Czas sięgnąć dna
O ile dobrze poznaliśmy ziemskie lądy, o tyle nie mamy pojęcia, jak wygląda 80 proc. morskiego dna. To jednak zaczyna się szybko zmieniać.
Ostatni kwartał 1492 r. przeszedł do historii jako czas najbardziej doniosłego odkrycia geograficznego. Trzy statki pod wodzą Krzysztofa Kolumba dopłynęły do wysp u wybrzeży Ameryki. Załoga największego z nich, „Santa Marii”, szczególnie dotkliwie przekonała się, co oznacza pływanie po nieznanych wodach. Żaglowiec wszedł na mieliznę i na zawsze pozostał częścią Nowego Świata. Bliskie sobie w czasie, wyczyn Kolumba i opłynięcie Przylądka Dobrej Nadziei przez Bartolomeu Diasa, dały początek epoce wielkich odkryć geograficznych. Najdłużej nieznany kontynent, Antarktydę, odkryto w pierwszej połowie XIX w. Cywilizacja Zachodu wkraczała w XX w., dysponując względnie dokładnymi mapami planety i wydawało się, że czas wielkich odkrywców powoli przemijał.
Wysłanie satelity z aparatem fotograficznym na orbitę ugruntowało takie przekonanie. Lecz 8 stycznia 2005 r. atomowy okręt podwodny USS „San Francisco”, podobnie jak niegdyś „Santa Maria”, także zderzył się z przeszkodą skrytą w błękitnych odmętach. Idąc w zanurzeniu po wodach Mikronezji, wszedł na grzbiet podmorskiej góry, której nie miał na swoich mapach nawigacyjnych. Od słynnej karaweli miał o tyle więcej szczęścia, że mimo bardzo poważnych uszkodzeń udało mu się dotrzeć do portu. USS „San Francisco” przypomniał o umykającym na co dzień fakcie, że pół tysiąca lat po Kolumbie, Vasco da Gamie i Ferdynandzie Magellanie większa część ziemskiej rzeźby nadal pozostaje nieznana. Epoka wielkich podmorskich odkryć geograficznych czeka na swój czas, który zdaje się nadchodzić.
Kawał rafy
Było pogodne przedpołudnie 21 października 2020 r., gdy obsada mostku na statku badawczym R/V „Falkor”, płynącym na wschód od australijskiego Przylądka Jork, zyskała pewność, że trafiła na nieznaną podmorską górę. Należąca do Schmidt Ocean Institute jednostka przebywała na tym akwenie od kilku tygodni i prowadziła pomiary non stop. Na ekranach ukazujących rzeźbę dna widniało strome wyniesienie o podstawie około 1500 m i wysokości względnej 500 m, którego wierzchołek sięgał 40 m pod lustro wody. Nowo odkryta góra jest zarazem rafą koralową.
– Najtrudniejszą częścią ekspedycji było upewnianie się, że przegląd danego sektora dna jest kompletny, zanim „Falkor” popłynie dalej – mówi kierujący tymi badaniami dr Robin Beaman z James Cook University. – Wody w pobliżu Przylądka Jork stanowią północną granicę Wielkiej Rafy Koralowej.
Zmapowanie płytkiego szelfu i samych raf jest na dość dobrym poziomie, natomiast głębszy stok kontynentalny, rozciągający się od raf na pełne morze, był dotąd słabo poznany. Głębokość akwenu, jaki badaliśmy, wahała się od około 100 do 3000 m.
Misja Falkora była pierwszym metodycznym badaniem stoku kontynentalnego na tym obszarze. Analiza danych i próbek zebranych przez zespół Beamana zajmie jeszcze kilka lat i przyniesie zapewne dalsze odkrycia na polach takich jak geologia i biologia, szczególnie że podmorskie góry z rafami koralowymi są nie tylko ostojami dla dużej liczby gatunków występujących jedynie lokalnie, lecz także bardzo atrakcyjnymi przystankami dla organizmów migrujących. Obok powszechnie znanych korali tropikalnych mogą też być siedliskiem koralowców głębinowych. W pierwszej połowie ubiegłej dekady mapowanie dna w rejonie archipelagu Galapagos, prowadzone przez placówkę badawczą Woods Hole Oceanographic Institution z USA, pozwoliło poznać dokładną rzeźbę ponad 70 podmorskich gór. Wiele z nich było wcześniej w ogóle nieznanych.
Dekada na odkrycia
Przyjmuje się, że jedynie około 20 proc. dna mórz i oceanów jest w miarę dobrze poznane. Najdokładniejsze informacje mamy o szelfach i szlakach komunikacyjnych, co jest podyktowane względami praktycznymi, głównie bezpieczeństwem żeglugi. Gdy dobrze poznane dno zakreśli się jednym kolorem, okaże się, że przyjmuje ono postać otoczek kontynentów oraz nitek ciągnących się przez oceany do węzłów transportu morskiego. Naturalnie powody badań miewały także charakter polityczny (np. roszczenia co do granic wyłącznych stref ekonomicznych), ściśle naukowy (np. zrozumienie procesów
wulkanicznych) czy militarny (np. sporządzenie planów operacyjnych dla okrętów podwodnych). Najmniej poznane strefy oceanów to takie, gdzie dno leży ponad 4000 m pod powierzchnią wody.
– Podwodne kaniony to jedne z największych obiektów geograficznych na Ziemi. Mogą mieć setki kilometrów długości. Rozpoczynając badania, podejrzewaliśmy ich istnienie w rejonie Przylądka Jork, ale nie wiedzieliśmy, jak wyglądają i ile ich jest – mówi Beaman. – Zdjęcia dostarczone przez zdalnie sterowany pojazd podwodny SuBastian ukazały, jak niesamowite podwodne organizmy zasiedlają takie kaniony. Chociaż większość dna na głębokości poniżej 4000 m jest prawdopodobnie płaska i monotonna, to właśnie tam spodziewamy się odkryć wygasłe podmorskie wulkany. Naukowcy szacują, że istnieje co najmniej 100 tys. podmorskich gór o wysokości względnej powyżej tysiąca metrów.
O ile epoka wielkich odkryć geograficznych trwała – w zależności od przyjętego kryterium – od ponad 100 do ponad 300 lat, o tyle można się spodziewać, że okres intensywnego poznawania podwodnej rzeźby naszej planety będzie znacznie krótszy. Zapoczątkowany w 2016 r. projekt Seabed 2030, wspólne przedsięwzięcie GEBCO (General Bathymetric Charts of the Oceans) i Nippon Foundation, stawia bardzo ambitny cel sporządzenia map całego dna mórz i oceanów do końca bieżącej dekady.
Nemo high tech
Z uwagi na mały zasięg światła widzialnego w wodzie podmorskiej góry nie odkryje się, przykładając do oka lunetę. Aktualnie posiadane technologie pozwalają badać morskie dno na trzech polach. Pierwsze, o najdłuższej historii, zawiera metody akustyczne, czyli oparte na wysyłaniu w toń wodną fal dźwiękowych i rejestracji tych, które powracają odbite od znajdujących się tam ciał stałych. W badaniu topografii dna wykorzystuje się przede wszystkim echosondę i sonar boczny.
– Echosondy pozwalają mapować dno i badać głębokość akwenu, emitując pionowo pojedyncze impulsy. Sonar boczny, pozwalający na sektorowe przeszukanie dna, nie dostarcza informacji o głębokości, ale za to umożliwia bardziej precyzyjne określenie jego kształtu. W uproszczeniu, do odkrywania raf wystarczy echosonda, do znajdowania mniejszych obiektów, np. wraków, bardziej przydatne są sonary boczne – mówi dr inż. Benedykt Hac, specjalista podmorskich badań, dawniej dowódca okrętu hydrograficznego ORP „Heweliusz”.
Kolejne metody eksploracji dna nie dotyczą urządzeń zanurzanych w wodzie, lecz operujących znad niej. Wiązka światła generowana przez laser przenika słoną wodę na głębokość od 15 do 50 m, pozwalając na dokładne i względnie szybkie badanie wód przybrzeżnych. Spory potencjał w eksploracji mórz i oceanów oferują też satelity. Wykonane przez nie zdjęcia w różnych pasmach długości światła pozwalają na zbadanie akwenów o głębokości ok. 20 m, natomiast prowadzone z orbity pomiary grawimetryczne, czyli na podstawie interpretowania lokalnych odchyleń w przyspieszeniu ziemskim, umożliwiają globalny przegląd oceanicznego dna, tyle że jako mało precyzyjny daje jedynie pobieżny obraz. Tą drogą nie stworzy się zatem map nawigacyjnych. Szacuje się, że strefa głębokowodna (w której dno znajduje się 1500–6000 m pod powierzchnią) stanowi aż 83 proc. mórz i oceanów. Aby poznać jej topografię, wciąż nieodzowne są metody akustyczne. Przełom technologiczny na tym polu przyniosła połowa lat 90. XX w., kiedy do zastosowań hydrograficznych zaczęto wprowadzać echosondy wielowiązkowe, które w przeciwieństwie do swoich prostszych poprzedniczek pokazują profil dna. Problem z nimi polega na tym, że – działając z pokładu statku – zapewniają tym mniejszą gęstość pomiaru, im więcej stóp wody pod kilem, bo impuls wysłany w głębiny potrzebuje więcej czasu na pokonanie drogi w obie strony, a do tego słabnie i ulega zakłóceniom związanym z charakterem poszczególnych warstw wody.
Być może rewolucja, która zapoczątkuje epokę wielkich podmorskich odkryć geograficznych, czai się nie w samej aparaturze pomiarowej, ale w jej nośnikach. A konkretnie w intensywnym rozwoju autonomicznych pojazdów bezzałogowych, które można wysyłać w głębiny na wiele dni i eksplorować dno wedle zadanego klucza bez absorbowania uwagi jakiegokolwiek operatora. Mogą one też zejść z echosondą nisko nad dno, dzięki czemu pomiary, jakich dokonają, będą dokładniejsze.
Przykładem takiego bezzałogowca jest ISE „Explorer”, który może zanurzyć się do dolnej granicy strefy głębokowodnej i zabrać na pokład nie tylko instrumenty akustyczne do poznawania topografii dna, lecz także zwykłą kamerę czy szereg czujników do badania właściwości wody. Podczas niedawnej misji pod lodami Arktyki „Explorer” w ponad 10 dni przeprowadził badania na długości tysiąca kilometrów. Z kolei wspomniane mapowanie dna wokół Galapagos dokonano zarówno echosondą zamontowaną w kadłubie statku badawczego, jak i sonarem bocznym, przenoszonym przez bezzałogowiec Remus 600.
Niezgłębiona sadzawka
Bałtyk z powodu swojej głębokości (średnio wynosi trochę ponad 50 m) bywa nieco pogardliwie określany jeziorem, którym zresztą był już dwukrotnie w czasie zlodowaceń. Dla cywilizacji zachodnioeuropejskiej to jedno z najwcześniej poznanych mórz, a dla świata – jedno z najbardziej spenetrowanych przez człowieka.
– Jedynie ok. 30 proc. polskiej strefy Bałtyku, czyli naszych morskich wód wewnętrznych, terytorialnych oraz wyłącznej strefy ekonomicznej, jest rozpoznana w jakości geodezyjnej. Taką część dna znamy tak dobrze jak ląd. O reszcie mamy jedynie przybliżone pojęcie – mówi Hac. O ile nie znajdziemy na dnie naszego morza łańcuchów górskich, o tyle odkrycia geograficzne bardziej kameralnych obiektów są tam nie tylko możliwe, lecz wręcz oczywiste.
– Kilka lat temu polskie i rosyjskie zespoły badawcze mniej więcej jednocześnie dokonały bardzo ciekawego odkrycia na dnie Rynny Słupskiej. Znaleziono tam liczne ślady ruchów lądolodu. Rysy, jakie po sobie zostawił, mają od 2 do 5 m głębokości, około 200 szerokości i nawet do kilku kilometrów długości – mówi Hac. Jeszcze nie tak dawno temu mawiano, że od oceanicznych głębin znacznie lepiej znamy przestrzeń kosmiczną. W najbliższych latach może się to radykalnie zmienić.