Uwaga redaktora: Zapisz się do CNN Biuletyn naukowy Wonder Theory. Odkrywaj wszechświat dzięki wiadomościom o fascynujących odkryciach, postępach naukowych i nie tylko.

CNN
—

Pojazd podwodny, który obecnie zaginął na morzu, jest częścią stosunkowo nowego przedsięwzięcia umożliwiającego turystom i innym płacącym klientom eksplorację głębin oceanu, których zdecydowana większość nigdy nie była widziana ludzkimi oczami.

Chociaż ludzie badają powierzchnię oceanu od dziesiątek tysięcy lat, według danych National Oceanic and Atmospheric Administration z 2022 r. zmapowano tylko około 20% dna morskiego.

Naukowcy często twierdzą, że podróż w kosmos jest łatwiejsza niż zanurzenie się na dnie oceanu. Podczas gdy 12 astronautów spędziło łącznie 300 godzin na powierzchni Księżyca, tylko trzy osoby spędziły około trzech godzin badając Challenger Deep, najgłębszy znany punkt dna morskiego Ziemi, według Woods Hole Oceanographic Institution.

W rzeczywistości „mamy lepsze mapy Księżyca i Marsa niż mapy naszej własnej planety” — powiedział dr Gene Feldman, emerytowany oceanograf z NASA, który spędził ponad 30 lat w agencji kosmicznej.

Istnieje powód, dla którego eksploracja głębin morskich przez ludzi była tak ograniczona: podróż do głębin oceanu oznacza wejście do królestwa o ogromnych poziomach ciśnienia, im dalej się schodzisz – przedsięwzięcie wysokiego ryzyka. Środowisko jest ciemne, prawie bez widoczności. Niskie temperatury są ekstremalne.

Obecnie zaginiony okręt podwodny przewoził pięć osób do zbadania wraku RMS Titanic, który leży około 900 mil (1450 kilometrów) od wybrzeża Cape Cod w stanie Massachusetts i około 12500 stóp (3800 metrów) pod wodą. Obsługiwany przez OceanGate Expeditions, prywatną firmę z siedzibą w stanie Waszyngton, statek turystyczny stracił kontakt ze swoim statkiem macierzystym w niedzielę wieczorem.

Wiele czynników, które mogą sprawić, że statek będzie tak trudny do zlokalizowania i odzyskania, jest również powodem, dla którego kompleksowa eksploracja dna oceanu pozostaje nieuchwytna.

„Wyszukiwanie w wodzie jest dość trudne, ponieważ dno oceanu jest o wiele bardziej nierówne niż na lądzie” – powiedział w oświadczeniu dr Jamie Pringle, wykładowca medycyny sądowej na Keele University w Anglii.

Jeśli łódź podwodna nie wróci na powierzchnię oceanu, zespoły poszukiwawcze i ratownicze będą musiały polegać na sonarze, technice wykorzystującej fale dźwiękowe do badania nieprzejrzystych głębin oceanu, aby namierzyć pojazd, powiedział Pringle. Proces ten będzie wymagał użycia bardzo wąskiej wiązki, która może zapewnić wystarczająco wysoką częstotliwość, aby dać wyraźny obraz tego, gdzie może znajdować się statek zwany Tytanem.

Pierwszy okręt podwodny został zbudowany przez holenderskiego inżyniera Cornelisa Drebbela w 1620 roku, ale utknął na płytkich wodach. Minęło prawie 300 lat — w następstwie katastrofy Titanica — zanim technologia sonarowa zaczęła oferować naukowcom wyraźniejszy obraz tego, co kryje się w głębinach oceanu.

Duży krok naprzód w eksploracji człowieka nastąpił w 1960 r. wraz z historycznym nurkowaniem batyskafu z Triestu, typu łodzi podwodnej do swobodnego nurkowania, do Głębi Challengera, znajdującej się ponad 35 800 stóp (10 916 metrów) pod wodą.

Od tego czasu tylko kilka misji powróciło na takie głębokości. A wycieczki są niezwykle niebezpieczne, powiedział Feldman.

Według NOAA na każde 33 stopy (10 metrów) przebyte pod powierzchnią oceanu ciśnienie wzrasta o jedną atmosferę. Atmosfera to jednostka miary 14,7 funtów za cal kwadratowy. Oznacza to, że podróż do Challenger Deep może wystawić statek pod ciśnieniem, które jest „odpowiednikiem 50 jumbo jetów” – zauważył Feldman.

Feldman dodał, że pod takim ciśnieniem najdrobniejsza wada konstrukcyjna może oznaczać katastrofę.

Podczas nurkowania w Trieście w 1960 roku pasażerowie Jacques Piccard i Don Walsh powiedzieli, że byli oszołomieni widząc żywe stworzenia.

„Od razu wszystkie nasze uprzedzenia dotyczące oceanu zostały wyrzucone przez okno” – powiedział Feldman.

Podczas gdy to, co uważa się za głęboki ocean, rozciąga się od 3280 stóp do 19 685 stóp (1000 metrów do 6000 metrów) pod powierzchnią, rowy głębinowe mogą zanurzyć się do 36 000 stóp (11 000 metrów), zgodnie z Woods Hole Oceanographic Institution w Massachusetts. Region ten, zwany strefą hadalową lub hadalpelagiczną, został nazwany na cześć Hadesa, greckiego boga podziemi. W strefie hadalowej temperatury są nieco powyżej zera i żadne światło słoneczne nie przenika.

Naukowcy po raz pierwszy byli w stanie udowodnić, że życie istniało poniżej 19 685 stóp w 1948 roku, według instytucji.

Odkrycia w Challenger Deep były niezwykłe, w tym „żywo kolorowe” wychodnie skalne, które mogą być złożami chemicznymi, podobnymi do krewetek amfopodami nadolbrzymami i zamieszkującymi dno Holothurianami lub ogórkami morskimi.

Feldman pamięta również swoją własną próbę w latach 90., by rzucić okiem na unikającą gigantyczną kałamarnicę, która czai się w atramentowych głębinach oceanu. Według NOAA pierwszy film przedstawiający żywe stworzenie, które może urosnąć do prawie 60 stóp (18 metrów) długości, zostało uchwycone na głębokim morzu w pobliżu Japonii w 2012 roku.

Feldman powiedział, że nowy świat otworzył się również w latach 70., kiedy „całkowicie obcy ekosystem” został odkryty przez geologa morskiego Roberta Ballarda, a następnie z Woods Hole Oceanographic Institution, w morzu w pobliżu szczeliny Galapagos – „z tymi gigantycznymi robakami, gigantycznymi małże, kraby i stworzenia, które żyły w tych… kominach podmorskich”.

Niezwykłe stworzenia – z których niektóre świecą bioluminescencją, aby komunikować się, wabić zdobycz i przyciągać partnerów – wyrzeźbiły siedliska w stromych ścianach rowów oceanicznych. Te formy życia przystosowały się do życia w ekstremalnym środowisku i nie istnieją nigdzie indziej na planecie. Zamiast polegać na świetle słonecznym w podstawowych procesach, wykorzystują energię chemiczną wypływającą z wycieków hydrotermalnych i otworów wentylacyjnych utworzonych przez magmę wydobywającą się spod dna oceanu.

Chłodna woda morska sączy się przez pęknięcia dna morskiego i nagrzewa się do 750 stopni Fahrenheita (400 stopni Celsjusza), gdy wchodzi w interakcje z rozgrzanymi magmą skałami. Reakcje chemiczne wytwarzają minerały zawierające siarkę i żelazo, a otwory wentylacyjne wypluwają bogatą w składniki odżywcze wodę, która wspiera ekosystem niezwykłego życia morskiego skupionego wokół nich.

Naukowcy wykorzystali podwodny Alvin do odkrywania dziwnych organizmów morskich, badania tektoniki płyt i kominów hydrotermalnych oraz do eksploracji Titanica w 1986 r. po tym, jak Ballard zlokalizował słynny wrak statku.

Naukowcy z WHOI i NASA współpracowali w celu opracowania autonomicznych pojazdów podwodnych bez załogi, które mogą schodzić przez trudny teren okopów i wytrzymać ciśnienie większe niż 1000 razy większe niż na powierzchni oceanu. Pojazdy mogą badać różnorodność życia w okopach, a także mogą w przyszłości pomóc naukowcom w badaniu oceanów na księżycach wokół Jowisza i Saturna.

Ze ściśle naukowego punktu widzenia wycieczki turystyczne na dno oceanu niewiele pomagają w zrozumieniu tajemnic oceanu.

„Ludzie lubią superlatywy” – powiedział Feldman. „Chcemy dotrzeć do najwyższego, najniższego, najdłuższego”.

Ale tylko „bardzo mały procent głębokiego oceanu, a nawet środkowego oceanu, został dostrzeżony przez ludzkie oczy — nieskończenie mała ilość. I bardzo, bardzo mała część dna oceanu została zmapowana” – dodał.

Powód, jak zauważył Feldman, w dużej mierze sprowadza się do kosztów. Łodzie wyposażone w technologię sonarową mogą generować wygórowane wydatki. Samo paliwo może kosztować do 40 000 USD dziennie, powiedział Feldman.

Obecnie trwają jednak prace nad stworzeniem ostatecznej mapy dna oceanu, zwanej Seabed 2030.

Mimo to istnieją ogromne luki w tym, co wiadomo o głębinach morskich. Według Ocean Census, inicjatywy mającej na celu rejestrowanie i odkrywanie życia morskiego, spośród 2,2 miliona gatunków, które, jak się uważa, istnieją w ziemskich oceanach, tylko 240 000 zostało opisanych przez naukowców.

Jednak nie można wiedzieć na pewno, ile stworzeń morskich istnieje, zauważył Feldman.

„Możemy cały czas dokonywać szacunków, ale potem… udajesz się w nowe miejsce i odkrywasz zupełnie nowy rodzaj lub zupełnie nowy sposób życia” – powiedział.

Postęp technologiczny może sprawić, że eksploracja głębin oceanicznych przez człowieka stanie się niepotrzebna. Innowacje, takie jak roboty głębinowe, obrazowanie podwodne w wysokiej rozdzielczości, uczenie maszynowe i sekwencjonowanie DNA zawartego w wodzie morskiej pomogą przyspieszyć tempo i skalę odkrywania nowych form życia.

„Mamy lepsze mapy powierzchni Księżyca niż dna morskiego, ponieważ woda morska jest nieprzejrzysta dla radarów i innych metod, których używamy do mapowania lądów” – powiedział ekolog morski Alex Rogers, profesor biologii konserwatorskiej na Uniwersytecie Oksfordzkim w Wielkiej Brytanii. „Jednak 150 lat współczesnej oceanografii doprowadziło do lepszego zrozumienia wielu aspektów oceanu, takich jak zawarte w nim życie, jego chemia i rola w systemie Ziemi”.

Mapowanie oceanu „pomaga nam zrozumieć, w jaki sposób kształt dna morskiego wpływa na prądy oceaniczne i gdzie występuje życie morskie” – dodał Rogers. „Pomaga nam również zrozumieć zagrożenia sejsmiczne. Jest to więc podstawowa nauka fundamentalna o ogromnym znaczeniu dla ludzkiego dobrobytu”.

Zdrowie człowieka i badania naukowe

Uważa się, że ocean jest kopalnią związków chemicznych, a jego eksploracja doprowadziła do kilku przełomów biomedycznych.

Pierwszy lek pochodzenia morskiego, cytarabina, został zatwierdzony w 1969 roku do leczenia białaczki. Lek został wyizolowany z gąbki morskiej.

Prace nad związkami bioaktywnymi w jadzie szyszek, rodzaju mięczaków morskich, doprowadziły do ​​opracowania silnego środka przeciwbólowego zwanego zykonotydem (znanego w handlu jako Prialt).

Naukowcy opracowali PCR, czyli reakcję łańcuchową polimerazy, technikę szeroko stosowaną do kopiowania nici DNA, za pomocą enzymu wyizolowanego z drobnoustroju znalezionego w morskich kominach hydrotermalnych. A zielone białko fluorescencyjne obserwowane w meduzach pozwala naukowcom obserwować procesy, które kiedyś były niewidoczne, w tym rozprzestrzenianie się komórek rakowych i rozwój komórek nerwowych.

To tylko kilka przykładów. Naukowcy twierdzą, że ocean i życie w nim zawarte mogą dostarczyć odpowiedzi na niektóre z największych wyzwań medycyny, takich jak oporność na antybiotyki. Badanie morza może również powiedzieć nam, jak ewoluowało życie.

„Ocean zawiera znacznie więcej głębokich gałęzi życia, które ewoluowały na Ziemi przez 4 miliardy lat, więc życie morskie może nam wiele powiedzieć o ewolucji zarówno całych organizmów, jak i określonych systemów biologicznych, takich jak geny rozwojowe i układ odpornościowy” Rogers powiedział e-mailem.