M

MLOG

فارسی

کاوش در فناوری‌های پیشرفته که اکتشاف اقیانوس را متحول می‌کنند، از زیردریایی‌های اعماق دریا تا حسگرهای پیشرفته.

رونمایی از اعماق: راهنمای جامع فناوری کاوش اقیانوس

اقیانوس که بیش از 70٪ سیاره ما را پوشانده است، یکی از بزرگترین مرزهای زمینی باقی مانده زمین است. وسعت و عمق آن رازهای بی شماری را در خود جای داده است، از گونه های کشف نشده گرفته تا منابع ارزشمند و شگفتی های زمین شناسی. فناوری کاوش اقیانوس کلید گشودن این رازها، هدایت کشفیات علمی، مدیریت منابع و درک عمیق تر از سیستم های به هم پیوسته سیاره ما است. این راهنما مروری جامع بر فناوری هایی که کاوش مدرن اقیانوس را شکل می دهند، کاربردهای آنها و چالش های پیش رو ارائه می دهد.

چرا اقیانوس را کاوش کنیم؟

اکتشاف اقیانوس صرفاً یک تلاش علمی نیست؛ بلکه برای رسیدگی به برخی از فوری ترین چالش های جهان حیاتی است. این دلایل قانع کننده را در نظر بگیرید:

فناوری های کلیدی در کاوش اقیانوس

اکتشاف اقیانوس به طیف وسیعی از فناوری ها متکی است که هر کدام برای غلبه بر چالش های محیط دریایی طراحی شده اند. در اینجا برخی از مهمترین ها آورده شده است:

1. وسایل نقلیه زیر آب

وسایل نقلیه زیر آب دسترسی به اعماق اقیانوس را فراهم می کنند و به محققان اجازه می دهند تا محیط دریایی را مشاهده، نمونه برداری و با آن تعامل داشته باشند. این وسایل نقلیه به سه دسته اصلی تقسیم می شوند:

الف) وسایل نقلیه از راه دور (ROVs)

ROV ها وسایل نقلیه بدون سرنشین و متصل به کابل هستند که از یک کشتی سطحی از راه دور کنترل می شوند. آنها مجهز به دوربین ها، چراغ ها، حسگرها و بازوهای رباتیک هستند و به آنها اجازه می دهد طیف گسترده ای از وظایف را از نظرسنجی های بصری تا جمع آوری نمونه و استقرار تجهیزات انجام دهند.

مثال: ROV جیسون که توسط موسسه اقیانوس شناسی وودز هول (WHOI) اداره می شود، چشمه های آب گرم، لاشه کشتی ها (از جمله تایتانیک) و صخره های مرجانی اعماق دریا را در سراسر جهان کاوش کرده است. طراحی قوی و قابلیت های پیشرفته آن را به یک نیروی کار در کاوش در اعماق دریا تبدیل کرده است.

ب) وسایل نقلیه خودمختار زیر آب (AUVs)

AUV ها وسایل نقلیه بدون سرنشین و بدون کابل هستند که به طور مستقل عمل می کنند و ماموریت های از پیش برنامه ریزی شده را دنبال می کنند. آنها اغلب برای نقشه برداری، نظرسنجی و جمع آوری داده ها در مناطق وسیع استفاده می شوند. AUV ها می توانند برای مدت طولانی بدون دخالت انسان کار کنند و آنها را برای ماموریت های طولانی در مناطق دورافتاده ایده آل می کند.

مثال: گلایدر اسلوکام، نوعی AUV، به طور گسترده برای تحقیقات اقیانوس شناسی استفاده می شود. این گلایدرها از تغییرات شناوری برای حرکت در آب استفاده می کنند و داده هایی در مورد دما، شوری و سایر پارامترها جمع آوری می کنند. آنها در سراسر جهان، از قطب شمال تا قطب جنوب مستقر می شوند و بینش ارزشمندی در مورد دینامیک اقیانوس ارائه می دهند.

ج) وسایل نقلیه اشغال شده توسط انسان (HOVs)

HOV ها یا زیردریایی ها، وسایل نقلیه ای هستند که سرنشینان انسان را حمل می کنند و به محققان اجازه می دهند تا به طور مستقیم محیط اعماق دریا را مشاهده و با آن تعامل داشته باشند. در حالی که به دلیل هزینه و پیچیدگی بالاتر نسبت به ROV ها و AUV ها کمتر رایج هستند، HOV ها فرصت های منحصر به فردی برای کشفیات علمی ارائه می دهند.

مثال: زیردریایی آلوین که توسط WHOI نیز اداره می شود، ده ها سال است که برای کاوش در اعماق اقیانوس استفاده می شود. این زیردریایی در دهه 1970 در کشف چشمه های آب گرم نقش اساسی داشت و همچنان نقش حیاتی در تحقیقات دریایی ایفا می کند. فرصت مشاهده و دستکاری مستقیم نمونه ها توسط دانشمندان در محل، بینش های بی ارزشی را ارائه می دهد.

2. فناوری سونار

سونار (ناوبری و محدوده یابی صوتی) تکنیکی است که از امواج صوتی برای نقشه برداری از بستر دریا و تشخیص اشیاء در زیر آب استفاده می کند. این یک ابزار ضروری برای هیدروگرافی، زمین شناسی دریایی و باستان شناسی زیر آب است.

الف) سونار چند پرتو

سیستم های سونار چند پرتو چندین پرتو صوتی ساطع می کنند و نقشه های با وضوح بالا از بستر دریا ایجاد می کنند. این سیستم ها برای شناسایی عوارض زیر آب مانند کوه های دریایی، دره ها و لاشه کشتی ها استفاده می شوند.

مثال: سازمان ملی اقیانوسی و جوی (NOAA) به طور گسترده از سونار چند پرتو برای نقشه برداری از منطقه انحصاری اقتصادی (EEZ) ایالات متحده استفاده می کند. این نظرسنجی ها برای ناوبری، مدیریت منابع و درک زیستگاه های دریایی حیاتی هستند.

ب) سونار اسکن جانبی

سیستم های سونار اسکن جانبی یک حسگر را پشت یک کشتی می کشند و امواج صوتی را به هر دو طرف ساطع می کنند. این تصاویر از بستر دریا ایجاد می کند و جزئیات مربوط به بافت و ترکیب آن را نشان می دهد. سونار اسکن جانبی اغلب برای جستجوی لاشه کشتی ها، خطوط لوله و سایر اشیاء زیر آب استفاده می شود.

مثال: از سونار اسکن جانبی برای یافتن لاشه پرواز 447 ایرفرانس که در سال 2009 در اقیانوس اطلس سقوط کرد، استفاده شد. تصاویر ارائه شده توسط سونار برای شناسایی میدان آوار و بازیابی ضبط کننده های پرواز هواپیما حیاتی بود.

3. حسگرهای اقیانوس

حسگرهای اقیانوس برای اندازه گیری طیف وسیعی از پارامترهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی در اقیانوس استفاده می شوند. این حسگرها داده های ارزشمندی را برای درک فرآیندهای اقیانوسی و نظارت بر تغییرات محیطی ارائه می دهند.

الف) حسگرهای دما و شوری

دما و شوری خواص اساسی آب دریا هستند. حسگرهایی که این پارامترها را اندازه گیری می کنند برای مطالعه جریان های اقیانوسی، توده های آبی و تأثیر تغییرات آب و هوایی بر دمای اقیانوس استفاده می شوند.

مثال: حسگرهای هدایت، دما و عمق (CTD) به طور گسترده در تحقیقات اقیانوس شناسی استفاده می شوند. این ابزارها از کشتی های تحقیقاتی مستقر می شوند و پروفیل های عمودی دما، شوری و عمق را ارائه می دهند. داده های جمع آوری شده توسط CTD ها برای مطالعه لایه بندی اقیانوس، اختلاط و گردش خون استفاده می شود.

ب) حسگرهای شیمیایی

حسگرهای شیمیایی غلظت مواد مختلف در آب دریا، مانند اکسیژن، مواد مغذی و آلاینده ها را اندازه گیری می کنند. این حسگرها برای مطالعه اسیدی شدن اقیانوس، چرخه مواد مغذی و تأثیر آلودگی بر اکوسیستم های دریایی استفاده می شوند.

مثال: حسگرهایی که فشار جزئی دی اکسید کربن (pCO2) را اندازه گیری می کنند، برای مطالعه اسیدی شدن اقیانوس استفاده می شوند. این حسگرها بر روی کشتی های تحقیقاتی، لنگرگاه ها و وسایل نقلیه خودمختار مستقر می شوند و داده هایی در مورد جذب دی اکسید کربن توسط اقیانوس و تأثیر آن بر زندگی دریایی ارائه می دهند.

ج) حسگرهای بیولوژیکی

حسگرهای بیولوژیکی موجودات دریایی مانند پلانکتون ها، باکتری ها و ماهی ها را تشخیص داده و کمیت بندی می کنند. این حسگرها برای مطالعه شبکه های غذایی دریایی، تنوع زیستی و تأثیر تغییرات محیطی بر حیات دریایی استفاده می شوند.

مثال: فلوسایتومترها برای شمارش و شناسایی سلول های فیتوپلانکتون در آب دریا استفاده می شوند. این ابزارها داده هایی در مورد فراوانی، تنوع و وضعیت فیزیولوژیکی فیتوپلانکتون ها ارائه می دهند که برای مطالعه بهره وری اولیه دریایی و تأثیر تغییرات آب و هوایی بر جوامع فیتوپلانکتون استفاده می شود.

4. فناوری ماهواره ای

ماهواره ها دیدگاهی جهانی از شرایط اقیانوس ارائه می دهند و به محققان اجازه می دهند پدیده های در مقیاس بزرگ مانند جریان های اقیانوسی، دمای سطح دریا و وسعت یخ دریا را رصد کنند. داده های ماهواره ای برای درک نقش اقیانوس در سیستم آب و هوایی زمین ضروری است.

الف) پایش دمای سطح دریا (SST)

ماهواره های مجهز به حسگرهای مادون قرمز، دمای سطح دریا را اندازه گیری می کنند. این داده ها برای مطالعه جریان های اقیانوسی، نظارت بر رویدادهای ال نینو و لا نینا و ردیابی حرکت موجودات دریایی استفاده می شوند.

مثال: طیف سنج تصویربرداری با وضوح متوسط (MODIS) در ماهواره های Terra و Aqua ناسا، نقشه های روزانه جهانی دمای سطح دریا را ارائه می دهد. این داده ها توسط محققان در سراسر جهان برای مطالعه دینامیک اقیانوس و تأثیر تغییرات آب و هوایی بر اکوسیستم های دریایی استفاده می شود.

ب) پایش رنگ اقیانوس

ماهواره های مجهز به حسگرهای نور مرئی، رنگ اقیانوس را اندازه گیری می کنند. این داده ها برای تخمین غلظت فیتوپلانکتون، نظارت بر شکوفایی جلبکی و ردیابی حرکت رسوبات استفاده می شوند.

مثال: سیستم تابش سنج تصویربرداری مرئی مادون قرمز (VIIRS) در ماهواره Suomi NPP، داده هایی در مورد رنگ اقیانوس ارائه می دهد. این داده ها برای نظارت بر شکوفایی فیتوپلانکتون ها، ارزیابی کیفیت آب و ردیابی حرکت رسوبات در مناطق ساحلی استفاده می شود.

ج) ارتفاع سنجی

ارتفاع سنج های ماهواره ای ارتفاع سطح دریا را اندازه گیری می کنند. این داده ها برای مطالعه جریان های اقیانوسی، نظارت بر افزایش سطح دریا و ردیابی حرکت گرداب های اقیانوسی استفاده می شوند.

مثال: سری ماهواره های جیسون از سال 1992 اندازه گیری های مداومی از ارتفاع سطح دریا ارائه کرده است. این داده ها برای مطالعه جریان های اقیانوسی، نظارت بر افزایش سطح دریا و بهبود درک ما از دینامیک اقیانوس استفاده شده است.

5. فناوری های ارتباطی زیر آب

ارتباطات مؤثر برای هماهنگی فعالیت های کاوش اقیانوس و انتقال داده ها از وسایل نقلیه زیر آب به کشتی های سطحی حیاتی است. با این حال، امواج رادیویی به خوبی در آب منتقل نمی شوند، بنابراین روش های ارتباطی جایگزین مورد نیاز است.

الف) ارتباطات صوتی

ارتباطات صوتی از امواج صوتی برای انتقال داده ها در زیر آب استفاده می کند. این رایج ترین روش ارتباط زیر آب است، اما با سرعت صدا در آب و اثرات نویز و تضعیف سیگنال محدود می شود.

مثال: مودم های صوتی برای انتقال داده ها از AUV ها به کشتی های سطحی استفاده می شوند. این مودم ها داده ها را به امواج صوتی تبدیل می کنند که سپس از طریق آب منتقل می شوند. مودم گیرنده امواج صوتی را دوباره به داده ها تبدیل می کند.

ب) ارتباطات نوری

ارتباطات نوری از نور برای انتقال داده ها در زیر آب استفاده می کند. این روش نرخ داده بالاتری نسبت به ارتباطات صوتی ارائه می دهد، اما با جذب و پراکندگی نور در آب محدود می شود. ارتباطات نوری برای کاربردهای کوتاه برد در آب های شفاف مناسب تر است.

مثال: لیزرهای آبی-سبز برای ارتباطات نوری در زیر آب استفاده می شوند. این لیزرها نور را در طیف آبی-سبز ساطع می کنند که کمتر از رنگ های دیگر توسط آب جذب می شود. ارتباطات نوری برای کارهایی مانند پخش زنده ویدئو از ROV ها استفاده می شود.

ج) ارتباطات القایی

ارتباطات القایی از میدان های الکترومغناطیسی برای انتقال داده ها در زیر آب استفاده می کند. این روش برای ارتباطات کوتاه برد بین دستگاه های نزدیک به هم مؤثر است. این اغلب برای برقراری ارتباط با غواصان یا حسگرهای زیر آب استفاده می شود.

مثال: مودم های القایی برای برقراری ارتباط با غواصان با استفاده از سیستم های ارتباطی زیر آب استفاده می شوند. این سیستم ها به غواصان اجازه می دهند تا با یکدیگر و با تیم های پشتیبانی سطحی ارتباط برقرار کنند.

چالش ها در کاوش اقیانوس

علیرغم پیشرفت در فناوری کاوش اقیانوس، چالش های قابل توجهی باقی مانده است:

آینده کاوش اقیانوس

فناوری کاوش اقیانوس به طور مداوم در حال تحول است و با نیاز به غلبه بر چالش های محیط دریایی هدایت می شود. در اینجا برخی از روندهای کلیدی که آینده کاوش اقیانوس را شکل می دهند آورده شده است:

همکاری بین المللی در کاوش اقیانوس

کاوش اقیانوس یک تلاش جهانی است که نیازمند همکاری بین محققان، دولت ها و سازمان ها از سراسر جهان است. همکاری های بین المللی برای به اشتراک گذاری دانش، منابع و تخصص و برای رسیدگی به چالش های پیچیده کاوش اقیانوس ضروری است.

نمونه هایی از همکاری های بین المللی عبارتند از:

بینش های عملی برای علاقه مندان به کاوش اقیانوس

چه دانشجو، چه محقق و چه صرفاً علاقه مند به اقیانوس باشید، در اینجا بینش های عملی برای تعامل بیشتر با کاوش اقیانوس آورده شده است:

نتیجه

فناوری کاوش اقیانوس در حال تحول درک ما از اقیانوس و نقش آن در سیستم زمین است. از زیردریایی های اعماق دریا گرفته تا حسگرهای پیشرفته و فناوری ماهواره ای، این ابزارها به ما امکان می دهند تا اعماق اقیانوس را کاوش کنیم، رازهای آن را کشف کنیم و به برخی از فوری ترین چالش های جهان رسیدگی کنیم. با حمایت از تحقیقات، ترویج سواد اقیانوسی و پذیرش نوآوری، می توانیم اطمینان حاصل کنیم که نسل های آینده دارای دانش و ابزار لازم برای کاوش و محافظت از اقیانوس های سیاره ما هستند.