Океан необходим для поддержания жизни на Земле. Он работает как фильтр для нашей среды, очищает и пополняет нашу атмосферу, обеспечивая при этом питательными веществами подводных обитателей планеты. Однако наши знания об океане ограничены. Первая глубокая разведка в море произошла только в 1960 году, менее 60 лет назад. Вот почему ученые используют современные робототехнические и измерительные технологии для разработки новых инструментов, помогающих изучать океан, чтобы предсказать его будущее поведение и состояние его среды.
Преимущества изучения океанических микробов
Океанические микробы — это крошечные, одноклеточные организмы, на которые приходится более 98% морской биомассы. Термин «океанический микроб» охватывает несколько различных микроорганизмов, включая микроводоросли, бактерии и археи, простейшие грибы и вирусы. Они чрезвычайно малы, измеряемые только 1/8000-й объема человеческой клетки и охватывая около 1/100-го диаметра человеческого волоса. Возможно, что миллион микробов, живущих в океане, может «разместиться» всего в один миллилитр морской воды.
Они питаются с различных источников, включая солнечную радиацию и хемосинтез. Объём производимого морскими микробами кислорода можно приравнять, по меньшей мере, к 50% кислорода находящегося в атмосфере нашей планеты. Они также помогают перерабатывать большое количество углекислого газа. Микробы, найденные в океане, помогают формировать морские пищевые сети, которые помогают развивать глобальное рыболовство в океане.
По данным National Oceanic and Atmospheric Administration, большинство микроорганизмов, проживающих в океане, по-прежнему недостаточно точно локализованы и недостаточно глубоко исследованы. Их устройство сложно и трудно для анализа. Они могут быстро развиваться в ответ на экологические изменения, и наряду с изменением во внешней среде они могут использоваться в качестве индикаторов таких изменений.
Достижения в области технологий наблюдения за океаном
Впервые будет развернут небольшой парк автономных подводных аппаратов большой дальности (LRAUV) для сбора и «архивирования» проб морской воды. Ученые из Университета Гавайских островов в Маноа (UH Mānoa) и Научно-исследовательского института аквариумов в Монтерей-Бей (MBARI) тестируют новые способы адаптивного отбора океанографических характеристик, таких как состав воды открытого океана, медленно перемещающейся через Тихий океан, в которой в зависимости от ее химического состава может обитать различный тип микроорганизмов.
Эдвард ДеЛонг и Дэвид Карл, преподаватели океанографии в UH Mānoa School of Ocean and Earth Science and Technology (SOEST) изучают микроорганизмы, обитающие в океане, в течение десятилетий. В феврале 2018 года инженеры ДеЛонг, Карл и MBARI завершили строительство и испытания трех новых автономных подводных аппаратов большой дальности, которые будут развернуты в гавайских водах.
Автономные аппараты, находясь в океане, будут собирать информацию о температуре воды, химическом ее составе и хлорофилле. Эти данные будут отправлены ученым на берег или на ближе находящиеся корабли. Подводные транспортные средства имеют встроенный процессор проб окружающей среды (ESP). ESP — это миниатюрная роботизированная лаборатория, которая собирает и сохраняет образцы морской воды в море, что позволяет исследователям фиксировать снимок генетического материала и белков организмов.
Встроенные процессоры проб окружающей среды были 15-летним проектом MBARI. Первоначальный образец был размером с 55 галлонный бак. Последнее третье поколение процессоров составляет 1/10 от первоначального размера, от 8 до 10 дюймов в диаметре. Они были специально разработаны для размещения внутри автономных подводных аппаратов большой дальности. Это позволяет научно-исследовательской группе открывать, отслеживать и пробовать открытые океанские водовороты на расстоянии более 100 километров в течение нескольких месяцев. Автономные подводные аппараты могут двигаться более 600 миль и использовать свое собственное контрольное оборудование для обнаружения и самостоятельного движения к важным океанографическим событиям, таким как цветения фитопланктона.
Экспедиция «Фалькор» на научно-исследовательском судне «Шмидтский океанический институт» (Schmidt Ocean Institute’s (SOI)) вышла 10 марта на первые испытания судов автономных подводных аппаратов. Исследовательская группа будет обнаруживать водовороты с использованием спутниковых данных и отправлять автономные подводные аппараты большой дальности для сбора образцов. ДНК будет извлекаться из фильтров, что даст информацию о длительности, стабильности и влиянии водоворотов на океаническую экосистему. Эти данные помогут улучшить модели океана, чтобы предсказать ожидания относительно будущего «здоровья океана».
