальных серверах данных, один во Франции, а другой в Соединенных Штатах. Чтобы получить доступ к информации, вы можете посетить страницу «Источники данных Argo».
Что делают поплавки Арго?
Существуют различные типы поплавков Арго, и каждый из них можно запрограммировать на выполнение различных миссий. Миссия стандартного поплавка Арго выполняется по 10-дневному циклу:
- День 1: Поплавок спускается, обычно с корабля, в океан в заданной точке. Первые шесть часов он спускается вертикально примерно на 0,62 мили (1000 метров) в море.
- Дни 1-9: Как только поплавок достигает глубины 1000 метров, он дрейфует по течению 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 уровня воды. поверхность. Затем поплавок возвращается наверх, этот процесс занимает от шести до двенадцати часов, в течение которых он собирает профиль температуры и солености.
После того, как поплавок отрывается от поверхности, он тратит от 15 минут до часа на передачу данных с антенны, расположенной на вершине поплавка, на спутник, прежде чем снова спуститься и повторить 10-дневный цикл.
С 2000 года Арго собрала почти 2 миллиона глубоководных профилей, что дает полную картину океана почти в реальном времени.
Что внутри поплавка Арго?
Стандартные поплавки Argo содержат следующие материалы:
- датчик проводимости, температуры, глубины (CTD), определяющий физические свойства океанской воды
- внешний пузырь, контролирующий плавучесть поплавка
- внутренний резервуар, в котором хранится масло, когда он не наполняет внешний баллон
- гидравлический насос, перемещающий масло между внутренним резервуаром и внешней камерой
- антенна наверху, которая позволяет поплавку передавать данные на спутник
- литиевые батареи
Есть несколько различных типов поплавков Argo. Стандартные поплавки Argo рассчитаны на погружение на глубину до 1,2 мили (2000 метров). Достижения в области технологий за два десятилетия, прошедшие с начала программы Арго, привели к созданию более специализированных поплавков.
- Поплавки Deep Argo Mission специально разработаны для спуска 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, сравнимое с весом двух минивэнов, сосредоточенных на одной почтовой марке». Эти поплавки позволяют исследователям лучше понять изменения океана, такие как увеличение содержания тепла в глубине океана.
- BioGeoChemical Argo (BGC-Argo) Пилотные поплавки оснащены биогеохимическими датчиками, которые измеряют шесть дополнительных параметров, включая pH, кислород, нитраты, хлорофилл, взвешенные частицы и нисходящую радиацию. Это помогает исследователям лучше понимать океанские ресурсы и управлять ими.
Развертывание поплавков в ледяных зонах было сложной задачей, поскольку морской лед не позволяет поплавкам выталкивать свои антенны на поверхность, где они могут передавать данные. Чтобы решить эту проблему, ученые и инженеры разработали улучшенные алгоритмы миссии для буев, развернутых в местах, подверженных сезонному льду, например, в Арктике и Антарктике. Этот новый алгоритм позволяет им избегать столкновений со льдом и сохранять данные до тех пор, пока поплавки не обнаружат открытую воду на поверхности океана.
Как используются данные Арго?
Данные профиля, собранные 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 проблемы изменения климата.
С оперативной точки зрения данные используются метеорологическими и климатическими центрами по всему миру для улучшения прогнозов явлений Эль-Ниньо и климатических явлений, таких как ураганы, цунами и глобальное потепление.
На исследовательском уровне Арго предоставляет океанографам и ученым-климатологам самые полные доступные данные о недрах океана. Более 200 исследовательских работ, публикуемых каждый год, используют 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 убедительным индикатором того, что энергетический баланс Земли не сбалансирован». Недавно он проанализировал данные, собранные в 2014-2018 годах специальными глубоководными буями «Арго» для изучения придонных вод юго-западной части Тихого океана. Этот анализ показал, что нагревалась не только вода в глубинах океана, но и скорость, с которой она нагревалась.
«Насколько сильно нагревается океан, очень важно для понимания того, насколько климат потеплеет в будущем при заданном изменении концентрации парниковых газов», - говорит он. «Итак, измерение потепления океана важно для проверки климатических моделей и их оценки. На самом деле это ключевой показатель в климатической системе Земли».
Каково воздействие Арго на окружающую среду?
Поплавки Argo очень тихие и энергоэффективные, объясняет Джонсон. «Весь массив из почти 4000 поплавков потребляет менее 100 ватт, или примерно столько же, сколько потолочный вентилятор», - говорит он.
Поплавки продолжают работать от четырех до пяти лет в зависимости от их миссии. Поплавки с более изнурительными задачами, как правило, умирают раньше, в то время как некоторые стандартные поплавки служат 10 и более лет. Со временем, обычно когда их батареи изнашиваются, все поплавки умирают. Когда они это делают, они спроектированы таким образом, чтобы оказывать как можно меньшее воздействие на окружающую среду.
Когда поплавок умирает, он дрейфует в глубинах океана, пока не начинает разъедать, что позволяет воде просачиваться внутрь поплавка, в результате чего он падает на морское дно. Со временем алюминиевый корпус медленно разлагается на безвредные оксиды, которые распространяются с океанскими течениями. Остальные пластмассы и металлы минимальны и медленно разлагаются со временем.
Интересно
Программа «Арго» берет свое название из 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 царской власти.