Duboko ispod zaliva Monterej leži jedan od najvećih podmorskih kanjona na zapadnoj obali Severne Amerike. Kanjon Montereja ima topografiju koja se parira Velikom kanjonu, ali njegova razmera i veličina ostaju van vidokruga ispod talasa. Ponovljeni napori Instituta za istraživanje akvarijuma zaliva Monterei (MBARI) da mapiraju i nadgledaju ovaj podmorski kanjon otkrili su iznenađujuće aktivno morsko dno. Kanjon Montereja je dinamično okruženje. Česti odroni padaju kroz kanjon i utiču na zajednicu života koja uspeva na njegovim stenovitim zidovima i podu prekrivenom sedimentima.
Tim istraživača sa MBARI, USGS, Univerziteta Durham, Univerziteta Hal i Pontificia Universidad Catolica de Chile sproveo je istraživanje lokacije na podu kanjona Monterei sa inovativnim senzorskim paketom koji su dizajnirali inženjeri MBARI. Njihova istraživanja su pružila novi uvid u procese koji oblikuju kanjone. Tim je objavio svoje nalaze u nedavnom broju časopisa Journal of Geophisical Research: Earth Surface.
„Zahvaljujući naprednoj MBARI tehnologiji, sada smo mapirali delove kanjona Monterei sa izuzetnim detaljima. Ponovljena istraživanja mapiranja dala su nam dragocenu novu perspektivu za proučavanje procesa koji oblikuju kanjon. Ovo je vitalni kontekst za razumevanje ne samo života na dno okeana, ali i kako podvodna infrastruktura od koje zavisimo može biti ranjiva na podvodna klizišta“, objasnila je Monika Volfson-Šver, prethodno postdoktorski saradnik na MBARI-ju i glavni autor ove studije.
Od 2015. do 2017. godine, MBARI-jev Koordinirani eksperiment u kanjonu imao je za cilj da prati prolazak gravitacionih tokova sedimenta—podvodnih klizišta poznatih kao struje zamućenja—na više lokacija u kanjonu istovremeno. Razumevanje složenih geoloških procesa koji oblikuju kanjon Montereja može nam pomoći da bolje razumemo kako podmorski kanjoni mogu biti povezani sa obalnim geohazardima, kao što su lokalni cunami ili rizici za podvodnu telekomunikacionu infrastrukturu.
Kao deo Koordinisanog eksperimenta u kanjonu, istraživači MBARI-ja su primenili različite naučne instrumente, uključujući i novi sistem istraživanja na niskim visinama (LASS), kako bi istražili tekuće procese koji izrezuju kanjon Montereja.
Razvijen od strane inženjera u MBARI laboratoriji za mapiranje morskog dna, LASS može vizualizovati morsko dno sa izuzetnim detaljima. Povezan sa vozilom na daljinsko upravljanje (ROV), LASS kombinuje batimetriju sa više zraka (sonar) rezolucije pet centimetara, lidarsku (lasersku) batimetriju rezolucije jednog centimetra i stereo fotografiju rezolucije dva milimetra.
Dok se ROV pomera tri metra (10 stopa) iznad morskog dna, laseri i sonar pulsiraju do dna. Sonar beleži strukturu morskog dna, uključujući kamenje i mulj. Laseri snimaju bilo koji trodimenzionalni objekat ispod ROV-a, uključujući žive životinje sa mekim tkivima. Fotografije visoke rezolucije snimljene tokom istraživanja mogu se zatim staviti na batimetrijske podatke kako bi se stvorila realistična slika morskog dna. Ova neverovatno detaljna istraživanja mogu kvantifikovati uticaj geoloških, geohemijskih i bioloških procesa koji modifikuju morsko dno u finim razmerama.
Istraživački tim je sproveo nekoliko istraživanja u centimetarskoj skali pomoću LASS instrumenta. Mesto istraživanja bilo je otprilike 50 kilometara (31 milju) od vrha kanjona Monterei na dubini od približno 1.840 metara (6.037 stopa). Oni su sproveli četiri istraživanja u periodu od 18 meseci. Ova istraživanja predstavljaju najveću rezoluciju do sada u podmorskom kanjonu.
„MBARI-jev sistem istraživanja na malim visinama mapira okolinu morskog dna u razmeri životinja koje tamo žive, što ga čini posebno korisnim za ekološka istraživanja. U ovom geološkom projektu, batimetrijski podaci lidara otkrili su promenljive teksture centimetarske skale u sedimentu na dnu Kanjon Montereja koji bi bio neotkriven tradicionalnijim metodama kao što su sonar na brodu ili čak autonomni roboti za mapiranje koje koristimo za mapiranje u razmeri od jednog metra“, objasnio je glavni inženjer MBARI Dejv Keres. „Iako naučnici i inženjeri MBARI-ja istražuju kanjon Montereja više od 25 godina, naša nova tehnologija neprestano otkriva iznenađenja.
Uparivanje ponovljenih istraživanja dna kanjona sa praćenjem vodenih struja i uzorkovanjem sedimenta pružilo je istraživačima potpuniju sliku aktivnosti u kanjonu Monterei.
Kao deo Koordiniranog eksperimenta u kanjonu, tim je postavio čvor za instrumente na morskom dnu (SIN) na podu kanjona Monterei. Akustični Dopler profileri struja koji gledaju nagore na ovom instrumentu snimili su struje koje teku duž kanjona.
Brze struje zamućenja nose sedimente i organski ugljenik duž podmorskih kanjona. Oni prekrivaju sediment preko dna kanjona, ispunjavajući korita u obliku korita i zaglađujući erozione karakteristike. Snažne struje zamućenja takođe mogu uništiti podvodne kablove, cevovode i drugu infrastrukturu morskog dna. Za razliku od strujnih tokova u rekama, struje zamućenja su neverovatno teške za proučavanje i merenje, posebno zbog njihove nepredvidive prirode.
Između 2015. i 2017. senzori na SIN-u su zabeležili tri struje zamućenja sa brzinama od 0,9 do 3,3 metra u sekundi (dve do 7,4 milje na sat). Struje zamućenja sa sličnim brzinama u gornjem kanjonu Montereja izazvale su značajnu i brzu migraciju oblika korita. Međutim, LASS istraživanja su pokazala da ova tri događaja nisu izazvala značajne promene na morskom dnu na dnu kanjona.
Proučavanje uzoraka sedimenta iz donjeg kanjona otkrilo je relativno grubu prirodu morskog dna na ovoj lokaciji. Grubi sediment sugeriše da strujama zamućenosti u donjem kanjonu nedostaju brzi, gusti slojevi blizu osnove toka koji su karakteristični za struje zamućenosti zabeležene dalje u kanjonu. Velike gromade koje leže u podlozi u donjem delu kanjona možda su takođe objasnile zanemarljive promene na morskom dnu koje je tim primetio.
Dok su struje zamućenja moćni i nepredvidivi događaji, dnevne plime takođe osciliraju gore-dole u podmorski kanjon.
Senzori na SIN-u beležili su dnevni ritam plime i oseke na dnu kanjona. Količina sedimenta koju pomeraju unutrašnje plime i oseke je premala da bi se mogla otkriti tradicionalnim brodskim instrumentima. Detaljni podaci koje je obezbedio MBARI-jev LASS senzorski paket su to promenili. Sada bi istraživači konačno mogli da izvrše tačna merenja promena u strukturi dna kanjona usled plimskih struja.
Tim je utvrdio da su oseka i oseka plime i oseke isklesali male metar i metar i teksture veličine centimetar koje su primetili na morskom dnu na dnu kanjona. Prethodni radovi na mapiranju u ovoj oblasti propustili su ove karakteristike jer je rezolucija — čak i mape u metarskoj skali sa MBARI-jevih kartografskih vozila — bila previše gruba.
Ova studija je pokazala kako nova tehnologija mapiranja može na kraju premostiti jaz u razmeri između savremenih istraživanja morskog dna i drevnih stenskih zapisa.
„Sa sonarom vidimo posledice velikih, katastrofalnih događaja, ali propuštamo male, sitne promene koje se dešavaju svakog dana“, rekao je Volfson-Šver. „Kako tehnologija napreduje i možemo da mapiramo u sve finijim rezolucijama, možemo da posmatramo novi nivo složenosti u morskom dnu. Ne shvatamo koliko nam slike nedostaje.
„Geologija je oduvek bila istorijska nauka koja proučava naslage morskog dna postavljene davno. MBARI tehnologija nam omogućava da proučavamo geomorfologiju podmorja u razmerama u kojima ranije nismo bili u mogućnosti. Ponovljena istraživanja visoke rezolucije pružaju pravi „vremenska dimenzija za razumevanje promena morskog dna“, dodao je Čarli Pol, viši naučnik u MBARI i koautor ove studije.
MBARI-jeva laboratorija za mapiranje morskog dna koristila je LASS senzorski paket za mapiranje niza drugih karakteristika morskog dna i staništa u centimetarskoj skali, uključujući isticanje gasa metana, rasede, zajednice korala i sunđera dubokog mora, rasadnike hobotnica i hidrotermalne otvore.
„Ne možemo da razumemo globalne promene na dnu okeana, a da ih ne kvantifikujemo“, rekao je Pol. „Ponovna upotreba MBARI-jevog sistema za istraživanje na malim visinama omogućava nam da prikupimo jedinstvene kvantitativne podatke koji stavljaju u perspektivu tačno koliko su velike te promene. Sada imamo novi prozor u to kako svet funkcioniše.“
MBARI nastavlja da razvija i poboljšava svoju sposobnost mapiranja morskog dna. Nadovezujući se na uspeh LASS-a, MBARI sarađuje sa 3D u Depth-u na razvoju podvodnog lidarskog sistema sledeće generacije koji može da se integriše u autonomne platforme i omogući dalji napredak u naporima da se mapiraju duboko okeansko dno u budućnosti.
