Morja pod očesom sodobnih tehnologij

Ko sta oceanograf Toste Tanhua in njegova raziskovalna ekipa leta 2023 blizu Barcelone vzpostavila preizkusni sistem za spremljanje razmer v akvakulturi, so se vsi dobro zavedali, kakšno razdejanje je pred tremi leti povzročil močan vihar v tej regiji.

Vihar Gloria je januarja 2020 povzročil opustošenje v jugovzhodni Španiji, pri čemer je umrlo 13 ljudi in je nastalo za več milijonov evrov škode. V barcelonski luki so sedemmetrski valovi udarjali ob zaščitne nasipe. »V mislih smo imeli vihar Gloria,« je dejal Tanhua, oceanograf iz Centra za raziskovanje oceanov Geomar Helmholtz iz Kiela v Nemčiji. Sodeloval je v več kot 35 ekspedicijah za raziskovanje morja, med drugim na Arktiki, v Atlantskem oceanu in na Antarktiki.

Naravna nesreča v Španiji je pozornost usmerila na potrebo po izboljšanju evropskih sistemov za spremljanje oceanov in opozarjanje na ekstremne razmere. Kljub temeljnemu pomenu morskega okolja, z okoljskega in gospodarskega vidika, v sistemih za opazovanje oceanov in napovedovanje dogodkov še vedno ostajajo velike luknje. Tanhua je na čelu mednarodne ekipe raziskovalcev, ki poskušajo integrirati evropske nacionalne sisteme za opazovanje oceanov v globalni sistem. V okviru štiriletne raziskovalne pobude z imenom EuroSea, ki jo je financirala EU in se je končala decembra 2023, so raziskovalci poskrbeli za sodelovanje mednarodnih strokovnjakov in organizacij. Med njimi so bili tudi globalni sistem za opazovanje oceanov (GOOS), Svetovna meteorološka organizacija, mednarodna organizacija Mercator Ocean International in evropski globalni sistem za opazovanje oceanov (EuroGOOS).

V programu so med drugim pridobivali podatke za razvoj morskega programa Copernicus (CMEMS), ki je del širšega evropskega programa za satelitsko opazovanje Zemlje. Cilj storitve je zagotoviti podatke o pomembnih spremembah v svetovnih oceanih in okoli njih, od napovedovanja vedenja oceanov in vremena do zaznavanja dolgoročnih podnebnih in ekosistemskih sprememb.

V preteklosti je bila radovednost gonilo oceanske znanosti, saj so ljudje hoteli raziskovati oceane in njihove življenjske oblike, je poudaril Tanhua. »Zdaj pa opažamo potrebo po trajnem sistemskem opazovanju, ki lahko zagotavlja informacije za razumevanje zdravja oceanov, sprememb biotske raznovrstnosti in učinkov podnebnih sprememb.« Takšne operativne storitve so potrebne za prevoz po vodnih poteh in druge morske panoge, kot so akvakultura, vetrne elektrarne na morju in turizem.

Dolgoročna prizadevanja

Zametki storitve CMEMS segajo v zgodnejšo raziskovalno pobudo, ki jo je financirala EU, z imenom Mersea-Strand 1. Raziskovalna ekipa je namreč v letih 2003 in 2004 izvajala analizo prednosti in slabosti evropske operativne oceanografije in sistemov za asimilacijo podatkov. »Takrat so izvedli prvo srečanje vseh centrov za operativno oceanografijo v Evropi, da bi se pogovorili o razvoju povsem operativnega sistema za modeliranje oceanov in oceansko napovedovanje,« je pojasnil Pierre-Yves Le Traon, znanstveni direktor organizacije Mercator Ocean International. »Potrebujemo zmogljivosti programa Copernicus, da bi oceane lažje trajnostno upravljali, podpirali razvoj modrega gospodarstva in bolje varovali morske ekosisteme,« je še dodal. Prav tako je poudaril potrebo po boljšem razumevanju tega, kako podnebne spremembe spreminjajo oceane, da bi lahko napovedali njihovo dolgoročno evolucijo, se nanjo pripravili in se ji prilagodili.

Skrb za boljšo
kakovost podatkov

Tanhua je z raziskovalno ekipo projekta EuroSea raziskal načine, kako se lahko povežejo podatki iz različnih virov, da bi izboljšali splošno kakovost podatkov v sistemu EuroGOOS. Poleg lokacije za spremljanje akvakulture ob španski obali so raziskovalci podobno storitev zbiranja podatkov vzpostavili tudi v Irskem morju, da bi zagotovili podporo irskim ribogojcem. V obeh primerih so se odzivali na potrebe uporabnikov.

Na Irskem so se pri zbiranju podatkov usmerjali predvsem na spremljanje zdravja oceana, pri tem pa so med drugim merili ravni kisika in prisotnost škodljivega cvetenja morja. Njihove meritve so bile povezane z ravnmi hranilnih snovi v vodi in vročinskimi valovi. Raziskovalci v Španiji pa so se posvečali valovom, morskim tokovom in vetrovom. »Hoteli so razviti sistem za opozarjanje, ki bi jim omogočal, da se pripravijo na neugodne vremenske razmere,« je dejal Tanhua.

Na obeh lokacijah so uporabljali boje, opremljene s senzorji za merjenje kemičnih in fizičnih spremenljivk v oceanu. Te meritve so bile združene s podatki iz drugih sistemov za opazovanje v mreži Copernicus. Pred obalo Barcelone so proučevali predvsem, kako se valovi lomijo v pristaniščih in na plažah vzdolž katalonske obale in kako bi lahko morski gradbeni projekti spremenili plime in nevihtne valove, ter omogočili vpogled v to, kje bi morala obalna straža na podlagi lokalnih morskih tokov izvesti iskanje, če kdo pade v morje.

Kroženje vode

Tanhua je sicer specializiran za proučevanje kroženja vode s površja oceana v globine, pri čemer se topla voda prenaša v hladnejšo, zakrožijo tudi kisik, ogljikov dioksid, hranila. S pomočjo raziskovalnih poskusov EuroSea je ekipa pridobila boljši vpogled v ta proces in v vse njegove posledice za okolje. »Na voljo je bila tudi funkcija, ki nam je omogočila, da modeliramo, kako bi se razširila razlita nafta,« je pojasnil Tanhua.

»Oceani trenutno posrkajo več kot četrtino izpustov ogljikovega dioksida, ki jih je ustvaril človek,« je dodal Tanhua. Ocenjujejo, da to znaša od 10 do 12 milijard ton ogljikovega dioksida na leto oziroma približno tretjino njegovih letnih svetovnih izpustov iz fosilnih goriv in industrije. Da bi znanstveniki lahko natančno napovedali učinek podnebnih sprememb na svetovne oceane, morajo bolje razumeti morski ogljični krog. Jadralno brezpilotno plovilo na sončno energijo, opremljeno s senzorjem za ogljikov dioksid, je na morju preživelo več kot eno leto, pri čemer je prepotovalo približno 22.000 kilometrov sem ter tja po Atlantskem oceanu.

Digitalni dvojček

Na podlagi dosežkov storitve CMEMS in evropske mreže za pomorsko opazovanje in podatke znanstveniki zdaj razvijajo evropski digitalni dvojček oceana, pri čemer uporabljajo najnovejšo tehnologijo za opazovanje, modeliranje in umetno inteligenco. Platforma digitalnega dvojčka uporablja podatke v realnem času in pretekle podatke o oceanu ter izvaja modeliranje za ustvarjanje različnih scenarijev tipa »kaj, če«, je povedal Traon. »Kaj, če zmanjšam onesnaženje v določeni reki, kakšen učinek bi to imelo na ocean? Glede na različne scenarije podnebnih sprememb, kakšen bo učinek dviga morske gladine na obalo?« je naštel.

»Če bodo na voljo takšni modeli scenarijev podnebnih sprememb, bo to odločevalcem pomagalo, da bodo bolje upravljali oceane,« je sklenil Traon.

––––––––––––––––––

Raziskave, omenjene v članku, so financirane v okviru programa EU Obzorja. ​Članek je bil prvotno objavljen v reviji Horizon, reviji EU za raziskave in inovacije.