Was darunter liegt

Die Krustenplatten, die unter dem kilometerlangen Ozean liegen, sind in ständiger Bewegung und verschieben sich unmerklich jede Sekunde. Aber die Seismologen, die sie verfolgen, mussten sich auf einen Untersuchungsplan verlassen, der vom Kalender und nicht von der Uhr vorgegeben wurde.

An ihrer Routine hat sich seit Jahrzehnten nichts geändert: Sie steigen regelmäßig an Bord von Forschungsschiffen, die bei schönem Wetter zu Offshore-Standorten fahren, lassen eine Reihe von Sensoren fallen und kehren Wochen oder Monate später zurück, um die aufgezeichneten Daten abzurufen.

Das grundlegende Problem bei solchen Erfassungsmethoden besteht jedoch darin, dass sie jede Echtzeitanalyse verhindern und Meeresseismologen oft im Dunkeln lassen, wenn sich die aktuellen Ereignisse entwickeln. Diese Tage können sich jedoch ändern. Das Zusammentreffen von Fortschritten in der Sensortechnologie, faseroptischen Kommunikation und Software, die das empfindliche Gleichgewicht der Unterwasserinstrumentierung verwaltet, hat permanente Ozeanobservatorien zur Realität gemacht.



Prototypen sind jetzt vor den Küsten der USA und Japans im Einsatz.

Angesichts der neuen Aufmerksamkeit auf ihre Bemühungen infolge der durch den Tsunami in Südasien verursachten Verwüstungen warnen Ozeanographen und Seismologen davor, dass die Fähigkeit, Erdbeben- und Tsunami-Risiken vorherzusagen, ein fernes Ziel bleibt. Aber die Erfassung von Echtzeitdaten aus den weitgehend unerforschten Teilen der Erdkruste unter den Weltmeeren wird einen noch nie dagewesenen umfassenden Einblick in seismische Unterwasseraktivitäten ermöglichen.

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Der Wandel in der Meeresforschung, der aus diesem neuen Wissen resultieren wird, wird laut Forschern nur tektonisch sein.

Die neuen Informationen werden für die Erforschung des Ozeans genauso grundlegend sein wie Satelliten für die Erforschung der Erde, sagt Frank Rack, Direktor der Ozeanbohrprogramme der Joint Oceanographic Institutions (JOI), eines Forschungskonsortiums mit Sitz in Washington, D.C.

JOI wurde 1976 gegründet und ist eine gemeinnützige Vereinigung von 20 akademischen Einrichtungen, die in der Forschung in den Bereichen Meeresgeologie, Geophysik und Ozeanographie zusammenarbeiten.

Bis vor kurzem mussten Meeresseismologen auf die Forschungsvorteile verzichten, die ihnen die permanenten Observatorien ihrer landgestützten Kollegen bieten. Schiffsbasierte Überwachung ist von Natur aus temporär. Um die langfristigen physikalischen, chemischen und biologischen Veränderungen im Ozean zu untersuchen, bedarf es einer etablierten Basis auf und unter dem Meeresboden.

Das Ozeanbohrprogramm des JOI hat dazu beigetragen, die Lücke zu schließen und laut Rack 20 seismische und hydrologische Observatorien auf Meeresbasis zu schaffen. Durch das Tunneln von Tausenden von Metern unter dem Meeresboden und das Auffüllen der 10 bis 30 Zoll breiten Bohrlöcher mit Messgeräten, die Bewegung, Druck und Temperatur erfassen, konnten die Forscher die Qualität des aufgezeichneten Signals verbessern.

Es ist eine ruhigere Umgebung für Seismometer, weg von den Störungen durch Wind und Wasserströmungen und in der Lage, subtilere Ereignisse zu erkennen, sagt Rack.

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Aber die Observatorien sind immer noch auf Batteriestrom angewiesen und benötigen ferngesteuerte Fahrzeuge, um die Daten abzurufen. Das hinterlässt bei den Wissenschaftlern und Forschern immer noch eine beunruhigende Lücke zwischen dem Auftreten von Ereignissen und ihrer Entdeckung.

Eine bessere Antwort könnte in den Bemühungen liegen, das Studium der Meeresseismologie und anderer Geowissenschaften mit drahtlosen und optischen Netzwerken zu verbinden, die von der National Science Foundation (NSF) unterstützt wurden. Die Agentur hat in den nächsten fünf Jahren 250 Millionen US-Dollar für die ehrgeizigen Bemühungen zur Entwicklung eines Netzwerks von Meeresbodenobservatorien bereitgestellt, das als Ocean Research Interactive Observatory Networks (ORION) bezeichnet wird.

Zu den schwierigsten Aspekten des ORION-Programms gehört die Verwaltung der Echtzeitdatenströme, die von Tausenden von Instrumenten generiert werden, sagt John Orcutt, stellvertretender Direktor der Scripps Institution of Oceanography und führender Forscher der Middleware, die das ORION verwalten wird System.

In der Geophysik richten Sie normalerweise Instrumente ein, um eine Messung durchzuführen und die Ergebnisse aufzuzeichnen, oder Sie wählen eine Telefonleitung ein und laden die Daten von Zeit zu Zeit herunter, sagt Orcutt. Aber jetzt können wir ein Datenraster von Sensoren erstellen, die alle ihre Daten an das System weiterleiten.

Der knifflige Teil besteht darin, intelligent mit den Sensoren zu interagieren. Das ist etwas, was nicht viel getan wurde. Wir verwenden es für die Seismologie, aber es ist auf die Meteorologie und Ozeanographie anwendbar – alle möglichen Bereiche, in denen Sie Instrumente aus der Ferne verwenden.

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Während der NSF-Zuschuss die Grundlagenforschung abdeckt, wies Orcutt darauf hin, dass die potenzielle kommerzielle Anwendung die Verkehrssteuerung umfassen könnte, mit Sensoren, die unter den Straßen vergraben sind und den Fahrern intelligente Anweisungen geben können.

Selbst die NASA, die viele Instrumente aus der Ferne verwalten muss, musste sich mit nichts dieser Größenordnung auseinandersetzen, sagt Alan Chave, leitender Wissenschaftler an der Woods Hole Oceanographic Institution.

Chave sagt, dass ein Paradigmenwechsel für das Studium der Ozeane und der Meeresseismologie bevorsteht, obwohl er nicht in seiner Generation oder vielleicht sogar in der nächsten sein wird.

Erfolg ist viel mehr als nur eine schrittweise Veränderung, stimmt Orcutt über die Fortschritte zu, die ORION bringen könnte. Es stellt eine Veränderung in der Ozeanographie dar.

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