OCEÁNOGRAFIE: HISTORIE, OBOR, OBORY A VÝZKUM - VĚDA - 2025

Oceánografie je věda, která studuje oceány a moře v jejich fyzikální, chemické, geologické a biologické. Znalost oceánů a moří je nezbytná, protože podle přijatých teorií jsou moře středem původu života na Zemi.

Slovo oceánografie pochází z řeckých okeanos (voda, která obklopuje Zemi) a graphein (popis), a byl vytvořen v roce 1584. Používá se jako synonymum oceánografie (studium vodních útvarů), používané poprvé v roce 1864.

Oceánografické plavidlo a autonomní vozidlo, ve skotském Lorne. Zdroj: StifynTonna, z Wikimedia Commons

Začalo se vyvíjet ze starověkého Řecka prací Aristotela. Později, v 17. století, provedl Isaac Newton první oceánografické studie. Z těchto studií různí vědci významně přispěli k rozvoji oceánografie.

Oceánografie je rozdělena do čtyř hlavních oborů: fyzika, chemie, geologie a mořská biologie. Dohromady tyto obory studia umožňují komplexně řešit složitost oceánů.

Nejnovější výzkum v oceánografii se zaměřil na účinky globálních klimatických změn na dynamiku oceánů. Zajímavé bylo také studium ekosystémů přítomných v mořských zákopech.

Dějiny

Začátky

Od samého počátku má člověk vztah k moři a oceánům. Jeho první přístupy k pochopení mořského světa byly praktické a utilitární, protože to byl zdroj potravních a komunikačních kanálů.

Námořníci se zajímali o stanovení námořních cest pomocí vypracování navigačních map. Stejně tak na začátku oceánografie bylo velmi důležité znát pohyb mořských proudů.

V biologickém poli, již ve starověkém Řecku, popsal filozof Aristoteles 180 druhů mořských živočichů.

Některé z prvních oceánografických teoretických studií jsou způsobeny Newtonem (1687) a Laplaceem (1775), který studoval povrchové přílivy. Podobně, navigátoři takový jak Cook a Vancouver dělal důležitá vědecká pozorování na konci 18. století.

XIX století

Otec biologické oceánografie je považován za britského přírodovědce Edwarda Forbese (1815–1854). Tento autor byl první, kdo provedl průzkumy mořské bioty v různých hloubkách. Tak jsem byl schopen určit, že organismy byly na těchto úrovních distribuovány různě.

Mnoho dalších vědců té doby významně přispělo k oceánografii. Mezi nimi byl Charles Darwin první, kdo vysvětlil vznik atolů (korálových ostrovů), zatímco Benjamin Franklin a Louis Antoine de Bougainville přispěli k poznání mořských proudů v severním a jižním Atlantiku.

Mathew Fontaine Maury byl severoamerický vědec považovaný za otce fyzické oceánografie. Tento výzkumný pracovník byl první, kdo systematicky shromažďoval rozsáhlá data o oceánech. Jejich data byla získána hlavně z lodních navigačních záznamů.

Mathew Fontaine. Zdroj: Maury Brendann, přes Wikimedia Commons

Během tohoto období se začaly organizovat námořní výpravy pro vědecké účely. První z nich bylo to anglické lodi HMS Challenger, vedené skotem Charlesem Wyville Thomsonem. Tato loď plávala od roku 1872 do roku 1876 a výsledky v ní obsažené jsou obsaženy v díle o 50 objemech.

Dvacáté století

Během druhé světové války měla oceánografie velkou využitelnost při plánování mobilizace loďstev a přistání. Odtud přišel výzkum dynamiky vln, šíření zvuku ve vodě, pobřežní morfologie a dalších aspektů.

V roce 1957 byl oslaven Mezinárodní geofyzikální rok, který měl velký význam při podpoře oceánografických studií. Tato událost byla rozhodující pro podporu mezinárodní spolupráce při provádění oceánografických studií po celém světě.

V rámci této spolupráce byla v roce 1960 uskutečněna společná podmořská expedice mezi Švýcarskem a Spojenými státy; Bathyscaphe (malé hluboké potápěčské plavidlo) Trieste dosáhlo hloubky 10 916 metrů v příkopu Mariana.

Bathyscaphe Trieste. Zdroj: Viz stránka autora, prostřednictvím Wikimedia Commons.

Další důležitá podmořská expedice se uskutečnila v roce 1977 s ponořitelným Alvinem v USA. Tato expedice umožnila objevování a studium hlubinných hydrotermálních trávníků.

Konečně stojí za to zdůraznit roli velitele Jacques-Yves Cousteau při poznání a šíření oceánografie. Cousteau na mnoho let řídil francouzskou oceánografickou loď Calypso, kde se uskutečňovaly četné oceánografické expedice. Stejně tak v informativní oblasti byly natočeny různé dokumenty, které tvořily sérii nazvanou Jacques Cousteau pod názvem Svět pod vodou.

Obor studia

Studijní obor oceánografie zahrnuje všechny aspekty světových oceánů a moří, včetně pobřežních oblastí.

Oceány a moře jsou fyzikálně-chemická prostředí, ve kterých žije velká rozmanitost života. Představují vodní prostředí, které zabírá asi 70% povrchu planety. Voda a její rozšíření, plus astronomické a klimatické síly, které ji ovlivňují, určují její zvláštní vlastnosti.

Na planetě jsou tři velké oceány; Pacifik, Atlantik a Ind. Tyto oceány jsou vzájemně propojeny a oddělují velké kontinentální oblasti. Atlantik odděluje Asii a Evropu od Ameriky, zatímco Pacifik odděluje Asii a Oceánii od Ameriky. Indický oceán odděluje Afriku od Asie v oblasti poblíž Indie.

Oceánská pánve začínají na pobřeží spojeném s kontinentálním šelfem (ponořená část kontinentů). Plocha nástupiště dosahuje maximální hloubky 200 ma končí v prudkém svahu, který je spojen s mořským dnem.

Oceánské dno má hory s průměrnou výškou 2000 m (vyvýšeniny) a střední brázdu. Odtud pochází magma pocházející z astenosféry (vnitřní vrstva Země tvořená z viskózních materiálů), která je uložena a tvoří dno oceánu.

Pobočky oceánografie

Moderní oceánografie je rozdělena do čtyř studijních oborů. Mořské prostředí je však vysoce integrované, a proto oceánografové tyto oblasti spravují, aniž by se příliš specializovali.

Fyzikální oceánografie

Toto odvětví oceánografie studuje fyzikální a dynamické vlastnosti vody v oceánech a mořích. Jejím hlavním cílem je porozumět cirkulaci oceánu a způsobu distribuce tepla v těchto vodních útvarech.

Vezměte v úvahu aspekty, jako je teplota, slanost a hustota vody. Dalšími důležitými vlastnostmi jsou barva, světlo a šíření zvuku v oceánech a mořích.

Toto odvětví oceánografie také studuje interakci atmosférické dynamiky s vodními masami. Kromě toho zahrnuje pohyb oceánských proudů v různých měřítcích.

Chemická oceánografie

Studuje chemické složení mořských vod a sedimentů, základní chemické cykly a jejich interakce s atmosférou a litosférou. Na druhé straně se zabývá studiem změn vyvolaných přidáváním antropických látek.

Podobně chemická oceánografie zkoumá, jak chemické složení vody ovlivňuje fyzikální, geologické a biologické procesy oceánů. V konkrétním případě mořské biologie interpretuje, jak chemická dynamika ovlivňuje živé organismy (mořská biochemie).

Geologická oceánografie nebo mořská geologie

Tato větev je zodpovědná za studium oceánského substrátu, včetně jeho nejhlubších vrstev. Jsou řešeny dynamické procesy tohoto substrátu a jejich vliv na strukturu mořského dna a pobřeží.

Mořská geologie zkoumá mineralogické složení, strukturu a dynamiku různých oceánských vrstev, zejména těch, které se vztahují k podmořským vulkanickým činnostem a subdukčním jevům zapojeným do kontinentálního unášení.

Vyšetřování prováděná v této oblasti umožnila ověřit přístupy teorie kontinentálního driftu.

Na druhé straně má toto odvětví mimořádně relevantní praktickou aplikaci v moderním světě, protože má velký význam pro získávání nerostných zdrojů.

Studie geologického průzkumu mořského dna umožňují využívání pobřežních polí, zejména zemního plynu a ropy.

Biologická oceánografie nebo mořská biologie

Toto odvětví oceánografie studuje mořský život, a proto zahrnuje všechna odvětví biologie aplikovaná na mořské prostředí.

Pole mořské biologie studuje klasifikaci živých bytostí a jejich prostředí, jejich morfologii a fyziologii. Kromě toho bere v úvahu ekologické aspekty související s touto biodiverzitou s jejím fyzickým prostředím.

Korálový útes na Andamanských ostrovech (Indie) Ritiks, z Wikimedia Commons

Mořská biologie je rozdělena do čtyř větví podle oblasti moří a oceánů, které studujete. Tyto jsou:

• Pelagická oceánografie: zaměřuje se na studium ekosystémů přítomných na otevřených vodách daleko od kontinentálního šelfu.
• Neritická oceánografie: do úvahy se berou živé organismy přítomné v oblastech blízko pobřeží, v kontinentálním šelfu.
• Benthic oceánografie: odkazoval se na studium ekosystémů nalezených na povrchu mořského dna.
• Demersální oceánografie: studují se živé organismy, které žijí v blízkosti mořského dna v pobřežních oblastech a na kontinentálním šelfu. Předpokládá se maximální hloubka 500 m.

Nedávný výzkum

Fyzikální oceánografie a změna klimatu

Nedávný výzkum zahrnuje ty, které hodnotí dopady globálních klimatických změn na dynamiku oceánů. Například bylo zjištěno, že hlavní oceánský proudový systém (atlantický proud) mění svou dynamiku.

Je známo, že systém mořských proudů je generován rozdíly v hustotě vodních hmot, určovanými hlavně teplotními gradienty. Masy horké vody jsou tak lehčí a zůstávají v povrchových vrstvách, zatímco studené masy klesají.

V Atlantiku se masy teplé vody pohybují severně od Karibiku proudem Perského zálivu a jak se pohybují na sever, ochladzují a klesají a vracejí se na jih. Podle úvodníku časopisu Nature (556, 2018) se tento mechanismus zpomalil.

Navrhuje se, že zpomalení současného systému je způsobeno táním způsobeným globálním oteplováním. To způsobuje větší přísun čerstvé vody a mění se koncentrace solí a hustota vody, což ovlivňuje pohyb vodních hmot.

Tok proudu přispívá k regulaci světové teploty, distribuce živin a plynů a jejich změna má vážné důsledky pro planetární systém.

Chemická oceánografie

Jednou z linií výzkumu, která v současné době zaujímá pozornost oceánografů, je studium acidifikace moří, hlavně kvůli vlivu úrovně pH na mořský život.

Hladiny CO ₂ v atmosféře se v posledních letech výrazně zvýšily v důsledku vysoké spotřeby fosilních paliv různými lidskými činnostmi.

Tato CO ₂ rozpouští v mořské vodě, generování pokles pH oceánů. Okyselení oceánů negativně ovlivňuje přežití mnoha mořských druhů.

V roce 2016 provedli Albright a jeho kolegové první experiment okyselení oceánů v přírodním ekosystému. V tomto výzkumu bylo zjištěno, že acidifikace může snížit kalcifikaci korálů až o 34%.

Mořská geologie

Tato větev oceánografie zkoumala pohyb tektonických desek. Tyto desky jsou fragmenty litosféry (tuhá vnější vrstva zemského pláště), které se pohybují po astenosféře.

Nedávný výzkum Li a kolegů, publikovaný v roce 2018, ukázal, že velké tektonické desky mohou vznikat fúzí menších desek. Autoři dělají klasifikaci těchto mikrodestiček na základě jejich původu a studují dynamiku jejich pohybů.

Dále zjistí, že s velkými tektonickými deskami Země je spojeno velké množství mikrodestiček. Je naznačeno, že vztah mezi těmito dvěma typy desek může pomoci upevnit teorii kontinentálního driftu.

Biologická oceánografie nebo mořská biologie

V posledních letech byl jedním z nejvýraznějších objevů v mořské biologii přítomnost organismů v mořských zákopech. Jedna z těchto studií byla provedena na příkopu Galapágských ostrovů a ukázala složitý ekosystém, ve kterém je přítomno mnoho bezobratlých a bakterií (Yong-Jin 2006).

Mořské příkopy nemají vzhledem ke své hloubce (2 500 metrů nad mořem) přístup ke slunečnímu záření, takže trofický řetězec závisí na autotrofních chemosyntetických bakteriích. Tyto organismy opravit CO ₂ z sirovodík, získané z hydrotermálních průduchů.

Bylo zjištěno, že společenství makrobinců, kteří obývají hluboké vody, jsou velmi různorodí. Kromě toho se navrhuje, aby komprese těchto ekosystémů poskytla relevantní informace k objasnění původu života na planetě.

Reference

1. Albright a kol. (2017). Reverzní okyselení oceánu zvyšuje kalcifikaci korálového útesu. Nature 531: 362-365.
2. Caldeira K a ME Wickett (2003) Antropogenní uhlík a oceán pH. Nature 425: 365–365
3. Editor (2018) Sledujte oceán. Nature 556: 149
4. Lalli CM a TR Parsons (1997) Biological Oceanography. Úvod. Druhé vydání. Otevřená univerzita. ELSEVIER. Oxford, Velká Británie. 574 str.
5. Li S, Y Suo, X Lia, B Liu, L Dai, G Wang, J Zhou, Y Li, Y Liu, X Cao, I Somerville, D Mu, S Zhao, J Liu, F Meng, L Zhen, L Zhao, J Zhu, S Yu, Y Liu a G Zhang (2018) Mikrotitrační tektonika: nové poznatky z mikrobloků v globálních oceánech, kontinentální okraje a hluboký plášť Earth-Science Reviews 185: 1029–1064
6. Pickerd GL a WL Emery. (1990) Deskriptivní fyzikální oceánografie. Úvod. Páté rozšířené vydání. Pergamon Press. Oxford, Velká Británie. 551 str.
7. Riley JP a R Chester (1976). Chemická oceánografie. 2. vydání. Vol. 6. Academic Press. Londýn, Velká Británie. 391 str.
8. Wiebe PH a MC Benfield (2003) Z Hensenovy sítě k čtyřrozměrné biologické oceánografii. Pokrok v oceánografii. 56: 7–136.
9. Zamorano P a ME Hendrickx. (2007) Biocenóza a rozšíření hlubinných měkkýšů v mexickém Pacifiku: hodnocení pokroku. Str. 48-49. In: Ríos-Jara E, MC Esqueda-González a CM Galvín-Villa (ed.). Studie Malacology and Conchiliology v Mexiku. University of Guadalajara, Mexico.
10. Yong-Jin W (2006) Hlubokomorské hydrotermální průduchy: ekologie a vývoj J. Ecol Field Biol. 29: 175-183.