по истории и философии науки На тему: “История развития системы получения и моделирования данных об океане” (стр. 1 из 6)

Мировой океан – основной обогреватель нашей планеты, поверхностный слой океана содержит столько же тепла, сколько вся атмосфера. Океан влияет на формирование климата Земли как ничто другое. Для того чтобы понять и объяснить это влияние ученые всегда обращались к наблюдениям. Многочисленные экспедиции, проведенные со времен Челленджера (1873 г.) должны были дать хорошее описание процессов, происходящих в океане. Их результаты действительно впечатляющи: в настоящее время, впервые в истории наблюдения за океанами мира осуществляются рутинным и систематическим образом, как с помощью спутников, так и с помощью технологий сбора данных “в среде”. Наличие этих наблюдений привело к быстрому процессу в деле анализа и прогнозирования состояния мирового океана, а также к углублению на новой основе научного понимания изменчивости океана и роли океанов в формировании погодных условий и климата. Эта информация и соответствующие знания помогают решить широкий круг связанных с обществом проблем [1]:

• сезонные прогнозы ENSO (южные колебания Эль-Ниньё) и других аномалий;

• прогнозы климатических условий;

• изменения в подъеме уровня моря;

• изменения температуры, солености и кислотности верхних слоев в океане;

• изменения в экосистемах и рыболовстве;

• изменения в поглощении углеводорода океаном.

Сотни экспедиций были проведены во всех океанах, несмотря на это большая часть океана до сих пор осталась малоисследованна.

К 2000 году большинство районов океана исследовалось от поверхности до дна только один раз. Некоторые районы, такие как Атлантика, исследовались таким образом трижды: во время международного геофизического года (1959), во время Geochemical Sections cruises в начале 70х, и во время World Ocean Circulation Experiment с 1991 по 1996 годы. Накопленных измерений океана недостаточно для того чтобы предсказывать его изменчивость и реакцию на различные внешние силы. Отсутствие репрезентативных наблюдений – наибольший источник ошибок в понимании океана.

Еще одним источником ошибок является высокий уровень нелинейности физических процессов, протекающих в океане и сильная взаимосвязь физических, химических и биологических процессов в нем. Например уровень солености, химический параметр, влияет на точку замерзания, физический параметр, которая влияет на характер течений, а характер течений влияет на перенос биологического материала, такого как планктон. Именно поэтому примерно с 1995 года наука рассматривает океан не как набор отдельных, малосвязных между собой, процессов, а как единую сложную систему, небольшое изменение которой в одном параметре может привести к катастрофическим последствиям. Существуют подозрение, что таяние ледников Гренландии может привести к небольшому опреснению вод Атлантики, что повлечет за собой остановку такого течения, как Гольфстрим, который, являясь термохалинным течением, прекратится в случае выравнивания уровня солености у берегов Мексиканского залива и Европы.

Для того чтобы заметить такие изменения, как например изменения солености, необходимы сверхвысокоточные приборы, способные уловить изменения в сотых долях промилле. Для правильного анализа наблюдений, в свою очередь, требуется постоянный мониторинг состояния океана, как со спутников, так и проводимый в фиксированных пунктах и на исследовательских судах.

Краткая история наблюдений за океаном

Наши знания о существовании океанских течений, ветров и приливов насчитывают тысячи лет. Полинезийские мореплаватели совершали торговые путешествия на большие расстояния в Тихом океане уже в 4000 до нашей эры. Пифейцы в 325 году до н. э. исследовали Атлантику от Италии до Норвегии. Арабские торговцы в Средние века использовали свои знания о ветрах и течениях в Индийском океане, для того чтобы установить торговые связи с Китаем, а позже с Занзибаром на Африканском побережье. Связь между приливами и луной с солнцем была описана в Самоведе, документе индийской Ведической религии, между 2000 и 1400 годами д.н.э.[17]

Современные европейские знания об океане начинаются с исследовательских экспедиций Бартоломео Диаша (1487–1488), Христофора Колумба (1492–1494), Васко да Гама (1497–1499), Фернанда Магеллана (1519–1522), и многих других. Они заложили основы для появления в начале 16 века глобальных торговых маршрутов, протянувшихся от Испании до Филиппин. Эти маршруты были основаны на хороших знаниях о пассатах, западных ветрах и западных прибрежных течениях в Атлантическом и Тихом океанах

За первыми европейскими исследовательским экспедициями вскоре последовали научные экспедиции, которыми руководили (среди многих других) Джеймс Кук на кораблях Эндевор, Резолюшн и Эдвенчер, Чарльз Дарвин (1809–1882) на Бигле, сэр Джеймс Кларк Росс и сэр Джон Росс, которые проводили исследования в Арктике и Антарктике с кораблей Виктория, Изабелла и Эребус, а также Эдвард Форбс (1815–1854), который изучал вертикальное распределение жизни в океанах. Другие собирали вместе наблюдения и строили различные карты, так Эдмонд Халлей нарисовал карты пассатов и муссонов, а Бенджамин Франклин нанёс на карту Гольфстрим.

Переворотом в этой череде несистематизированных исследований стала экспедиция Челленджера 1873 г. Судно было оснащено биологическими и химическими лабораториями, лебёдками, средствами для измерения глубин, взятия проб грунта и воды, определения температуры воды. За три года экспедиции Челленджер прошел свыше 70 тыс. морских миль, сделал 492 промера глубины, 362 измерения температуры воды, взял 133 пробы грунта и произвел 151 траление. Биологами Челленджера было открыто около 4000 новых видов [13]. По результатам экспедиции была издана книга “Report Of The Scientific Results of the Exploring Voyage of H.M.S. Challenger during the years 1873-76”, которая оценивалась современниками как самый большой прогресс в знаниях о нашей планете со времён Великих Географических открытий.

Современная наука использует целый комплекс наблюдений: среди которых и судовые наблюдения, и буйковые станции, и наблюдения со стационарных постов в портах, и данные со спутников, и данные глубоководных спускаемых аппаратов. Все поступившие данные усваиваются различными моделями океана и климата. После усвоения данных модели производят диагноз, т.е. расчетные значения параметров, которые не были измерены и дают прогноз состояния океана с различными заблаговременностями в зависимости от типа модели. Полученными таким образом данными пользуются различные инженерные и исследовательские организации для проведения проектировочных, исследовательских и других типов работ.

Учитывая вышеперечисленное исследование океана можно условно разделить на периоды [2].

1) Период поверхностной океанографии: с древнейших времён до 1873. Этот период характеризуется систематизацией наблюдений за ветрами, течениями, волнами, температурой и другими явлениями, поддающимися наблюдению с палубы корабля. Известными примерами являются карты пассатов составленные Халлеем и карта Гольфстрима составленная Франклином.

2) Период глубоководных исследований: 1873–1914. Характеризуется различными по значимости океанографическими экспедициями, направленными на выяснение поверхностных и глубинных характеристик. Основным примером здесь является экспедиция Челленджера (1873-1876 гг.), но можно рассматривать также экспедиции Газели и Фрама.

3) Период национальных систематических исследований: 1925–1940. Характеризуется детальным исследованием странами своих и подконтрольных им областей. Как примеры можно привести изучение Атлантики Метеором и экспедицию Дискавери.

4) Период новых методов: 1947–1956. Характеризуется длительными исследованиями с использованием новых инструментов, составляются карты морского дна, детальные карты течений. Как пример можно привести сейсмическое изучение Атлантики с судна Вема.

5) Период международного взаимодействия: 1957–1978. Характеризуется многонациональными исследованиями океанов и процессов в них происходящих. Примеры: Программа Атлантический Полярный Фронт, исследования с одновременным участием нескольких десятков кораблей – “Полигон-70”, MODE, POLYMODE, NORPAX и JASIN, в результате которых были открыты и детально изучены океанические вихри.

6) Период спутников: 1978–1995. Появляется новая область океанологии – спутниковая океанология, период характеризуется глобальными исследованиями процессов в океане из космоса. В качестве примеров можно рассматривать исследовательские спутники: Seasat, NOAA 6–10, NIMBUS-7, Geosat, Topex / Poseidon и ERS-1, ERS-2.