Ką mes žinome apie vandenyno gelmes ir kodėl taip rizikinga jas tyrinėti

Nors žmonės vandenyno paviršių tyrinėjo dešimtis tūkstančių metų, remiantis Nacionalinės vandenynų ir atmosferos administracijos 2022 m. duomenimis, žemėlapyje pažymėta tik apie 20 % jūros dugno.

Tyrėjai dažnai sako, kad keliauti į kosmosą lengviau nei panerti į vandenyno dugną. Pasak Woods Hole okeanografijos instituto, Mėnulio paviršiuje iš viso yra pabuvoję 12 astronaut, o kartu sudėjus jie ten praleido apie 300 valandų, tačiau giliausią žinomą Žemės dugno tašką Challenger Deep (giliausia Marianų įdubos vieta) yra pasiekę trys žmonės, tyrinėjimams jie turėjo tik tris valandas.

Tiesą sakant, „turime tikslesnius Mėnulio ir Marso žemėlapius nei savo planetos jūros dugno“, – sakė NASA okeanografas emeritas daktaras Gene Feldmanas, kosmoso agentūroje praleidęs daugiau nei 30 metų.

Priežastis, kodėl žmonės taip vangiai tyrinėja giliavandenes jūras yra ta, jog kuo toliau leidžiantis į vandenyno gelmes, tuo labiau didėja slėgis, o tai ypač didina kelionės riziką. Taip pat gelmėse vyrauja aklina tamsa bei tik kiek aukštesnė nei 0 laipsnių temperatūra.

Šiuo metu dingęs povandeninis laivas gabeno penkis žmones, kurie tyrinėjo Titaniko nuolaužas, esančias maždaug 1 450 kilometrų nuo Codo kyšulio, Masačusetso valstijos pakrantės ir maždaug 3 800 metrų po vandeniu. Vašingtono valstijoje įsikūrusios privačios bendrovės „OceanGate Expeditions“ valdomas turistinis laivas sekmadienio vakarą prarado ryšį su savo pagrindiniu laivu.

Daugelis veiksnių, apsunkina dingusio povandenio laivo paieškas taip pat yra priežastys, dėl kurių visapusiškas vandenyno dugno tyrinėjimas vis dar sunkiai pasiekiamas.

„Paieška vandenyje yra gana sudėtinga, nes vandenyno dugnas yra daug labiau nelygesnis nei sausumoje“, – sakoma Anglijos Keele universiteto teismo geografinių mokslų skaitytojo daktaro Jamie Pringle pareiškime.

Jei povandeninis laivas neiškils į vandenyno paviršių, paieškos ir gelbėjimo komandos turės pasikliauti sonaru – technika, kuri naudoja garso bangas, kad galėtų tyrinėti nepermatomas vandenyno gelmes, – sakė Pringle'as. O šiam procesui reikės naudoti labai siaurą spindulį, kuris gali sugeneruoti pakankamai aukštą dažnį, kad būtų aišku, kur gali būti dingęs povandeninis laivas, vadinamas Titanu.

Vandenyno tyrinėjimo istorija

Pirmąjį povandeninį laivą 1620 m. pastatė olandų inžinierius Cornelis Drebbelis, tačiau jis įstrigo sekliuose vandenyse.

Tik po beveik 300 metų, „Titaniko“ katastrofos atgarsiuose , sonaro technologijos mokslininkams sudarė aiškesnį vaizdą apie tai, kas slypi vandenyno gelmėse.

Didelis žingsnis vandenyno dugno tyrinėjimų srityje žengtas 1960 m., kai istorinis Triesto batiskafas, laisvai nardančio povandeninio laivo tipas, nugrimzdo į Challenger Deep tašką, esantį daugiau nei 10 916 metrų po vandeniu gylyje.

Vėliau tik kelioms įguloms pavyko pasiekti tokias gelmes. „Kelionės yra labai pavojingos“, -  sakė G. Feldmanas.

Nacionalinės vandenynų ir atmosferos administracijos duomenimis, gilėjant kas 10 metrų, slėgis padidėja viena atmosfera. Atmosfera yra matavimo vienetas, kuris yra 14,7 svaro kvadratiniame colyje. Tai reiškia, kad kelionė į „Challenger Deep“ tašką gali sukelti laivą slėgiui, kuris „atitinka kartu sudėtų 50 didžiųjų reaktyvinių lėktuvų svorį“, pažymėjo Feldmanas.

Esant tokiam slėgiui, menkiausias konstrukcinis defektas gali sukelti nelaimę, pridūrė Feldmanas.

Per 1960 m. nardymą Trieste keleiviai Jacques'as Piccardas ir Donas Walshas sakė, kad buvo apstulbę pamatę gyvus padarus.

„Visos mūsų išankstinės nuostatos apie vandenyną iš karto buvo „išmestos“ pro langą“, – sakė Feldmanas.

Kas slypi vandenyno dugne

Nors tai, kas laikoma giliu vandenynu, tęsiasi nuo1 000 metrų iki 6 000 metrų po vandeniu, pagal Woods Hole okeanografijos institutą Masačo valstijoje giliavandenės tranšėjos gali siekti 11 000 metrų. Šis regionas, vadinamas hadalo arba hadalpelago zona, pavadintas Hado, graikų požemio dievo, vardu. Hadalo zonoje temperatūra šiek tiek viršija nulio, o saulės šviesa neprasiskverbia.

Pasak institucijos, 1948 m. mokslininkai pirmą kartą sugebėjo įrodyti, kad gyvybė egzistuoja žemiau 6 kilometrų gylio.

„Challenger Deep“ taške pamatyti atradimai buvo nuostabūs: „gyvaspalvės“ uolų atodangos, kurios gali būti cheminės nuosėdos, į krevetes panašūs supermilžinai amfopodai ir dugne gyvenantys holoturai arba jūros agurkai.

Feldmanas taip pat prisimenė savo paties bandymą 1990-aisiais pamatyti dėmesio vengiantį milžinišką kalmarą, kuris slypi giliose vandenyno gelmėse. Pasak Nacionalinės vandenynų ir atmosferos administracijos, pirmasis vaizdo įrašas, kuriame užfiksuotas gyvas padaras, kuris gali užaugti iki beveik 18 metrų ilgio, buvo užfiksuotas gilioje jūroje netoli Japonijos 2012 m.

Aštuntajame dešimtmetyje taip pat „atsivėrė naujas pasaulis“, sakė Feldmanas, kai jūrų geologas Robertas Ballardas kartu su Woods Hole okeanografijos institucija jūroje netoli Galapagų plyšio atrado „visiškai svetimą ekosistemą“ – „su milžiniškais kirminais moliuskais, krabais ir kitais daiktais, kurie gyveno angose ​​po jūra“.

Neįprastos būtybės – kai kurios iš jų švyti bioliuminescencija, kad galėtų bendrauti, vilioti grobį ir pritraukti draugus – stačiose vandenyno griovių sienose įsikūrė buveines. Šios gyvybės formos prisitaikė gyventi ekstremalioje aplinkoje ir niekur kitur planetoje neegzistuoja. Užuot pasikliovę saulės šviesa gyvybiniams procesams, jie naudoja cheminę energiją, gautą iš hidroterminių nuotėkių ir angų, kurias sudaro magma, kylanti iš po vandenyno dugno.

Šaltas jūros vanduo prasiskverbia pro jūros dugno plyšius ir įkaista iki 400 laipsnių Celsijaus, kai sąveikauja su magmos įkaitintomis uolienomis. Dėl cheminių reakcijų susidaro mineralai, kurių sudėtyje yra sieros ir geležies, o iš angų išsklinda maistinių medžiagų turtingas vanduo, kuris palaiko aplink jas susitelkusią neįprastos jūros gyvybės ekosistemą.

Tyrėjai naudojo povandeninį laivą „Alvin“, kad atrastų keistą jūros gyvybę, tyrinėtų tektonines plokštes ir hidrotermines angas bei tyrinėtų „Titaniką“ 1986 m., kai Ballardas aptiko garsiojo laivo nuolaužas.

PSO ir NASA mokslininkai bendradarbiavo kurdami autonomines povandenines transporto priemones, kurios gali leistis per sudėtingą tranšėjų reljefą ir atlaikyti slėgį, 1000 kartų didesnį nei vandenyno paviršiuje. Transporto priemonės gali ištirti gyvybės įvairovę tranšėjose, be to, ateityje jos galėtų padėti mokslininkams tyrinėti vandenynus aplink Jupiterį ir Saturną esančiuose palydovuose.

Kodėl vandenyno žemėlapių sudarymas yra toks sudėtingas?

Žvelgiant iš grynai mokslinės perspektyvos, turistinės kelionės į vandenyno dugną mažai prisideda prie mūsų supratimo apie vandenyno paslaptis.

„Žmonėms patinka dalykai besibaigiantys galūne „iausias““, - sakė Feldmanas. „Mes norime patekti į „aukščiausią“, „žemiausią“, „ilgiausią“ ir visokiausius kitokius taškus“.

Tačiau žmogaus akys matė tik „labai mažą giliavandenio ir net vidurinio vandenyno dalį – be galo nedidelę teritorijos dalį. Ir labai, labai maža dalis vandenyno dugno buvo pažymėta žemėlapyje“, – pridūrė jis.

Priežastis, pažymėjo Feldmanas, daugiausia priklauso nuo išlaidų. Laivai, kuriuose sumontuota sonaro technologija, reikalauja didelių išlaidų. Feldmanas sakė, kad vien degalai gali kainuoti iki 36000 eurų per dieną.

Tačiau šiuo metu dedamos pastangos sukurti galutinį vandenyno dugno žemėlapį, pavadintą „Jūros dugnas 2030“.

Turimos žinios apie jūros gelmes yra pilnos didžiulių spragų. Iš 2,2 milijono rūšių, kaip manoma, egzistuojančių Žemės vandenynuose, mokslininkai aprašė tik 240 000 rūšių, remiantis Ocean Census duomenimis, kurių iniciatyva pradėtos įrašinėti jūrų gyvybės formos.

Tačiau neįmanoma tiksliai sužinoti, kiek jūros būtybių egzistuoja, pažymėjo Feldmanas.

„Mes galime bandyti spėti, bet visada atsiranda kažkas naujo. Eini kur nors ir atrandi visiškai naują gentį arba visiškai naują gyvenimo būdą“, – sakė jis.

Dėl technologijų pažangos žmonėms nebereikia tyrinėti vandenyno gelmių. Tokios naujovės, kaip giliavandeniai robotai, didelės raiškos povandeninis vaizdavimas, mašininis mokymasis ir jūros vandenyje esančios DNR sekos nustatymas padės pagreitinti naujų gyvybės formų atradimą ir mastą.

„Turime geresnius Mėnulio paviršiaus žemėlapius nei jūros dugno, nes jūros vanduo yra nepermatomas radarams ir kitiems metodams, kuriuos naudojame žemėlapiui sudaryti“, – sakė jūrų ekologas Alexas Rogersas, gamtosaugos biologijos profesorius iš Oksfordo universiteto Jungtinėje Karalystėje. „Tačiau 150 metų šiuolaikinės okeanografijos padėjo geriau suprasti daugelį vandenyno aspektų, pavyzdžiui, gyvybę, jo chemiją ir vaidmenį Žemės sistemoje.

Vandenyno žemėlapių sudarymas „padeda mums suprasti, kaip jūros dugno forma veikia vandenyno sroves ir kur atsiranda jūros gyvybė“, – pridūrė Rogersas. „Tai taip pat padeda mums suprasti seisminius pavojus. Taigi tai yra pagrindinis fundamentalus mokslas, nepaprastai svarbus žmogaus gerovei“.

Žmonių sveikata ir moksliniai tyrimai

Manoma, kad vandenynas yra biologinių ir cheminių junginių aukso kasykla, o jo tyrinėjimai lėmė keletą biomedicinos proveržių.

Pirmasis jūrinės kilmės vaistas citarabinas buvo patvirtintas 1969 m., skirtas leukemijai gydyti. Vaistas buvo išskirtas iš jūrinės kempinės.

Kūgio sraigių, tam tikros rūšies jūros moliuskų, nuoduose esantys biologiškai aktyvūs junginiai paskatino sukurti stiprų skausmą malšinantį vaistą, vadinamą zikonotidu (komerciniu būdu žinomas kaip Prialt).

Mokslininkai sukūrė PGR arba polimerazės grandininę reakciją – metodą, plačiai naudojamą DNR sruogoms kopijuoti, naudodamiesi fermentu, išskirtu iš mikrobo, randamo jūros hidroterminėse angose. O medūzose pastebėtas žalias fluorescencinis baltymas leidžia tyrėjams stebėti kadaise nematomus procesus, įskaitant vėžinių ląstelių plitimą ir nervinių ląstelių vystymąsi.

Tai tik keli pavyzdžiai. Tyrėjai teigia, kad vandenynas ir jame esanti gyvybė galėtų padėti išspręsti kai kuriuos didžiausius medicinos iššūkius, tokius kaip atsparumas antibiotikams. Jūros tyrinėjimas taip pat gali papasakoti apie gyvybės raidą.

„Vandenynas turi daug daugiau gilių gyvybės atšakų, kurios Žemėje išsivystė per 4 milijardus metų, todėl jūrinė gyvybė gali daug pasakyti apie ištisų organizmų ir specifinių biologinių sistemų, tokių kaip vystymosi genai ir imuninė sistema, evoliuciją“, - sakė Rogersas.