Ιστορία της ωκεανογραφίας, πεδίο σπουδών, κλάδους και παραδείγματα ερευνών

Το ωκεανογραφία είναι η επιστήμη που μελετά τους ωκεανούς και τις θάλασσες στις φυσικές, χημικές, γεωλογικές και βιολογικές πτυχές τους. Η γνώση των ωκεανών και των θαλασσών είναι θεμελιώδης, αφού σύμφωνα με τις αποδεκτές θεωρίες οι θάλασσες είναι το κέντρο προέλευσης της ζωής στη Γη.

Η λέξη ωκεανογραφία προέρχεται από την ελληνική okeanos (νερό που περιβάλλει τη γη) και graphein (περιγράψτε) και δημιουργήθηκε το 1584. Χρησιμοποιείται ως συνωνυμική ωκεανολογία (μελέτη υδάτων), που χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά το 1864.

Ξεκίνησε να αναπτύσσεται από την Αρχαία Ελλάδα με έργα του Αριστοτέλη. Στη συνέχεια, τον δέκατο έβδομο αιώνα ο Isaac Newton έκανε τις πρώτες ωκεανογραφικές μελέτες. Από αυτές τις μελέτες, αρκετοί ερευνητές συνέβαλαν σημαντικά στην ανάπτυξη της ωκεανογραφίας.

Η ωκεανογραφία χωρίζεται σε τέσσερις κύριους κλάδους της μελέτης: φυσική, χημεία, γεωλογία και θαλάσσια βιολογία. Συνολικά, οι κλάδοι μελέτης μας επιτρέπουν να αντιμετωπίσουμε διεξοδικά την πολυπλοκότητα των ωκεανών.

Η πιο πρόσφατη έρευνα στον τομέα της ωκεανογραφίας εστιάστηκε στις επιπτώσεις της παγκόσμιας αλλαγής του κλίματος στη δυναμική των ωκεανών. Επίσης, η μελέτη των οικοσυστημάτων που υπάρχουν στα θαλάσσια κοιλώματα έχει ενδιαφέρον.

Ευρετήριο

• 1 Ιστορία
  • 1.1 Οι αρχές
  • 1.2 19ος αιώνας
  • 1.3 20ος αιώνας
• 2 Τομέας σπουδών
• 3 Υποκαταστήματα ωκεανογραφίας
  • 3.1 Φυσική ωκεανογραφία
  • 3.2 Χημική ωκεανογραφία
  • 3.3 Γεωλογική ωκεανογραφία ή θαλάσσια γεωλογία
  • 3.4 Βιολογική ωκεανογραφία ή θαλάσσια βιολογία
• 4 Πρόσφατες έρευνες
  • 4.1 Φυσική ωκεανογραφία και κλιματική αλλαγή
  • 4.2 Χημική ωκεανογραφία
  • 4.3 Θαλάσσια γεωλογία
  • 4.4 Βιολογική ωκεανογραφία ή θαλάσσια βιολογία
• 5 Αναφορές

Ιστορία

Οι αρχές

Από την ίδια της την προέλευση, ο άνθρωπος έχει σχέση με τις θάλασσες και τους ωκεανούς. Οι πρώτες του προσεγγίσεις στην κατανόηση του θαλάσσιου κόσμου ήταν πρακτικές και χρηστικές, επειδή ήταν πηγή τροφής και μέσα επικοινωνίας.

Οι ναυτικοί ενδιαφέρονται να καθορίσουν τις θαλάσσιες διαδρομές μέσω της σύνταξης διαγραμμάτων πλοήγησης. Επίσης, στην αρχή της ωκεανογραφίας ήταν πολύ σημαντικό να γνωρίζουμε την κίνηση των θαλάσσιων ρευμάτων.

Στο βιολογικό πεδίο, ήδη στην Αρχαία Ελλάδα, ο φιλόσοφος Αριστοτέλης περιέγραψε 180 είδη θαλάσσιων ζώων.

Μερικές από τις πρώτες θεωρητικές ωκεανογραφικές μελέτες οφείλονται στους Newton (1687) και Laplace (1775), που μελέτησαν τις παλίρροιες της επιφάνειας. Ομοίως, πλοηγούς όπως ο Κουκ και το Βανκούβερ έκαναν σημαντικές επιστημονικές παρατηρήσεις στα τέλη του 18ου αιώνα.

19ος αιώνας

Θεωρείται ότι ο πατέρας της βιολογικής ωκεανογραφίας ήταν ο Βρετανός φυσιοδίφης Edward Forbes (1815-1854). Αυτός ο συγγραφέας ήταν ο πρώτος που πραγματοποίησε δειγματοληψίες θαλάσσιων βιοτόπων σε διαφορετικά επίπεδα βάθους. Έτσι, μπορώ να διαπιστώσω ότι οι οργανισμοί διανεμήθηκαν διαφορετικά σε αυτά τα επίπεδα.

Πολλοί άλλοι επιστήμονες της εποχής συνέβαλαν σημαντικά στην ωκεανογραφία. Μεταξύ αυτών, ο Κάρολος Δαρβίνος ήταν ο πρώτος για να εξηγήσει πώς προήλθε οι ατόλες (κοραλλιογενείς ωκεάνια νησιά), ενώ ο Βενιαμίν Φραγκλίνος και ο Louis Antoine de Bougainville συνέβαλε στη γνώση των ωκεάνιων ρευμάτων στον Βόρειο Ατλαντικό και τη Νότια αντίστοιχα.

Ο Mathew Fontaine Maury ήταν βορειοαμερικανός επιστήμονας που θεωρούσε τον πατέρα της φυσικής ωκεανογραφίας. Αυτός ο ερευνητής ήταν ο πρώτος που συλλέγει συστηματικά και σε μεγάλη κλίμακα δεδομένα για τα ωκεακά. Τα στοιχεία τους αποκτήθηκαν κυρίως από τα αρχεία πλοήγησης του πλοίου.

Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, άρχισαν να διοργανώνονται θαλάσσιες αποστολές για επιστημονικούς σκοπούς. Το πρώτο ήταν το αγγλικό πλοίο H.M.S. Challenger, με επικεφαλής τον σκωτσέζικο Charles Wyville Thomson. Το σκάφος αυτό έφτασε από το 1872 έως το 1876 και τα αποτελέσματα που αποκτήθηκαν περιέχονται σε ένα έργο 50 τόμων.

20ος αιώνας

Κατά τη διάρκεια του Δευτέρου Παγκοσμίου Πολέμου, η ωκεανογραφία είχε μεγάλη δυνατότητα εφαρμογής για τον προγραμματισμό της κινητοποίησης στόλων και προσγειώσεων. Από αυτό προέκυψαν έρευνες για τη δυναμική της διογκώσεως, την διάδοση του ήχου στο νερό, την παράκτια μορφολογία, μεταξύ άλλων.

Το 1957 γιορτάστηκε το Διεθνές Γεωφυσικό Έτος, το οποίο είχε μεγάλη σημασία στην προώθηση των ωκεανογραφικών μελετών. Η εκδήλωση αυτή ήταν ζωτικής σημασίας για την προώθηση της διεθνούς συνεργασίας στη διεξαγωγή ωκεανογραφικών μελετών παγκοσμίως.

Στο πλαίσιο αυτής της συνεργασίας, διεξήχθη μια κοινή υποθαλάσσια εκστρατεία μεταξύ Ελβετίας και Ηνωμένων Πολιτειών το 1960, το bathyscaphe (μικρό σκάφος βαθιάς εμβάπτισης) Τεργέστη έφτασε το βάθος των 10.916 μέτρων στους τάφους των Μαριάνων.

Μια άλλη σημαντική υποθαλάσσια εκστρατεία πραγματοποιήθηκε το 1977 με το υποβρύχιο Αλβιν, των Ηνωμένων Πολιτειών. Αυτή η αποστολή επέτρεψε να ανακαλύψουν και να μελετήσουν τα υδροθερμικά λιβάδια βαθέων υδάτων.

Τέλος, αξίζει να σημειωθεί ο ρόλος του διοικητή Jacques-Yves Cousteau στη γνώση και τη διάδοση της ωκεανογραφίας. Το Cousteau μετέτρεψε για πολλά χρόνια το γαλλικό ωκεανογραφικό σκάφος Calypso, όπου έγιναν πολλές ωκεανογραφικές αποστολές. Επίσης, στον ενημερωτικό χώρο έγιναν διάφορα ντοκιμαντέρ που κατέγραψαν τη σειρά γνωστή ως Ο υποβρύχιος κόσμος του Ζακ Κούστεου.

Τομέας σπουδών

Το πεδίο μελέτης της ωκεανογραφίας καλύπτει όλες τις πτυχές που σχετίζονται με τους ωκεανούς και τις θάλασσες του κόσμου, συμπεριλαμβανομένων των παράκτιων περιοχών.

Οι ωκεανοί και οι θάλασσες είναι φυσικοχημικά περιβάλλοντα που φιλοξενούν μια μεγάλη ποικιλία ζωής. Αντιπροσωπεύουν ένα υδάτινο περιβάλλον που καταλαμβάνει περίπου το 70% της επιφάνειας του πλανήτη. Το νερό και η επέκτασή του, καθώς και οι αστρονομικές και κλιματολογικές δυνάμεις που τον επηρεάζουν, καθορίζουν τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του.

Υπάρχουν τρεις μεγάλοι ωκεανοί στον πλανήτη. τον Ειρηνικό, τον Ατλαντικό και τον Ινδικό. Αυτοί οι ωκεανοί είναι διασυνδεδεμένοι και ξεχωριστές μεγάλες ηπειρωτικές περιοχές. Ο Ατλαντικός χώρος χωρίζει την Ασία και την Ευρώπη από την Αμερική, ενώ ο Ειρηνικός χωρίζει την Ασία και την Ωκεανία από την Αμερική. Ο Ινδός χωρίζει την Αφρική από την Ασία στην περιοχή κοντά στην Ινδία.

Οι θαλάσσιες λεκάνες αρχίζουν στις ακτές που συνδέονται με την υφαλοκρηπίδα (βυθισμένο τμήμα των ηπείρων). Η επιφάνεια της πλατφόρμας φτάνει τα μέγιστα βάθη των 200 μέτρων και καταλήγει σε απότομη κλίση που συνδέεται με τον βυθό της θάλασσας.

Ο πυθμένας των ωκεανών έχει βουνά με μέσο ύψος 2000 μ. (Θαλάσσιες κορυφογραμμές) και κεντρικό αυλάκι. Από εδώ το μάγμα προέρχεται από την αστενόσφαιρα (εσωτερικό στρώμα γης που σχηματίζεται από ιξώδη υλικά), το οποίο κατακάγει και σχηματίζει το ωκεάνιο δάπεδο.

Ωκεανογραφικά κλαδιά

Η σύγχρονη ωκεανογραφία υποδιαιρείται σε τέσσερις κλάδους της μελέτης. Ωστόσο, το θαλάσσιο περιβάλλον είναι ιδιαίτερα ενοποιημένο και επομένως οι ωκεανογράφοι διαχειρίζονται αυτές τις περιοχές χωρίς να έχουν υπερβολική εξειδίκευση.

Φυσική ωκεανογραφία

Αυτός ο κλάδος της ωκεανογραφίας μελετά τις φυσικές και δυναμικές ιδιότητες του νερού στους ωκεανούς και τις θάλασσες. Κύριος στόχος του είναι να κατανοήσει την κυκλοφορία των ωκεανών και τον τρόπο με τον οποίο κατανέμεται θερμότητα σε αυτά τα υδατικά συστήματα.

Λάβετε υπόψη πτυχές όπως η θερμοκρασία, η αλατότητα, η πυκνότητα του νερού. Άλλες σχετικές ιδιότητες είναι το χρώμα, το φως και η διάδοση του ήχου στους ωκεανούς και τις θάλασσες.

Αυτός ο κλάδος ωκεανογραφίας μελετά επίσης την αλληλεπίδραση της ατμοσφαιρικής δυναμικής με τις μάζες του νερού. Επιπλέον, περιλαμβάνει τη μετακίνηση θαλάσσιων ρευμάτων σε διαφορετικές κλίμακες.

Χημική ωκεανογραφία

Μελετά τη χημική σύνθεση των θαλάσσιων υδάτων και ιζημάτων, τους βασικούς χημικούς κύκλους και τις αλληλεπιδράσεις τους με την ατμόσφαιρα και τη λιθόσφαιρα. Από την άλλη πλευρά, ασχολείται με τη μελέτη των αλλαγών που προκαλούνται από την προσθήκη ανθρωπογόνων ουσιών.

Επιπλέον, η χημική ωκεανογραφία μελετά πώς η χημική σύνθεση του νερού επηρεάζει τις φυσικές, γεωλογικές και βιολογικές διεργασίες των ωκεανών. Στη συγκεκριμένη περίπτωση της θαλάσσιας βιολογίας, ερμηνεύει πώς η χημική δυναμική επηρεάζει τους ζώντες οργανισμούς (θαλάσσια βιοχημεία).

Γεωλογική ωκεανογραφία ή θαλάσσια γεωλογία

Ο κλάδος αυτός είναι υπεύθυνος για τη μελέτη του ωκεάνιου υποστρώματος, συμπεριλαμβανομένων των βαθύτερων στρωμάτων του. Αναλύονται οι δυναμικές διεργασίες αυτού του υποστρώματος και η επίδρασή του στη δομή του βυθού και των ακτών.

Marine γεωλογία διερευνάται η ορυκτολογική σύσταση, δομή και τη δυναμική των διαφορετικών στρωμάτων του ωκεανού, ειδικά σε σχέση με τις υποθαλάσσιες ηφαιστειακές δραστηριότητες και φαινομένων που εμπλέκονται στην καταβύθισης των ηπείρων.

Οι έρευνες που έγιναν στον τομέα αυτό επέτρεψαν να επαληθευτούν οι προσεγγίσεις της θεωρίας της ηπειρωτικής ολίσθησης.

Από την άλλη πλευρά, αυτός ο κλάδος έχει μια ιδιαίτερα σχετική πρακτική εφαρμογή στον σύγχρονο κόσμο, λόγω της μεγάλης σημασίας που έχει για την απόκτηση ορυκτών πόρων..

Οι μελέτες γεωλογικής αναζήτησης στο βυθό της θάλασσας επιτρέπουν την εκμετάλλευση των υπεράκτιων κοιτασμάτων, ιδίως του φυσικού αερίου και του πετρελαίου.

Βιολογική ωκεανογραφία ή θαλάσσια βιολογία

Αυτός ο κλάδος της ωκεανογραφίας μελετά τη θαλάσσια ζωή, έτσι ώστε να καλύπτει όλους τους κλάδους της βιολογίας που εφαρμόζονται στο θαλάσσιο περιβάλλον.

Το πεδίο της θαλάσσιας βιολογίας μελετά τόσο την ταξινόμηση των ζωντανών όντων και των περιβαλλόντων τους, τη μορφολογία και τη φυσιολογία τους. Επιπλέον, λαμβάνει υπόψη τις οικολογικές πτυχές που σχετίζονται με τη βιοποικιλότητα στο φυσικό της περιβάλλον.

Η θαλάσσια βιολογία χωρίζεται σε τέσσερις κλάδους ανάλογα με την περιοχή των θαλασσών και των ωκεανών που μελετά. Αυτά είναι:

• Πελαγική ωκεανογραφία: επικεντρώνεται στη μελέτη των οικοσυστημάτων που βρίσκονται σε ανοικτά ύδατα, μακριά από την ηπειρωτική υφαλοκρηπίδα.
• Νηρητική ωκεανογραφία: λαμβάνονται υπόψη οι ζώντες οργανισμοί που βρίσκονται σε περιοχές κοντά στην ακτή, στην υφαλοκρηπίδα.
• Βενθική ωκεανογραφία: αναφέρεται στη μελέτη των οικοσυστημάτων που βρέθηκαν στην επιφάνεια του θαλάσσιου βυθού.
• Βυθούσα ωκεανογραφία: μελετούν οι ζωντανοί οργανισμοί που ζουν κοντά στον βυθό της θάλασσας στις παράκτιες περιοχές και στην υφαλοκρηπίδα. Προβλέπεται μέγιστο βάθος 500 μέτρων.

Πρόσφατες έρευνες

Φυσική ωκεανογραφία και κλιματική αλλαγή

Πρόσφατες έρευνες υπογραμμίζουν εκείνες που αξιολογούν τις επιπτώσεις της παγκόσμιας αλλαγής του κλίματος στη δυναμική των ωκεανών. Για παράδειγμα, έχει αποδειχθεί ότι το κύριο σύστημα των ρευμάτων των ωκεανών (το Ατλαντικό ρεύμα) μεταβάλλει τη δυναμική του.

Είναι γνωστό ότι το σύστημα θαλάσσιων ρευμάτων παράγεται από διαφορές πυκνότητας των μαζών νερού, που καθορίζονται κυρίως από διακυμάνσεις θερμοκρασίας. Έτσι, οι μάζες του ζεστού νερού είναι ελαφρύτερες και παραμένουν στα επιφανειακά στρώματα, ενώ οι ψυχρές μάζες βυθίζονται.

Στον Ατλαντικό, οι μάζες ζεστό νερό κινείται βόρεια από την Καραϊβική και το Ρεύμα του Κόλπου καθώς κινούνται βόρεια δροσερό και νεροχύτη, επιστρέφοντας νότια. Όπως αναφέρει το άρθρο του περιοδικού Φύση (556, 2018), ο μηχανισμός αυτός έχει γίνει πιο αργός.

Υποστηρίζεται ότι η επιβράδυνση του σημερινού συστήματος οφείλεται στην τήξη που προκαλείται από την υπερθέρμανση του πλανήτη. Αυτό προκαλεί μεγαλύτερη συνεισφορά γλυκού νερού και μεταβάλλεται η συγκέντρωση των αλάτων και η πυκνότητα του νερού, επηρεάζοντας την κίνηση των μαζών νερού.

Η ροή των ρευμάτων συμβάλλει στη ρύθμιση της παγκόσμιας θερμοκρασίας, της κατανομής των θρεπτικών ουσιών και των αερίων και η αλλοίωση της έχει σοβαρές συνέπειες για το πλανητικό σύστημα.

Χημική ωκεανογραφία

Μία από τις γραμμές της έρευνας που κατέχει σήμερα την προσοχή της ωκεανογράφοι είναι η μελέτη της οξίνισης των ωκεανών, κυρίως λόγω της επίδρασης του επιπέδου pH στη θαλάσσια ζωή.

CO επίπεδα₂ στην ατμόσφαιρα έχουν αυξηθεί απότομα τα τελευταία χρόνια λόγω της μεγάλης κατανάλωσης ορυκτών καυσίμων από διάφορες ανθρώπινες δραστηριότητες.

Αυτό το CO₂ διαλύεται στο θαλασσινό νερό, προκαλώντας μείωση του pH των ωκεανών. Η οξίνιση των ωκεανών επηρεάζει αρνητικά την επιβίωση πολλών θαλάσσιων ειδών.

Το 2016, ο Albright και οι συνεργάτες του διεξήγαγαν το πρώτο πείραμα οξίνισης του ωκεανού σε ένα φυσικό οικοσύστημα. Σε αυτή την έρευνα αποδείχθηκε ότι η οξίνιση μπορεί να μειώσει την ασβεστοποίηση των κοραλλιών έως και 34%.

Θαλάσσια γεωλογία

Σε αυτόν τον κλάδο της ωκεανογραφίας, έχει διερευνηθεί η κίνηση των τεκτονικών πλακών. Αυτές οι πλάκες είναι θραύσματα λιθόσφαιρας (εξωτερική και άκαμπτη στρώση του μανδύα της Γης) που κινούνται στην ασηνόσφαιρα.

Μια πρόσφατη έρευνα, που διεξήχθη από τον Λι και συνεργάτες, που δημοσιεύθηκε το 2018, διαπίστωσε ότι μεγάλες τεκτονικές πλάκες μπορούν να προέρχονται από σύντηξη μικρότερων πλακών. Οι συγγραφείς κάνουν μια ταξινόμηση αυτών των μικροπλακών με βάση την προέλευσή τους και μελετούν τη δυναμική των κινήσεων τους.

Επιπλέον, διαπιστώνουν ότι υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός μικροπλακών που συνδέονται με τις μεγάλες τεκτονικές πλάκες της Γης. Υποδεικνύεται ότι η σχέση μεταξύ αυτών των δύο τύπων πλακών μπορεί να βοηθήσει στην εδραίωση της θεωρίας της ηπειρωτικής ολίσθησης.

Βιολογική ωκεανογραφία ή θαλάσσια βιολογία

Τα τελευταία χρόνια, μια από τις πιο εντυπωσιακές ανακαλύψεις της θαλάσσιας βιολογίας ήταν η παρουσία οργανισμών σε θαλάσσια κοιλώματα. Μια τέτοια μελέτη διεξήχθη στο λάκκο των νησιών Γκαλαπάγκος, που δείχνει ένα πολύπλοκο οικοσύστημα, όπου παρουσιάζονται πολλά ασπόνδυλα και βακτήρια (Yong-Jin 2006).

Οι τάφροι δεν έχουν πρόσβαση στο φως του ήλιου λόγω βάθους του (2.500 μέτρα), έτσι ώστε η αλυσίδα τροφίμων εξαρτάται από chemosynthetic αυτότροφων βακτηριδίων. Αυτοί οι οργανισμοί καθορίζουν CO₂ από υδρόθειο που λαμβάνεται από υδροθερμικές οπές.

Έχει ανακαλυφθεί ότι οι κοινότητες των μακροσπονδύλων που κατοικούν στα βαθιά νερά είναι πολύ διαφορετικές. Επιπλέον, προτείνεται ότι η κατανόηση αυτών των οικοσυστημάτων θα παρέχει σχετικές πληροφορίες για την αποσαφήνιση της προέλευσης της ζωής στον πλανήτη.

Αναφορές

1. Albright και συνεργάτες. (2017). Η αναστροφή της οξίνισης των ωκεανών ενισχύει την ασβεστοποίηση των κοραλλιογενών υφάλων. Nature 531: 362-365.
2. Caldeira K και ME Wickett (2003) Ανθρωπογενές ρΗ άνθρακα και ωκεανών. Nature 425: 365-365
3. Editorial (2018) Παρακολουθήστε τον ωκεανό. Nature 556: 149
4. Lalli CM και TR Parsons (1997) Βιολογική ωκεανογραφία. Εισαγωγή. Δεύτερη έκδοση. Το Ανοιχτό Πανεπιστήμιο. ELSEVIER Oxford, Ηνωμένο Βασίλειο. 574 σελ.
5. Li S, και Suo, Χ Λία, Β Liu, L Dai, G Wang, J Zhou, Υ Li, και Liu, Χ Cao, Ι Somerville, D Mu, S Zhao, J Liu, F Meng, L Zhen, L Zhao Ο Zhu J, S Yu, Liu και Zhang G (2018) τεκτονική μικροπλάκας: νέα στοιχεία που προέκυψαν από μικρο-μονάδες στο σύνολο των ωκεανών, την ηπειρωτική περιθώρια και βαθιά μανδύα της Γης Επιστήμη Κριτικές 185: 1029-1064
6. Pickerd GL και WL Emery. (1990) Περιγραφική φυσική ωκεανογραφία. Εισαγωγή. Πέμπτη διευρυμένη έκδοση. Pergamon Press. Oxford, Ηνωμένο Βασίλειο. 551 σ.
7. Riley JP και R Chester (1976). Χημική ωκεανογραφία. 2η έκδοση. Τόμος 6. Academic Press. Λονδίνο, Ηνωμένο Βασίλειο. 391 σελ.
8. Wiebe PH και MC Benfield (2003) Από το καθαρό Hensen έως την τετραδιάστατη βιολογική ωκεανογραφία. Πρόοδος στην ωκεανογραφία. 56: 7-136.
9. Zamorano Ρ και ME Hendrickx. (2007) Βιοεκτίμηση και διανομή μακρόπτερων μαλακίων στον Μεξικάνικο Ειρηνικό: αξιολόγηση της προόδου. Pp. 48-49. Στο: Ríos-Jara Ε, MC Esqueda-González και CM Galvín-Villa (eds.). Μελέτες σχετικά με τη μαλακτολογία και την κονγιολογία στο Μεξικό. Πανεπιστήμιο της Γκουανταλαχάρα, Μεξικό.
10. Yong-Jin W (2006) Υδροθερμικοί αεραγωγοί βαθιάς θάλασσας: οικολογία και εξέλιξη J. Ecol Field ΒίοΙ 29: 175-183.