OKEANOGRAFIA: HISTORIA, OPINTOALA, HAARAT JA TUTKIMUS - TIEDE - 2026

Merentutkimus on ala, jolla tutkitaan valtamerten ja merten niiden fysikaaliset, kemialliset, geologiset ja biologiset. Valtamerten ja merien tuntemus on välttämätöntä, koska hyväksyttyjen teorioiden mukaan meri on maapallon elämän lähtökohta.

Sana valtameri tulee kreikkalaisista okeanoista (vesi, joka ympäröi maata) ja grafeiinista (kuvaile), ja se on keksi vuonna 1584. Sitä käytetään synonyyminä okeanologia (vesistöjen tutkimus), jota käytettiin ensimmäistä kertaa vuonna 1864.

Oceanografinen alus ja autonominen ajoneuvo Lornessa, Skotlannissa. Lähde: StifynTonna, Wikimedia Commonsista

Se alkoi kehittyä antiikin Kreikasta Aristoteleen teoksilla. Myöhemmin, 1700-luvulla, Isaac Newton suoritti ensimmäiset meritutkimukset. Näistä tutkimuksista useat tutkijat ovat antaneet merkittävän panoksen merentutkimuksen kehittämiseen.

Okeanografia on jaettu neljään pääoppimiseen: fysiikka, kemia, geologia ja meribiologia. Yhdessä nämä tutkimusalat antavat mahdollisuuden käsitellä kattavasti valtamerten monimutkaisuutta.

Viimeisimmässä merentutkimuksen tutkimuksessa on keskitytty globaalin ilmastomuutoksen vaikutuksiin valtamerten dynamiikkaan. Samoin merikatoissa esiintyvien ekosysteemien tutkimus on ollut kiinnostavaa.

Historia

Alkuja

Ihmisellä on alusta alkaen ollut suhde meriin ja valtameriin. Hänen ensimmäiset lähestymistapansa merimaailman ymmärtämiseen olivat käytännöllisiä ja utilitaarisia, koska se oli lähde ruoalle ja viestintäkanaville.

Merimiehet olivat kiinnostuneita merireittien vahvistamisesta suunnistuskarttojen laatimisen avulla. Samoin merentutkimuksen alussa oli suurta merkitystä tietää merivirtojen liikkuminen.

Biologisella alalla, jo antiikin Kreikassa, filosofi Aristoteles kuvasi 180 merieläinlajia.

Jotkut ensimmäisistä valtameriteoreettisista tutkimuksista johtuvat Newtonista (1687) ja Laplaceista (1775), jotka tutkivat pintavuorovesiä. Samoin navigaattorit, kuten Cook ja Vancouver, tekivät tärkeitä tieteellisiä havaintoja 1800-luvun lopulla.

XIX luvulla

Biologisen valtameren isänä pidetään brittiläistä luonnontieteilijää Edward Forbesia (1815-1854). Tämä kirjoittaja teki ensimmäisenä meritutkimuksia eri syvyyksillä. Näin pystyin määrittämään, että organismit jakautuivat eri tavoin näillä tasoilla.

Monet muut tuollaiset tutkijat antoivat merkittävän panoksen meriografiaan. Näistä Charles Darwin selitti ensimmäisenä atollien (korallisten valtamerten saarten) alkuperän, kun taas Benjamin Franklin ja Louis Antoine de Bougainville auttoivat tuntemaan Pohjois-Atlantin ja Etelä-Atlantin merivirrat.

Mathew Fontaine Maury oli pohjoisamerikkalainen tutkija, jota pidettiin fyysisen valtameren isänä. Tämä tutkija oli ensimmäinen, joka keräsi systemaattisesti laajamittaista meritietoa. Heidän tiedot saatiin pääasiassa aluksen navigointitiedoista.

Mathew Fontaine. Lähde: Maury Brendann, Wikimedia Commonsin kautta

Tänä aikana merellisiä retkikuntia alettiin järjestää tieteellisiin tarkoituksiin. Ensimmäinen niistä oli skotlantilaisen Charles Wyville Thomsonin johtama englantilainen alus HMS Challenger. Tämä alus purjehti vuosina 1872 - 1876, ja siitä saadut tulokset sisältyvät 50 tilavuuden teokseen.

Kahdeskymmenes vuosisata

Toisen maailmansodan aikana valtamerellä oli suuri käyttökelpoisuus laivaston ja purkamisen mobilisoinnin suunnittelussa. Sieltä tuli tutkimus muun muassa aallon dynamiikasta, äänen etenemisestä vedessä, rannikkojen morfologiasta.

Vuonna 1957 vietettiin kansainvälistä geofysikaalista vuotta, jolla oli suuri merkitys valtamerien tutkimuksen edistämisessä. Tämä tapahtuma oli ratkaiseva edistettäessä kansainvälistä yhteistyötä meritutkimuksen suorittamisessa maailmanlaajuisesti.

Tämän yhteistyön puitteissa vuonna 1960 Sveitsin ja Yhdysvaltojen välillä toteutettiin yhteinen sukellusveneretki; bathyscaphe (pieni syvän sukelluksen alus) Trieste saavutti 10 916 metrin syvyyteen Marianan kaivoon.

Bathyscaphe Trieste. Lähde: Katso tekijän sivu Wikimedia Commonsin kautta.

Toinen tärkeä vedenalainen retkikunta toteutettiin vuonna 1977 Yhdysvaltojen upotettavan Alvinin kanssa. Tämän retkikunnan ansiosta löydettiin ja tutkittiin syvänmeren hydrotermisiä niittyjä.

Viimeiseksi, komentajan Jacques-Yves Cousteaun rooli valtamerien tutkimuksessa ja levittämisessä on huomionarvoista. Cousteau johti monien vuosien ajan ranskalaista merentutkimusalusta Calypsoa, jossa suoritettiin lukuisia meritutkimusmatkoja. Samoin informatiivisessa kentässä kuvattiin erilaisia ​​dokumentteja, jotka muodostivat sarjan, jonka Jacques Cousteau nimitti vedenalaiseksi maailmaksi.

Opintolinja

Merentutkimuksen tutkimusala kattaa maailman valtamerten ja merien kaikki näkökohdat, rannikkoalueet mukaan lukien.

Valtameret ja meret ovat fysikaalis-kemiallisia ympäristöjä, joissa asuu suuri elämän monimuotoisuus. Ne edustavat vesiympäristöä, joka hallitsee noin 70% planeetan pinnasta. Vesi ja sen jatke sekä siihen vaikuttavat tähtitieteelliset ja ilmastovoimat määräävät sen erityisominaisuudet.

Maapallolla on kolme suurta valtamerta; Tyynenmeren, Atlantin ja Intian. Nämä valtameret ovat kytketty toisiinsa ja erottavat suuret mannermaan alueet. Atlantti erottaa Aasian ja Euroopan Amerikasta, kun taas Tyynenmeren alue jakaa Aasian ja Oseanian Amerikasta. Intian valtameri erottaa Afrikan Aasiasta Intian lähellä sijaitsevalla alueella.

Merialueet alkavat rannikolle, joka liittyy mannerjalustalle (mantereiden upotettu osa). Laiturialue saavuttaa 200 m enimmäissyvyyden ja päättyy jyrkkään rinteeseen, joka yhdistyy merenpohjaan.

Merenpohjassa on vuoria, joiden keskimääräinen korkeus on 2000 m (harjanteet) ja keskeinen vako. Tästä tulee astenosfääristä (viskoosisista materiaaleista muodostuva maan sisäkerros) tuleva magma, joka kerrostuu ja muodostaa merenpohjan.

Oksografian haarat

Nykyaikainen valtameri on jaettu neljään osa-alueeseen. Meriympäristö on kuitenkin hyvin integroitunut, ja siksi meritieteilijät hoitavat näitä alueita tulematta liian erikoistuneiksi.

Fysikaalinen valtameri

Tämä valtameren tutkimuksen haara tutkii valtamerten ja merien veden fysikaalisia ja dynaamisia ominaisuuksia. Sen päätavoite on ymmärtää valtameren kierto ja miten lämpö jakautuu näihin vesistöihin.

Ota huomioon esimerkiksi lämpötila, suolapitoisuus ja veden tiheys. Muita merkityksellisiä ominaisuuksia ovat väri, valo ja äänen leviäminen valtamereissä ja merillä.

Tämä valtameren tutkimuksen haara tutkii myös ilmakehän dynamiikan vuorovaikutusta vesimassojen kanssa. Lisäksi se sisältää merivirtojen liikkumisen eri mittakaavoilla.

Kemiallinen valtameri

Se tutkii meriveden ja sedimenttien kemiallista koostumusta, kemiallisia perusjaksoja ja niiden vuorovaikutusta ilmakehän ja litosfäärin kanssa. Toisaalta se kohdistuu tutkimaan muutoksia, jotka aiheutuvat lisäämällä antropisia aineita.

Samoin kemiallinen valtameri selvittää kuinka veden kemiallinen koostumus vaikuttaa valtamerten fysikaalisiin, geologisiin ja biologisiin prosesseihin. Erityisesti meribiologian tapauksessa se tulkitsee kuinka kemiallinen dynamiikka vaikuttaa eläviin organismeihin (meribiokemia).

Geologinen valtameri tai merigeologia

Tämä haara on vastuussa valtameren alustan, mukaan lukien sen syvimmät kerrokset, tutkimuksesta. Tämän substraatin dynaamisia prosesseja ja niiden vaikutusta merenpohjan ja rannikkojen rakenteeseen tarkastellaan.

Merigeologia tutkii merien eri kerrosten mineralogista koostumusta, rakennetta ja dynamiikkaa, erityisesti niitä, jotka liittyvät mantereen ajautumiseen liittyviin vedenalaisiin vulkaanisiin toimintoihin ja subduktio-ilmiöihin.

Tällä alalla tehdyt tutkimukset antoivat mahdollisuuden varmistaa mantereen ajautumisen teorian lähestymistavat.

Toisaalta tällä haaralla on erittäin merkityksellinen käytännön sovellus nykymaailmassa, koska sillä on suuri merkitys mineraalivarojen hankkimiselle.

Merenpohjan geologiset etsinnät mahdollistavat offshore-kenttien, erityisesti maakaasun ja öljyn, hyödyntämisen.

Biologinen valtameri tai meribiologia

Tämä meritutkimuksen haara tutkii meren elämää, joten se kattaa kaikki biologiset hajat, joita sovelletaan meriympäristöön.

Meribiologian ala tutkii sekä elävien olentojen että niiden ympäristöjen luokitusta, niiden morfologiaa ja fysiologiaa. Lisäksi se ottaa huomioon ekologiset näkökohdat, jotka liittyvät tähän biologiseen monimuotoisuuteen fyysiseen ympäristöönsä.

Koralliriutta Andamanien saarilla (Intia) Ritiks, Wikimedia Commonsista

Merebiologia on jaettu neljään haaraan tutkittavien merien ja valtamerten pinta-alan mukaan. Nämä ovat:

• Pelaginen valtameri: se keskittyy avoimissa vesissä, kaukana mannerjalustasta, olevien ekosysteemien tutkimukseen.
• Neuriittinen valtameri: rannikkoalueiden lähellä mannerjalustalla olevat elävät organismit otetaan huomioon.
• Bentinen valtameri: viittaa merenpohjan pinnalta löytyneiden ekosysteemien tutkimukseen.
• Pohjapohjainen valtameri: tutkitaan eläviä organismeja, jotka elävät lähellä merenpohjaa rannikkoalueilla ja mannerjalustalla. Suurin syvyys on 500 m.

Viimeaikainen tutkimus

Fysikaalinen valtameri ja ilmastonmuutos

Viimeaikaiseen tutkimukseen sisältyy sellaisia, joissa arvioidaan globaalin ilmastomuutoksen vaikutuksia valtameren dynamiikkaan. Esimerkiksi on havaittu, että valtameren päävirtajärjestelmä (Atlantin virta) muuttaa sen dynamiikkaa.

Tiedetään, että merivirtojärjestelmä syntyy vesimassojen tiheyden eroista, pääasiassa lämpötilagradienttien perusteella. Siksi kuuman veden massat ovat kevyempiä ja pysyvät pintakerroksissa, kun taas kylmät massat uppoavat.

Atlantilla lämpimät vesimassat liikkuvat Karibialta pohjoiseen Golfvirran kautta ja pohjoiseen siirtyessään ne jäähtyvät ja uppoavat palaaen etelään. Nature-lehden (556, 2018) toimituksen mukaan tämä mekanismi on hidastunut.

On ehdotettu, että nykyisen järjestelmän hidastuvuus johtuu ilmaston lämpenemisen aiheuttamasta sulamisesta. Tämän seurauksena makean veden tarjonta on suurempi ja veden suolojen konsentraatio ja tiheys muuttuvat, mikä vaikuttaa vesimassojen liikkumiseen.

Virtavirta myötävaikuttaa maailman lämpötilan säätelyyn, ravinteiden ja kaasujen jakautumiseen, ja niiden muutoksella on vakavia vaikutuksia planeettajärjestelmään.

Kemiallinen valtameri

Yksi merentutkijoiden huomion herättävistä tutkimuslinjoista on merien happamoitumisen tutkimus, joka johtuu pääasiassa pH-tason vaikutuksesta meren elämään.

Tasot CO ₂ ilmakehässä on lisääntynyt merkittävästi viime vuosina, koska suuri fossiilisten polttoaineiden eri ihmisen toiminnasta.

Tämä CO ₂ liukenee meriveteen, tuottaa pH-arvon alenemisen valtamerten. Valtamerten happamoituminen vaikuttaa kielteisesti monien merilajien selviytymiseen.

Vuonna 2016 Albright ja hänen kollegansa tekivät ensimmäisen valtamerten happamoitumiskokeen luonnollisessa ekosysteemissä. Tässä tutkimuksessa havaittiin, että happamoituminen voi vähentää korallien kalkkitoitumista jopa 34%.

Merigeologia

Tämä valtameren tutkimuksen haara on tutkinut tektonisten levyjen liikettä. Nämä levyt ovat litosfäärin fragmentteja (maan vaipan jäykkä ulkokerros), jotka liikkuvat astenosfäärin yli.

Li: n ja kollegoiden viime vuonna 2018 julkaiseman tutkimuksen mukaan suuret tektoniset levyt voivat olla peräisin pienempien levyjen sulatuksesta. Kirjailijat luokittelevat nämä mikrolevyt niiden alkuperän perusteella ja tutkivat niiden liikkeiden dynamiikkaa.

Lisäksi he huomaavat, että maan suuriin tektonisiin levyihin liittyy suuri määrä mikrolevyjä. On osoitettu, että näiden kahden tyyppisten levyjen välinen suhde voi auttaa vakiinnuttamaan mantereen ajautumisen teorian.

Biologinen valtameri tai meribiologia

Viime vuosina yksi meribiologian silmiinpistävimmistä löytöistä on ollut organismien esiintyminen merikoodeissa. Yksi näistä tutkimuksista tehtiin Galapagossaarten kaivoon, ja se osoitti monimutkaisen ekosysteemin, jossa esiintyy lukuisia selkärangattomia ja bakteereja (Yong-Jin 2006).

Merikoopeilla ei ole pääsyä auringonvaloon niiden syvyyden vuoksi (2500 metriä merenpinnan yläpuolella), joten troofinen ketju riippuu autotrofisista kemosynteesibakteereista. Nämä organismit korjata CO ₂ päässä rikkivedystä saatu hydrotermiset aukot.

Syvien vesien asukkaiden selkärangattomien yhteisöjen on todettu olevan hyvin monimuotoisia. Lisäksi ehdotetaan, että näiden ekosysteemien pakkaaminen tarjoaa tarvittavaa tietoa planeetan elämän alkuperän selvittämiseksi.

Viitteet

1. Albright et ai. (2017). Valtameren happamoitumisen kääntäminen parantaa koralliriuttojen nettomäärää. Nature 531: 362-365.
2. Caldeira K ja ME Wickett (2003) ihmisen ihmisen hiilen ja valtameren pH. Nature 425: 365–365
3. Editoral (2018) Katso valtamerta. Nature 556: 149
4. Lalli CM ja TR Parsons (1997) Biologinen valtameri. Esittely. Toinen painos. Avoin yliopisto. ELSEVIER. Oxford, Iso-Britannia. 574 s.
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 ja G Zhang (2018) Mikrolevytektoniikka: Uusia oivalluksia globaalien valtamerten mikrolohkoista, mantereiden reunat ja syvä vaippa Earth-Science arvostelut 185: 1029–1064
6. Pickerd GL ja WL Emery. (1990) kuvaava fysikaalinen valtameri. Esittely. Viides laajennettu painos. Pergamon Press. Oxford, Iso-Britannia. 551 s.
7. Riley JP ja R Chester (1976). Kemiallinen valtameri. 2. painos. Voi. 6. Academic Press. Lontoo, Iso-Britannia. 391 s.
8. Wiebe PH ja MC Benfield (2003) Hensen-verkosta kohti neljäulotteista biologista valtamertä. Edistyminen merentutkimuksessa. 56: 7–136.
9. Zamorano P ja ME Hendrickx. (2007) Biokenoosi ja syvänmeren nilviäisten jakelu Meksikon Tyynellämerellä: arvio edistyksestä. Sivut 48-49. Julkaisussa: Ríos-Jara E, MC Esqueda-González ja CM Galvín-Villa (toim.). Meksikon malakologian ja konchiliologian opinnot. Guadalajaran yliopisto, Meksiko.
10. Yong-Jin W (2006) Syvänmeren hydrotermiset tuuletusaukot: ekologia ja kehitys J. Ecol Field Biol., 29: 175-183.