TEHNIKE UZORKOVANJA I PRIKUPLJANJA PODATAKA KOJE SE
PRIMJENJUJU U ISTRAŽIVANJU MORA
1
Fizikalno - kemijske osobine mora: temperatura, salinitet, tlak, vjetar
NEPOSREDNO Crpci (sonde) Drifteri ili posmični plovci Mjerne platforme - plutače poput Air-Sea Interaction Meteorology (ASIMET) CTD sonda ili Sonda za mjerenje Vodljivost vode – Temperature -Dubine STRUJOMJER (od Ekmanovog do modernih mehaničkih, akustičnih mjerenja)
2
POSREDNO: Daljinska mjerenja, satelitska oceanologija
3
Geofizička istraživanja
4
Magnetometar: mjeri magnetsko polje u oceanu tako što bilježi “magnetske trake” na dnu oceana
Seizmometar registrirappodmorske potrese
Metode istraživanja vezane za GEOLOGIJU MORA
POSREDNE i NEPOSREDNE metode
NEPOSREDNE METODE
A) Ronjenje (ograničenja?)
B) Uzorkovanja
C) Podmornice
5
1. Uzorkovanje: GRABILA, DREDŽE i “box-corer”
Razna grabila se spuštaju s broda dok ne dosegnu dno gdje sakupljaju uzorke. Na “čvrstom” dnu mreža (dređa), sastavljena od lanaca isprepletanih u mrežu, usitnjava stijene na dnu i moguće je uzorkovanje.
6
Sedimentne zamke i posmični plovci/drifteri:sakupljaju sedimente koji tonu
7
2. Uzorkovanje: Jezgrovanje (koreri/jezgrila)
Neporemećeni slijed sedimenta: cijevi se utiskuju u sediment kako bi uzeli potpuni slijed slojeva sedimenata na dnu.Klipno (piston), gravitacijsko
8
Uzorkovanje: jezgrovanje
Nekonsolidirana dna i dubine veće od 20 m
Prvi put primijenjen 1947. (B. Kullenberg)
9
10
11
Vibracijska sonda (Vibrocorer)
Nekonsolidirano dno (sediment) I utiskuje se 3-9 m duboko u sediment
12
3. Podmornice s ili bez posade
13
POSREDNE METODE
PDR, Precision depth recorder
Panoramski dubinomjer (Side-scan sonar) - topologija morskog dna
Seizmičko profiliranje
ROV i video snimanje
14
Mjerenje dubina - Batimetrija
Batimetrija je mjerenje oceanskih dubina i crtanje topografije oceanskog dna
Oceansko dno je razveden teren sastavljen od različitih struktura
Najranije metode određivanja dubine: koriste užad s utezima na jednom kraju(Posejdon 85. g. p. K.)
Prva mjerenja (čak 2000 godina) su bila primjenom olovnice (žica s utegom)
Mjeri se u fatomima (1 fatom= 1,8 m)
15
Važnost mjerenja dubina
Sigurna plovidba (nautičke karte)
Procjena volumena mora
Kontrola onečišćenja
Ribarstvo i eksploatacija mineralnih sirovina
Izgradnja podmorskih konstrukcija
Luke i dokovi (održavanje)
16
1. Mjerenje dubine
Ekspedicija Challenger (1872-1876) –početak sistematičnih batimetrijskih istraživanja Oceansko dno nije ravno – izražen reljef Dubinomjer ili Olovnica Njemački brod Meteor (1920te) – prvo pregledavanje uz korištenje zvučnih valova (sonara) Zvuk putuje vodom brže nego zrakom SONAR (Sound Navigation and Ranging) –ultrazvučni lokator ili zvučni radar ili dubinomjer
17
Davno, brodovi su isplovljavali i vršili ručno zvučno mjerenje (soniranje) s olovnicama i žicom ili a su uzduž obale radili profile i sonarimana mjerili dubine, te crtali karte!
EHOSONAR1. 1822. D. Colloden koristi podvodno zvono kako bi izračunao brzinu zvuka u vodi
2. 1906. L. Nixon patentira SONAR kojim otkriva sante leda. Ultrazvučni dubinomjer ili Eholot Zvučni se val šalje na morsko dno Osluškuje se kad će se vratiti. Koristi se formula za izračunavanje dubine. brzina = udaljenost*/vrijeme *Udaljenost koju zvuk prođe su dvije dubine (dolje /gore)
19
20
Mjerenje dubine (2)
Drugi svjetski rat – Američka vojska razvija tehnologiju SONARA
više o neprijatelju
više o oceanu
1950tih – 1960tih – jedan, fokusiran visokofrekventni, kratkovalni zvučni snop
Batimetrija “širokog snopa”
Zvuk se širi sve dok ne dosegne dno
dubina – „fuzzy” procjena
21
Jedan, fokusiran, visokofrekventni, kratkovalni zvučni snop
Mjerenje dubine (3)
1970’tih – revolucija u batimetrijskim istraživanjima. Uvodi se više-snopna zvučna tehnika Panoramski dubinomjer Više-snopni, fokusirani, visokofrekventni i kratkovalni zvukovi “usko-snopna” ili “više-snopna” mjerenja dubine Zvučni snop ostaje “uzak” i strogo usmjeren cijelo vrijeme na putu k dnu. Precizno mjerenje
22
Više-snopni, fokusirani, visokofrekventni i kratkovalni zvukovi
Signal se širi lepezasto pokrivajući dno u duljini koja je dva puta veća od dubine. Preciznost je 10 metara. Za svaku točku odaslanog zvuka, za vrijeme povratka stižu 120 puta uvećani podaci. Vrijeme vraćanja zvuka se pretvara u dubinu
23
24
Dobivanje više-snopnihpodataka izvrsne rezolucija je dugotrajan proces. Brod se sistematično kreće područjem pri čemu se trasa kretanja preklapa. Preklapanjem se podiže točnost i preciznost, a nedostaci izazvani npr. lošim vremenom se mogu nadomjestiti.
Metoda Sonara
Višesnopni
Bočni
Slika dna nastala primjenom višesnopnog sonara
Pokrivenost dna, gustoća podataka različitim metodama
Olovna žica Jedan snop Više snopova
1-2 103
zvukova po mjerenju
500 - 750 103
zvukovapo mjerenju
400,000 – 1,000,000 103
zvukova po mjerenju
27
Lasersko skeniranje iz zraka (Airborne Laser Scanning)
Fotogrametrija: ALS/LiDAR daljinska tehnologija koja mjeri udaljenost reflektirajućim laserskim svjetlom. LiDAR: LIght Detection and Ranging or Laser Imaging Detection and Ranging)• Razvijen 1960.• Moderni kompjutor, GPS uvelike pomogli razvoj i upotrebu.Loše strane: Nema detalja, nepreciznaslika dna, dugotrajni proces i skup kad se gleda veličina oceana
Satelitsko mjerenja dubine
Sateliti (Seasat, Geosat lansiran 1985.) mjere visinu površine mora. Udubljenja/ispupčenja su zbog razlike u gravitacije Površina mora oponaša površinu morskog dna Mjeri se vrijeme koje treba signalu odaslanom sa satelita da prođe kroz atmosferu, udari na površinu mora i vrati se na satelit Preciznost od 5 cm!
29
Izbočine i udoline na površini oceana rezultat su malihpromjena u zemljinom polju gravitacije. Veća gravitacijska privlačnost zbog velike planine na morskom dnu privlači stvara lokalnu izbočinu na površini oceana. Podmorski vulkan 2000 mvisok i radijusa od 20 km, pravi izbočenje koje se ne može vidjeti prostim okom jer je površina mora jako blago nagnuta.
Ova mala izbočenja i udoline na GEOIDU mogu se točno mjeriti pomoću satelita.
Karta morskog dna dobivena satelitskim i ultrazvučnim snimanjima
31
Prednost: velike površine , mjesta kojima brodom teško prilazimo, kako snima površinu mora koja je odraz konfiguracije morskog/oceanskog dna.
2. Seizmička istraživanja
Sezmička refleksija slična je radu sonara, koristi se veća energija. Kad odaslana energija udari na plohu koja je granična ploha između naslaga različite gustoće, dio se energije odbija. Mjeri se vrijeme koje je potrebno da se energija vrati Izračunava se dubina plohe. Brod koji se kreće može pratiti kontaktnu plohu na veće udaljenosti. Tehnika se primjenjuje za mjerenje struktura i debljine sedimenta na dnu.
32
33
Možemo koristiti sonar za kartiranje dna, ali kako ćemo doznati što se tamo zbiva?
Sonarna tehnologija vidi konsolidirane stijene.
Podmornice i kamere mogu samo male segment dna snimiti …
Kako onda istražujemo život na morskom dnu i na najvećim dubinama?
Kako smo pronašli hidrotermalne izvore?
3) Daljinski upravljane ronilice (ROV): snimanje sedimenti na dnu
35
BATIMETRIJA I TOPOGRAFIJA MORSKOG/OCEANSKOG DNA
Batimetrija: istraživanje dubina oceana i topografije oceanskog dna.
Batimetrijske slike otkrivaju osobine kontinetskog šelfa, pokazuju plićake i kanale.
Zaljev
Kanal
Plićak
Topografiju oceanskog dna oblikuju geološki procesi povezani s Tektonikom ploča. Na mjestima gdje se oceani šire nalazimo srednje-oceanske grebene Zone subdukcije su oceanski jarci, mjesta najvećih dubina-
Oceanske dubine i odgovarajuće ekološke zone
Abisalne ravnice
Abisalne ravnice su zaravljena ili blago nagnuta područja na oceanskom dnu. Leže između kontinenskog preloma i srednje-oceanskog grebena.
Debeli sloj sedimenta
šelf Abisalna ravnicaP r
Kontinentski rub
Abisalna brda
Brda na ocenskom dnu, različitih dijametara i visina, veći od brda na kopnu.
100-1000 m visoki, dijametar nekoliko km
Tanki sloj sedimenta .
Podmorske planine (Seamounts) su potopljeni vulkanski stošci koji se s dna izdižu više od 1000m
Morske planine mogu biti samostojeći ili su dio otočnih lukova ili su raspoređeni poput lanca (Havaji-Emperor Chain) Planine koje se uzdižu s oceanskog dna ali ne dosežu do površine oceana i nisu otoci.
Oceanski otoci
Jedan tip oceanskih otoka su oni na vulkanskimm otočnim lukovima.
Nataju iz vulkana tijekom tektonskih pokreta (podvlačenja ploče).
Atoli
Atoli su koraljni otoci koji potpuno
ili djelomično okružuju lagunu.
Darwinova teorija postanka atola
Vulkan izbija iznad površine ocean, tvori otok čije podmorske padine koloniziraju koralji
Koralja stvaraju greben oko otoka, otok tone a koralji nastavljaju rasti
Tonjenje se nastavlja, stvara se barijerni greben i laguna
Otok potone, a laguna je ograničena prstenom atola
47
Havajski otoci su nastali iz „vrućih točaka”
Vruće točke nastaju kad magma se uzdiže iz dubine PLAŠTA i probija se kroz oceansku koru, stvarajući otočni lanac. Magma se razlikuje od otočnih lukova jer dolazi iz dubine unutrašnjosti zemlje.
Giote
Giote ili “planine stolovi”, podmorska uzvišenja s ravnim vrhom. Ravni vrh je posljedica erozijskog djelovanja valova, vjetrai atmosferskih procesa.
Podmorska planina Vulkanski otok Erozija giota
Kontinentski šelf
Kontinetski šelf = kopno i obala; kopno tijekom glacijala (ledenog doba), pod morem za vrijeme interglacijala.
Kontinentska padina
Padina koja povezuje oceansko dno sa šelfom. Dio je kontinenta.
Kontinentski prelom
Blaga padina, glatke površne, nastala nakupljanjem sedimenta koji je nastao trošenjem kopna, a smješten između kontinentske padine I abislane ravnice.
Srednje-oceanski greben/hrpt
Najveće topografske strukture na Zemlji Podmorska planina koja ima dolinu , RIFT, koja se pruža duž grebena. Nastali tektonskim procesima, “trake” stijena slične starosti paralelnih s grebenom, a kako se udaljujemo od grebena “trake” su sve starije To je mjesto gdje se ocean širi, gdje bazaltna lava eruptira
Koliko se brzo širi oceansko dno?
Teoretski model formiranja magnetskih traka. Nova se oceanska kora stalno stvara na krijesti grebena, hladi i postaje sve starija kako se udaljavamo od kreste grebena sa širenjem oceanskog dna: a) mjesto širenja prije 5 milijuna godina; b) prije 2do 3 milijuna godina; c) danas.
Afrički dolina rifta je područje gdje se rađa novi centar širenja (pruža se od Libanona na sjeveru do Mozambika na jugu)
Podmorski kanjoni nastaju tijekom aktivne faze rubova ploča.
Kanjoni prenose terigeni sediment u more Kanjoni mogu biti potopljena riječne doline iz doba kad je razina mora bila nižal*Uski široki kontinentski šelfAktivna obala – uski šelfPasivna obala - širi šelf
Podmorski kanjoni
Podmorski kanjoni presijecaju šelf I padinu, nalikuju riječnim koritima na kopnu, a nastali su tijekom niske razine mora Nastali kretanjem sedimenta I mora: o tome svjedoče riplovi na dnu kao I lepezasti pojavljivanje sedimenta na završecima kanjona Izdubljeni turbiditnim strujama ili muljnim odronima koji erodira “vertikalne” strane gdje teče Kad dosegne dno, struja uspori, sediment odlaže
58
Dubokomorski kanjon, jarak
Dugačka, uska topografska depresija na oceanskom dnu.
Najdublji dijelovi oceana.
Hidrotermalni izvori
Pukotina na površini gdje geotermalnao zagrijana voda izbija na površinu.
Nalazimo ih blizu vulkana, mjesta gdje se tektonske ploče kreću, na oceanskom dnu i blizu VRUĆIH TOČAKA.
Presjek širenja oceanskog dna.Hidrotermalni izvori su u centru širenja, pukotine u kori su rasjedi putem kojim se kora preslaguje (adjustments to the crust occur).
Jedna od većih misterija tek čeka da se razjasni… Kako organizmi koloniziraju novi izvor?
Izvori su privremeni, nastaju, aktiviraju se i ugase, traju kratko
Kako se organizmi šire i koloniziraju na tisuće km velike prostore u dubokom oceanu ??????