Brytyjska inicjatywa Mid-Ocean Ridge
Brytyjska inicjatywa Mid-Ocean Ridge (program BRIDGE) była multidyscyplinarnym badaniem naukowym dotyczącym powstawania skorupy ziemskiej w głębokich oceanach. Był finansowany przez brytyjską Radę ds. Badań nad Środowiskiem Naturalnym ( NERC ) w latach 1993-1999.
Grzbiety śródoceaniczne
Grzbiety śródoceaniczne to aktywne łańcuchy górskie wulkaniczne wijące się przez głębiny ziemskich oceanów. Występują tam, gdzie krawędzie płyt tektonicznych Ziemi oddzielają się, pozwalając skałom płaszczowym wznieść się na dno morskie i stwardnieć, tworząc nową skorupę . Dodanie tej skorupy może spowodować poszerzenie basenów oceanicznych prostopadle do grzbietu. To rozszerzanie się dna morskiego jest motorem dryfu kontynentów . W pewnych odstępach wzdłuż grzbietów śródoceanicznych z dna morskiego wydobywają się przegrzane, bogate w minerały płyny. Te kominy hydrotermalne są zamieszkane przez gatunki zwierząt i bakterii, których nie ma nigdzie indziej na Ziemi.
W ramach projektu BRIDGE zbadano geologiczne położenie grzbietu, geochemię płynów wentylacyjnych oraz sposoby przetrwania społeczności biologicznych w tym pozornie nieprzyjaznym środowisku. Aby to osiągnąć, w ramach programu opracowano nowatorskie technologie głębinowe do wdrażania ze statków nawodnych i załogowych łodzi podwodnych. Przeprowadzono również badania eksperymentalne dotyczące mechanicznego i chemicznego charakteru skał i leżącej pod nimi skorupy w tych aktywnych regionach wulkanicznych. Skala badań wahała się od szeroko zakrojonych badań regionalnych mapujących niezbadane dno morskie po analizy mikroskopowe i chemiczne w poszczególnych miejscach wentylacji. Aby osiągnąć cele programu, prace koncentrowały się na pięciu kontrastujących ze sobą lokalizacjach: Grzbiecie Środkowoatlantyckim na 24–30° szerokości geograficznej północnej; Grzbiet Środkowoatlantycki na 36–39 ° N; Islandia i Grzbiet Reykjanes na południowym zachodzie; basen łuku wstecznego Scotia (południowo-zachodni Atlantyk); i dorzecze Lau (południowo-zachodni Pacyfik). Na tych obszarach przeprowadzono intensywne badania lokalne.
Tło dla MOSTU
Pomysł na brytyjski program badań grzbietów śródoceanicznych został opracowany przez profesorów Joe Canna z Leeds University i Rogera Searle'a z Durham University po tym, jak uczestniczyli oni w spotkaniu w Oregonie w 1987 r., gdzie pomysł amerykańskiego programu badań grzbietów śródoceanicznych (RIDGE program) był w trakcie opracowywania. W Zjednoczonym Królestwie naukowcy z wielu dziedzin już badali grzbiety śródoceaniczne, ale uznano, że badania te można lepiej zintegrować, aby stworzyć nowe multidyscyplinarne podejście, które dałoby wyniki o szerszym znaczeniu.
Znakowanie badań „BRIDGE” rozpoczęło się, zanim rada naukowa starała się o fundusze na formalny program. BRIDGE został wymieniony z nazwy w The Independent w lutym 1989 roku. W tym czasie społeczność naukowców zajmujących się tą dziedziną nazywała siebie Konsorcjum BRIDGE. Rejsy naukowe po głębokich oceanach były identyfikowane jako rejsy BRIDGE do 1990 r. Pierwszy biuletyn BRIDGE ukazał się w 1991 r.
Gdy pomysł BRIDGE został zrealizowany, złożono wniosek o dofinansowanie do Rady ds. Badań nad Środowiskiem Naturalnym. To się powiodło iw 1993 roku rozpoczęto pełne finansowanie programu, który miał trwać do 1999 roku. Ostateczny budżet wyniósł 13 milionów funtów.
Celuje
- Inwestowanie w brytyjskie badania grzbietów śródoceanicznych, aby zwiększyć zarówno umiejętności ludzkie, jak i zasoby instrumentów
- Wykorzystanie zarówno istniejących możliwości, jak i nowo opracowanych instrumentów do rozwiązania niektórych podstawowych problemów naukowych związanych z grzbietami śródoceanicznymi
- Rozszerzenie badań grzbietów śródoceanicznych w Wielkiej Brytanii, aby obejmowały szerszy zakres umiejętności i nowych technik
- Poszukiwanie zarówno bezpośrednich, jak i pośrednich korzyści komercyjnych z badań grzbietów śródoceanicznych
- Współpraca z innymi programami krajowymi w celu maksymalizacji korzyści płynących z działalności brytyjskiej
Ten ostatni cel został osiągnięty bezpośrednio i poprzez uczestnictwo w międzynarodowej sieci InterRidge .
Cele
- Podejmować kluczowe obserwacje, eksperymenty i modelowanie mające na celu rozwiązanie podstawowych problemów naukowych
- Przeprowadzenie podstawowych badań niezbędnych do lokalizacji zarówno badań regionalnych, jak i lokalnych
- Aby opracować nowe oprzyrządowanie morskie do użytku w eksperymentach
- Aby uzyskać dostęp do pojazdów badawczych i instrumentów niezbędnych do podjęcia nauki
- Aby przyciągnąć naukowców z różnych dyscyplin do udziału w badaniach grzbietów śródoceanicznych
- Konsultowanie się z brytyjską społecznością zajmującą się instrumentami morskimi w celu udoskonalenia wymagań i możliwości nowych instrumentów
- Dążenie do aktywnego zaangażowania brytyjskiej społeczności biotechnologicznej w badania grzbietów śródoceanicznych
- Konstruować i aktualizować plany, które umożliwiłyby osiągnięcie tych celów i celów
Problemy naukowe
Spośród szerokiego zakresu problemów naukowych, które można rozwiązać, badając grzbiety śródoceaniczne, BRIDGE zidentyfikował sześć, które miały największe znaczenie dla badań w Wielkiej Brytanii.
- W jaki sposób trójwymiarowa struktura grzbietów śródoceanicznych, a zwłaszcza ich segmentacja przez uskoki transformacyjne i podobne cechy, odnosi się do właściwości fizycznych i dynamiki leżącego pod spodem płaszcza Ziemi?
- Czy geochemia law, które wybuchły na grzbietach śródoceanicznych, może dać wgląd w skalę i pochodzenie heterogeniczności w leżącym poniżej płaszczu?
- Jaka jest natura magmowego systemu wodociągowego w skorupie i górnym płaszczu poniżej grzbietów śródoceanicznych?
- W jaki sposób szybkość przepływu i skład geochemiczny płynów hydrotermalnych czarnego palacza zmienia się w czasie i co powoduje tę zmianę? Czy może to pomóc nam lepiej zrozumieć pochodzenie złóż rudy na lądzie?
- W jaki sposób bakterie żyjące wokół gorących źródeł czarnego palacza przeżywają wysokie temperatury i toksyczne środowisko? Czy te możliwości można wykorzystać w biotechnologii?
- W jaki sposób procesy chemiczne i biologiczne na polach wentylacyjnych czarnego palacza wpływają na globalny przepływ gatunków chemicznych do iz oceanu? Czy poziomy składników odżywczych w oceanach są częściowo kontrolowane przez grzbiety śródoceaniczne?
Struktura programu
Nauka
Cele naukowe i cele programu były kierowane przez międzynarodowy komitet sterujący, który spotykał się dwa razy w roku. W ramach programu zorganizowano serię corocznych rund finansowania, do których naukowcy i inżynierowie w tej dziedzinie składali propozycje badań. Po dokonaniu wzajemnej oceny każdej propozycji przez niezależnych sędziów komitet sterujący sklasyfikował najwyżej ocenione propozycje pod względem ich wartości naukowej i wkładu w realizację celów programu. Ta krótka lista została następnie zarekomendowana NERC w celu uzyskania finansowania.
Kierownictwo
Od 1993 do 1995 zarządzanie programem (codzienna administracja i nadzór nad budżetem) była przejęta przez centralę NERC w Swindon . Oddzielna rola koordynatora ds. nauki (obejmująca między innymi odpowiedzialność za rozszerzenie konsorcjum BRIDGE, organizowanie krajowych konferencji i wydawanie biuletynu) została ulokowana na Uniwersytecie w Leeds, gdzie główny naukowiec BRIDGE, Joe Cann, był przewodniczącym Nauk o Ziemi .
W 1995 NERC zaczął zlecać zarządzanie programami dla swoich dużych programów. Kierownictwo programu BRIDGE przejęło rolę koordynatora nauki i wyznaczono nowego kierownika programu z siedzibą na Uniwersytecie w Leeds. Biuro Leeds BRIDGE było ośrodkiem programu do końca marca 1999 r., po czym zakończeniem programu zarządzał NERC.
Treść programu
BRIDGE sfinansował 44 projekty badawcze: 4 multidyscyplinarne; 15 geologia; 6 biologia; 11 badań środowiska hydrotermalnego na polach wentylacyjnych (9 na dnie oceanu i 2 nad słupem wody); oraz 8 projektów inżynieryjnych w celu opracowania wymaganych technologii. W programie uczestniczyło ponad 200 naukowców z 28 ośrodków badawczych w Wielkiej Brytanii. W ramach projektu BRIDGE zorganizowano 26 głębokich rejsów badawczych na Ocean Atlantycki, południowo-zachodni Atlantyk, południowo-wschodni Pacyfik, południowo-zachodni Pacyfik i Ocean Indyjski, z których 18 było bezpośrednio finansowanych z programu.
Wyniki
Aby omówić i opublikować wyniki programu BRIDGE zorganizował własne konferencje naukowe na Uniwersytecie w Durham (1991), Instytucie Nauk Oceanograficznych Deacon Laboratory ( IOSDL ), Wormley (1992), Leeds University (1993), Uniwersytecie Oksfordzkim (1994), Geological Society of London (1994, 1995 i 1997), Cambridge University (1996), Southampton Oceanography Centre (1997) i Bristol University (1998). Ponadto badania BRIDGE były przedstawiane na innych spotkaniach krajowych i międzynarodowych, na przykład: na spotkaniu Towarzystwa Królewskiego Mid-Ocean Ridges: Dynamics of Processes Associated with Creation of New Ocean Crust (1996), roczniku British Association for the Advancement of Science z 1996 r. festiwalu nauki w Birmingham w sesji BRIDGE zatytułowanej Abyssal Inferno: Seafloor wulkanes, hot vents and egzotic life at the mid-ocean ridges , w Geoscience 98 , Keele University (1998), na spotkaniu Technology for Deep-Sea Geological Investigations at the Geological Society of London (1998) oraz na spotkaniach Amerykańskiej Unii Geofizycznej .
Trzy z konferencji BRIDGE zaowocowały wydaniem książek przez Towarzystwo Geologiczne w Londynie, przedstawiających bardziej szczegółowo wiedzę naukową przedstawioną na spotkaniach.
W trakcie trwania programu szybka publikacja wyników odbywała się za pośrednictwem biuletynu BRIDGE . W stylu było to czasopismo akademickie (ale bez recenzowania ) zawierające wyniki naukowe BRIDGE wraz z ogłoszeniami z konferencji, raportami ze spotkań, raportami z rejsów, aktualizacjami z programów grzbietu środkowego oceanu innych krajów oraz ogólnymi wiadomościami istotnymi dla tej dziedziny badań . Ukazywał się dwa razy w roku wiosną i jesienią. Pierwszy numer ośmiu zszytych arkuszy ukazał się w sierpniu 1991 r., Ale po rozpoczęciu finansowania przez NERC został wydrukowany i oprawiony komercyjnie. W numerze 10, wydanym w kwietniu 1996 r., rozrósł się do 100 stron i był dystrybuowany do ponad 600 badaczy i zainteresowanych stron w 20 krajach. Ostatni biuletyn, nr 17, ukazał się jesienią 1999 roku jako magazyn The Fiery Deep, Exploring a New Earth, podsumowujący program i jego dotychczasowe wyniki. 16 listopada 1999 r. w Muzeum Historii Naturalnej w Londynie wyniki te zostały zaprezentowane zaproszonym gościom na uroczystym zakończeniu spotkania programowego.
Po zakończeniu programu Joe Cann poinformował: „Dzięki inicjatywie BRIDGE kilka grup brytyjskich naukowców znajduje się w czołówce międzynarodowych badań nad grzbietami śródoceanicznymi. Specjalizacje tych naukowców obejmują geofizykę morską i geodynamikę , oceanografii fizycznej i chemicznej, po biologię morską”. „Każdy obszar odniósł sukces. Oto kilka przykładów. Znaleźliśmy nowe zbiorniki stopionej skały pod dnem oceanu, gdzie się ich nie spodziewano. Odkryliśmy duże pola gorących źródeł, gdzie zgodnie z ówczesną mądrością nie powinno ich być. dziwny cykl życia ślepych krewetek żyjących wokół gorących źródeł na Atlantyku. Zrobiliśmy sonarowe zdjęcia pierwszego z rodziny ogromnych uskoków, które przecinają dno oceanu, wydobywając głębokie skały na powierzchnię. Pokazaliśmy, jak przepływ jednego dużych pól gorących źródeł zostało dotknięte naukowymi odwiertami. Prześledziliśmy relacje między zwierzętami w społecznościach gorących źródeł w górę iw dół Atlantyku. Zbudowaliśmy też nowe instrumenty, które mogą działać w tych wrogich regionach”.
Dziedzictwo
Oprócz wyników badań, które wciąż są cytowane, program BRIDGE pozostawił interdyscyplinarną społeczność naukowców zajmujących się głębinami oceanicznymi z udokumentowanym dorobkiem współpracy i nowym sprzętem do pracy na głębokości ponad 3500 metrów.
Wyposażenie BRIDGE
Firma BRIDGE zakupiła dla brytyjskiej floty badawczej echosondę wielowiązkową firmy Simrad do mapowania dna morskiego ze statku nawodnego. Aby zwiększyć szczegółowość wszystkich interesujących obszarów geograficznych, sfinansowano również modernizację istniejącego brytyjskiego holowanego instrumentu dna oceanicznego (TOBI) , który tworzył obrazy 3D dna morskiego podczas holowania 300 m nad dnem oceanu. TOBI został zmodyfikowany w celu zwiększenia jego rozdzielczości, dodania żyrokompasu i trójskładnikowego magnetometru do pomiaru pola magnetycznego skały dna morskiego, po której był holowany.
Instrument BRIDGE Towed (BRIDGET) został opracowany do polowania i badania pióropuszy ciepłych, bogatych w minerały płynów unoszących się do słupa wody z pól wentylacyjnych. Ten „sniffer gorących źródeł” był holowany na głębokość za statkiem w obszarach, w których podejrzewano występowanie pól wentylacyjnych, i dostarczał geochemiczne z powrotem na statek w czasie rzeczywistym.
Po wykryciu pól płyny wydobywające się z dna morskiego można było badać bezpośrednio za pomocą instrumentu MEDUSA . Wdrożony przez pojazd głęboko zanurzony , można go umieścić nad poszczególnymi otworami wentylacyjnymi na dłuższy czas, aby rejestrować charakterystykę płynów w miarę ich wynurzania. Pod koniec programu BRIDGE zbudowano sześć instrumentów MEDUSA dzięki funduszom BRIDGE, trzy kolejne zbudowano dla Geological Survey of Japan , a następna generacja była opracowywana dla różnych agencji amerykańskich, w tym NASA .
Do badania skał grzbietu środkowego oceanu opracowano nowe wiertło głębinowe, BRIDGE Drill , które oznaczało rdzeń podczas wiercenia. Oznaczenie rdzenia umożliwiło poznanie pierwotnej orientacji północ-południe rdzenia po jego usunięciu. Umożliwiło to określenie magnetycznego wyrównania skały, z której pobrano próbkę, dostarczając informacji o ruchach dna morskiego, które miały miejsce po uformowaniu się skały.
Aby zbadać rozprzestrzenianie się zwierząt znalezionych na polach wentylacyjnych, biolodzy opracowali próbnik planktonowych larw do analizy molekularnej (PLASMA) . Miało to na celu pobieranie próbek wody w celu wyłapywania rozpraszających się larw zwierząt żyjących wokół otworów wentylacyjnych. W razie potrzeby PLAZMĘ można pozostawić na dnie morskim w pobliżu pola wentylacyjnego przez okres do roku, pobierając próbki w zaprogramowanych odstępach czasu i zachowując wszelkie larwy do analizy DNA po odzyskaniu sprzętu.
Archiwum danych BRIDGE
BRIDGE zebrał i opracował: batymetrię wielowiązkową , obrazowanie sonarowe , dane sejsmiczne , dane elektromagnetyczne , grawimetrię , petrologię (w tym przekroje skał, rdzenie, osady i dane analityczne), oceanografię chemiczną i fizyczną (próbki i dane analityczne), makro- i mikrobiologię (próbki , film i dane analityczne); modele numeryczne i zapisy audiowizualne . Z myślą o przyszłych badaczach archiwum danych BRIDGE zostało złożone w brytyjskim Narodowym Centrum Oceanografii w Southampton .