Ein verbesserter Alvin bringt neue Ozeantiefe in Reichweite

Die tiefsten Regionen der Erdeizeen, die als Abgrund- und Hadal -Zonen bekannt sind, liegen mindestens so weit unter der Wasseroberfläche, wie der Gipfel des Mount Rainier über der Landoberfläche steigt. Diese großen Tiefen von 4.000 oder mehr Metern bilden eine der Erde am wenigsten erkundete Grenzen und leben einige seiner extremsten Umgebungen und Lebensräume.

Die Bedingungen in diesen Regionen – dem Drücken von Bühnen, Kalttemperaturen und dem gesamten Mangel an Sonnenlicht – verändern sich die physikalischen, chemischen und geologischen Phänomene, die dort sowohl vorhersehbar als auch überraschend auftreten [e.g., Marlow et al, 2021]. Sie unterstützen auch einzigartige Lebensformen Das – in der oben genannten sonnenbeschienenen Welt entfernt – durch alternative Energiequellen wie hydrothermale Lüftungsschlitze, Sicker und Walfälle.

Dieser Teil des Ozeans bleibt aufgrund der weitgehend unerforscht Technische Herausforderungen solche Tiefen zu erreichen. Potenzielle Entdeckungen in Abgrund- und Hadalregionen dunkler Sauerstoffkritisch Bodenschätzedruckadaptiert Extremophil Organismen, unterschiedliche Ökosysteme, archäologische Stätten (z. B. untergetauchte menschliche Artefakte, einschließlich Schiffswracks) und ansonsten unbekannte Landschaften – stimmen Sie ihre Anziehungskraft ein.

Ferne betriebene und autonome Fahrzeuge bieten wertvollen Zugang zu diesen Regionen. Es gibt jedoch keinen Ersatz für direkte Beobachtung des Menschen: Das situative Bewusstsein und die gezielte, empfindliche Stichprobe, die von Menschen besetzte Fahrzeuge (HOVs) ermöglicht werden, sind einzigartige Fähigkeiten.

Doch die geringe Anzahl von Fahrzeugen, die in der Lage sind, Abgrund- und Hadal -Tiefen zu erreichen – und die noch kleinere Untergruppe, die den Menschen sicher tragen kann -, leitet die Fähigkeit, sie zu erkunden.

Ein wesentliches Instrument für diese Erkundung ist das tiefe Untertiefungsfahrzeug Alvin, der am längsten operativste und produktivste Tiefsee-Tiefsee der Welt, bei dem mehr als 5.000 Tauchgänge über 60 Betriebsjahre abgeschlossen sind. Alvin vor kurzem unterzogen Ein signifikantes Upgrade, das es ihm ermöglicht, Tiefen von bis zu 6.500 Metern zu erreichen, was die vorherige Grenze von 4.500 Metern übertroffen hat.

Das Upgrade und ein Abschlussstein Wissenschaftsprüfungsexpedition (SVE) repräsentieren mehr als ein Jahrzehnt der Planung, der wissenschaftlichen und technischen Input sowie der technologischen Entwicklung, die neue Möglichkeiten für die Tiefseeforschung eröffnet haben. Mit Alvin haben Forscher jetzt Zugang zu rund 99% des Meeresbodens (Abbildung 1), wodurch persönliche Beobachtungen und Datenerfassung in Regionen ermöglicht werden, die zuvor von den Tauchgängen nicht erreichbar waren.

Direkter Erkunden des tiefen Ozeans direkt

Direkte Erkundung ist entscheidend für das Verständnis von tiefen Umgebungen. Piloten und Beobachter in einer HOV können den Bereich um sie herum sehen, intuitiv Entfernungen wahrnehmen und die Bewegung der Triebwerke und Roboterarme spüren, wenn sie Proben sammeln. Diese sensorischen Inputs helfen ihnen, räumliche Beziehungen zwischen Merkmalen sowie Wasserströme und den Zustand der Proben zu verstehen, während sie gesammelt werden.

Da ein von Menschen besetzter Taucher nicht mit einem Kabel mit einem Oberflächenschiff verbunden ist, ist es außerdem ein vielseitiges und flinkes Erkundungswerkzeug. Eine HOV kann die Richtung schneller ändern als ein aus der Ferne betriebenes Fahrzeug, ohne dass ein Schiffsbewegung erforderlich ist, und sie kann steilere, komplexere Bereiche untersuchen, ohne auf die Einschränkungen eines Tethers und eines Oberflächengefäßes zu stoßen, wenn auch normalerweise mit kürzeren Tauchzeiten.

Eine solche Erkundung ist besonders erforderlich, um beispielsweise Basisinformationen bereitzustellen, mit denen wir bewerten können, ob sich humaninduzierte globale Veränderungen-wenn ja, beeinflussen, die tiefen Ökosysteme in verschiedenen Tiefen beeinflussen. Solche Effekte werden in den meisten Meeresumgebungen bereits näher an der Oberfläche ausgesprochen.

Alvin ist im Besitz der US -Marine und zertifiziert im Submarine Safety Program (SUBSAFE) der Marine, ist jedoch Teil der National Deep Submerce -Einrichtung der National Science Foundation (NDSF), die an der Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) veranstaltet wird. Betrieben von whoi seit seiner Inbetriebnahme im Jahr 1964 Alvin wird von vielen Forschungsorganisationen verwendet und steht seit langem an der Spitze der Tiefseeforschung. Es kann eine Vielzahl von logistischen und wissenschaftlichen Aufgaben durchführen, insbesondere, wobei Beobachter dazu transportieren, Standorte zu studieren, Mapping und fotografische Umfragen durchzuführen und Proben mit ihren Roboterarmen zu sammeln.

Während seiner gesamten Lebensdauer hat Alvin zahlreiche Upgrades durchlaufen, um eine hochmoderne Forschungsplattform zu bleiben. Das jüngste Upgrade beinhaltete die Ausstattung mit einer neuen, größeren Personalkugel mit besserer Ergonomie und verbesserter Sichtbarkeit sowie verbesserter Triebwerke und einem fortschrittlicheren Befehl und Kontrollsystem. Neue hochauflösende Bildgebungssysteme und schnellere Datenerfassungsfunktionen wurden ebenfalls installiert, ebenso wie verbesserte Trägheitsnavigationsfunktionen, die eine sehr genaue Verfolgung von der Oberfläche zu Meeresboden ermöglichen, selbst in großer Tiefe, und eine neue wissenschaftliche Schnittstelle, die eine schnelle Integration von Routine- und Romansensoren ermöglicht Für In-Sub-Betrachtung.

Die 2022 Science -Verifizierungsexpedition

Im Sommer 2022 puteten Alvin und seine verbesserten Systeme während seiner ersten SVE nach dem Upgrade [Soule et al., 2022]. Die Teammitglieder repräsentierten eine breite Palette von Disziplinen, Karrierephasen und persönlichen Hintergründen, und die Expedition umfasste einen großen Meilenstein in der US-amerikanischen Tiefseewissenschaft: Alvins erste Tauchgänge unter 6.000 Metern.

Insgesamt beteiligte die Expedition sechs erfolgreiche Tauchgänge in der Puerto Rico Graben auf fast 6.400 Meter Tiefe und neun entlang der Mid-Cayman Rise auf fast 6.100 Meter-Tiefe (Abbildung 2). Diese Gebiete, die für ihre extremen Tiefen und unterschiedlichen Bedingungen ausgewählt wurden, boten den neuen Systemen von Alvin einen strengen nachweisenden Gründe und boten die Möglichkeit, untererforschte Regionen zu studieren.

Während der Tauchgänge untersuchten Wissenschaftler verschiedene geologische Merkmale, darunter Verwerfungslinien, Erdrutsche, Aufschlüsse der alten ozeanischen Kruste, junge vulkanische Merkmale und aktive hydrothermale Entlüftungssysteme. Die Besatzung setzte auch komplementäre Tools wie CTD (Leitfähigkeit, Temperatur, Tiefe) ein, sowie ein autonomer Probenahmungslander [Muir et al., 2021] Dies verbesserte die Beobachtungs- und Probenahmefunktionen von Alvin auf 8.000 Meter.

Die Expedition 2022 ergab mehrere bedeutende wissenschaftliche Beobachtungen, die zu unserem Verständnis der geologischen Geschichte und Prozesse der Erde beigetragen haben, die den Meeresboden prägen. Im Mitte des Kaimans entdeckten Forscher an Bord von Alvin die tiefste sehr junge Welt der Welt (Rubin et al., 2023]ein wichtiger Befund für das Verständnis der Auswirkung von hohem Umgebungsdruck und niedriger Temperatur auf Eruptionsmechanismen.

Diese Forscher charakterisierten auch hochgradige metamorphe Gesteine ​​an mehreren Orten und sammelten Proben an den aktiven hydrothermalen Lüftungsschlitzen von von Damm und Beebe [German et al, 2010]die unterschiedliche Faunalgemeinschaften haben (Abbildung 3). Darüber hinaus hat das Wissenschaftsteam die ersten Stichproben der aktiven mikrobiellen Gemeinschaften in den Entlüftungsschornhalten wiederhergestellt und in diesen extremen Umgebungen Einblicke in das Leben eingerichtet.

Im Puerto Rico-Graben entdeckten Alvins Tauchgänge gut erhaltene geologische Strukturen auf steilen Felsgesichtern, einschließlich Proben der aufdringlichen ozeanischen Kruste [e.g., Rubin et al, 2022] gedacht, bis zu 100 Millionen Jahre alt zu sein [Klein et al, 2017]. Der Standort eignet sich gut für systematische Follow-On-Studien zu räumlich-zeitlichen Variationen, die während der Krustenakkretion und Veränderung am langsamen Mid-Atlantic-Kamm auftreten. Das Team dokumentierte auch Verhaltensanpassungen von Isopoden von Tiefwohn-Isopoden als Reaktion auf die jüngsten Aussehen von Sargassum im karibischen Meer [Peoples et al, 2024]eine bemerkenswerte Anpassung im tiefen Ozean an einen modernen ökologischen Wandel in den Oberflächengewässern.

Das Wissenschaftler und das Alvin -Betriebsteam von Piloten und Ingenieuren in der SVE bestätigten im Laufe dieser Tauchgänge die verbesserte Alvin -Bereitschaft zu Abgrund- und Hadal -Erkundungen. In der Tat erwies sich die neuen Fähigkeiten des Tauchgassinstruments, einschließlich verbesserter Bildgebung, verbesserter Manövrierfähigkeit und verbesserter Navigationsverfolgung, für den Erfolg der Mission unerlässlich.

Seit der SVE ist Alvin zu seiner regulären operativen Trittfrequenz zurückgekehrt und hat mehr als 100 Tauchgänge pro Jahr abgeschlossen. Diese Tauchgänge umfassten Expeditionen auf langfristige Studienorte zum Aufstieg des Ostpazifiks-wobei Forscher, die vom autonomen Unterwasserfahrzeugwechsel unterstützt wurden Im Guaymas -Becken, wo Wissenschaftler an einem zuvor bekannten Ort dramatisch verändert wurden (M. Joye, Personal Communication, 2024).

Eine nachfolgende Reihe von tiefen wissenschaftlichen Tauchgängen im Jahr 2024 erreichte im Aleuten im Aleuten fast 5.000 Meter, wo polychaetengestützte Versickerungen beobachtet wurden, um eine Vielzahl von Organismen wie Hydroiden, Foraminiferen, Bakterien und Folliculiniden, einschließlich möglicherweise neuer Artenentdeckungen, zu liefern L. Levin, persönliche Mitteilung, 2024).

Alvins Vermächtnis und Zukunft

Der tiefe Ozean ist ein Ort, an dem hoher hydrostatischer Druck biologische Anpassung, geologische Prozesse wie Vulkanismus und chemische Phänomene wie Mineral- und Erzbildung beeinflusst. Während seiner gesamten Geschichte hat Alvin-die aktivste Forschung der Welt und die einzigen USA, die in der Lage sind, solche extremen Tiefen zu erreichen, zu zahlreichen wissenschaftlichen Entdeckungen beigetragen, die mit diesen Prozessen zusammenhängen, sowie zu Erkundungen von Schiffswrecks und unbekannten Tiefseeumgebungen .

Zu den bemerkenswerten Beiträgen von Alvin zur Erforschung von Tiefsee gehören unter anderem die ersten Entdeckungen von submarinischen hydrothermalen Lüftungsöffnungen (auf dem Galapagos-Ausbreitungszentrum im Jahr 1977) und schwarze Raucher (bei 21 ° N auf dem Ostpazifikaufstieg im Jahr 1979), die Entdeckung von Methane sickert im Jahr 1984 entlang der Florida Escarpment, Bob Ballards berühmter Tauchgang von 1986 auf die Titanic und die erste Erkundung des einzigartigen hydrothermalen Feldes für verlorene Stadt im Jahr 2000.

Alvin hat auch die US-Führung bei der Erkundung von tiefem Ozean unterstützt und die Arbeit von mehr als 14.000 Mitarbeitern motiviert. In der SVE im Jahr 2022 war es ein Hauptbestandteil jeder unserer eigenen Tauchgeschichten, beispielsweise unauslöschlich zu unserer Forschung und Karriere beizutragen.

Die SVE beinhaltete jedoch nicht nur etablierte Wissenschaftler. Im Rahmen einer Betonung von Gerechtigkeit, Vielfalt und Inklusion in die wissenschaftliche Gemeinschaft umfasste es auch 11 Wissenschaftler für Frühkarriere, von denen die meisten zum ersten Mal in Alvin tauchten. Diese Wissenschaftler boten ihr Fachwissen in Geologie, Mikrobiologie, Biologie, hydrothermalen Aktivitäten und Ressourcenkartierung an und stammten aus ozeanografischen Institutionen, großen Forschungsuniversitäten und kleineren Lehrkollegs sowie aus der Regierung von Cayman Islands.

Der fortgesetzte Fokus auf Inklusivität in zukünftigen Expeditionen wird dazu beitragen, ein einladendes Umfeld für die nächste Generation von Forschern zu fördern, die Alvin verwenden, um unser Verständnis von biologischen, geologischen und chemischen Prozessen aus Tiefsee zu erweitern.

Die verbesserten Fähigkeiten von Alvin werden diesen Wissenschaftlern die Möglichkeit bieten, solche Prozesse ausführlicher zu untersuchen und dazu beizutragen, wie sich das Leben und die Erde selbst unter extremen Bedingungen entwickelt haben. Sie werden auch dazu beitragen, ein wesentliches Verständnis und Einblicke in die Frage, wie sich menschliche Aktivitäten zunehmend auf Umgebungen auswirken, einschließlich tiefloge Ökosysteme, die umfassende Bewertungen des globalen Wandels und wie wir diese Regionen verwalten könnten.

Während wir weiterhin die Grenzen der menschlichen Erforschung im Ozean tiefer überschreiten, bleibt Alvin ein kritisches Werkzeug und ein Symbol für die beständige Neugier und das Engagement für das Verständnis der Welt unter den Wellen.

Diese Geschichte wird mit freundlicher Genehmigung von EOS veröffentlicht, die von der American Geophysical Union veranstaltet wird. Lesen Sie die Originalgeschichte Hier.