מדוע אנו צריכים למפות את קרקעית האוקיינוס?

יותר מ-96.5% ממימיו של כדור הארץ נמצאים באוקיינוסים, בעוד ש-3.5% הנותרים נמצאים באגמים ובנהרות [1]. במאמר זה אנו עומדים לדבּר על האופן שבו אנו מבצעים מיפוי של קרקעית האוקיינוסים, אולם אותה הטכנולוגיה משמשת גם בקנה מידה קטן יותר באגמים ובנהרות כדי למפות את האדמה שמתחת לגופי המים האלה.

מדוע אנו צריכים מפות של קרקעית האוקיינוס? התשובה המתבקשת ביותר היא כדי לסייע לספינות להתמצא בניווט. אף על פי שמרבית כלי השיט שטים על פני השטח של הים, הם צריכים להיות מודעים לסכנות שנמצאות מתחת לפני המים כמו סלעים או גדות רדודות, היכן שהם עשויים לעלות על שרטון. עבור כלי שיט שמתקדמים מתחת לפני המים כמו צוללות, חשוב אפילו יותר לקבל מפות מדויקות כך שהם יוכלו לנווט ולהימנע מסכנות. חשוב גם לדעת היכן הסכנות האלה נמצאות כשאנו מתכננים לבנות מבנים צמודים לחוף כמו רציפים או טורבינות רוח, כך שנוכל לדעת שהם בנויים על יסודות מתאימים. מפות של רצפת האוקיינוס מסייעות לנו להבין תהליכים כמו זרמים באוקיינוס. זרמי האוקיינוס הם מַסּוֹעִים של מים שנעים מהר, אשר מוּנעים על-ידי הבדלים בטמפרטורה ובמליחות של מקומות שונים באוקיינוס [2]. מערכת הזרם החזקה ביותר נקראת Antarctic Circumpolar Current, שהיא הזרם היחיד שמקשר את כל האוקיינוסים בעודו זורם סביב לעולם כולו [2]. מאפיינים שנמצאים מתחת למים כמו הרי געש וקניונים תת-ימיים, יכולים להשפיע על מסלולי הזרימה של הזרמים האלה. לכן, אם נדע מהם המאפיינים התת-ימיים האלה נוכל לחזות ביתר דיוק היכן יזרמו הזרמים האלה וכיצד הם יתנהגו. זרמים באוקיינוס הם חשובים מאוד גם מאחר שהם מסייעים לשלוט במזג האוויר ובאקלים שלנו. מפות של קרקעית האוקיינוס הן כלים חשובים למציאת תשובות למגוון רחב של שאלות מדעיות אחרות כמו למשל היכן דגים מסוימים אוהבים לחיות; כיצד הרי געש חדשים יכולים להיווצר בקרקעית האוקיינוס והיכן אנו עשויים למצוא משאבים טבעיים כמו למשל שמן וגז.

כיצד אנו ממפים את רצפת האוקיינוס?

על היבשה אנו יכולים למפות את הנוף במהירות וביעילות באמצעות טכנולוגיה שמבוססת על לוויינים. הטכנולוגיה הזו עובדת באמצעות שליחת אות מהלוויין שמסתובב סביב כדור הארץ, אשר פוגע בפני השטח של כדור הארץ ומוחזר אל הלוויין. לוויינים משתמשים בסוגי אותות שונים עבור מיפוי הנוף, אולם ברמה העקרונית כל האותות הם צורות של אור. משך הזמן שלוקח לאות לחזור ללוויין אומר ללוויין כמה רחוק נמצא כדור הארץ, והלוויין יכול להשתמש במידע הזה כדי למפות את מאפייני הנוף. בעוד שאפשר להשתמש בחלק מהטכנולוגיה מבוססת הלוויין שאנו משתמשים בה כדי למפות את היבשה גם במים רדודים, הטכנולוגיה הזו לא פועלת בחלקים העמוקים יותר של האוקיינוס מאחר שהמים עוצרים את האותות והם לא מגיעים לקרקעית. זו הסיבה לכך שיש לנו מפות טובות של הירח, של מאדים ושל נוגה – אין להם אוקיינוסים ולכן אנו יכולים להשתמש בטכנולוגיית הלוויין כדי למפות אותם בדרגת פירוט גבוהה.

בעבר מַלָּחִים מדדו את עומק המים באמצעות חוט עופרת (lead-line). זה היה כלי פשוט מאוד שהיה בנוי ממשקולת כבידה שמכוסה במשהו דביק (בדרך כלל גריז) בקצהו של החבל. המשקולת שולשלה מצידה של הספינה עד שהיא פגעה בקרקעית, ואז היא נמשכה חזרה למעלה. המלחים יכלו לקבוע שהמשקולת פגעה בקרקעית האוקיינוס מאחר שמשקעים כלשהם היו נדבקים לגריז, ואז הם יכלו למדוד את אורך החבל ששולשל למטה כדי להבין מהו עומק המים. המיקום שבו המדידה נלקחה חוּשב באמצעות מצפן וכלים אחרים כמו סקסטנט (מכשיר ניווט). זו לא הייתה שיטה מדויקת מאוד, וגם ביצועה לקח זמן רב.

במהלך מלחמת העולם השנייה פותחה טכנולוגיה חדשה אשר אפשרה לספינות למדוד במדויק את עומק המים בעודן מפליגות לאורך האוקיינוסים [3]. אלה היו מכשירים מבוססי גלי קול שנקראו Echo-sounders, אשר חוברו לגופי הספינות. מכשירי ה-Echo-sounders פועלים באמצעות שליחת אות, או “פינג”, בתוך המים. הצליל הזה מטייל דרך המים עד שהוא מגיע לקרקעית האוקיינוס. כשהוא מגיע לקרקעית הוא פוגע בה ומוחזר חזרה אל הספינה היכן שה-echo sounder רושם את האות שחזר. לכן, השם echo-sounder למעשה מתאר את אופן פעולת המכשיר – הוא שולח צליל (Sound) ומאזין לצליל המוחזר, או להד (Echo). זה באופן בסיסי גם מה שקורה כשאתם עומדים בחדר גדול וריק ועושים רעש: הצליל מוחזר מהקירות מאחר שהם משטחים קשיחים, ואתם יכולים לשמוע את ההד של הצליל שחוזר חזרה אליכם. הזמן שלוקח לאות להגיע לקרקעית האוקיינוס ולחזור לספינה יכול לשמש לחישוב עומק המים. זה מתבצע באמצעות חילוק הזמן שבין יצירת הצליל להגעת הצליל המוחזר, והכפלת משך הזמן הזה במהירות התקדמות הצליל המים (בדרך כלל מדובר בסביבות 1,500 מטרים בשנייה). למרבית הספינות, כולל סירות דיג קטנות, יש Echo-sounder על הסיפון.

מכשירי Echo sounders שהשתמשו בקרן אחת היוו שיפור משמעותי במיפוי קרקעית האוקיינוס, אולם הם מאפשרים לנו למפות רק אוסף של נקודות על רצפת האוקיינוס. אפשר להשתמש בנקודות האלה כדי ליצור מפות בסיסיות של קרקעית האוקיינוס, אולם עשויים להיות סלעים או חורים גדולים בין הקווים שמופו שאי אפשר לזהוֹת באמצעות המכשירים האלה. בשנת 1964, חברה בשם SeaBeam פיתחה טכנולוגיה חדשה שנקראה Multibeam echo-sounders [4]. המערכת הזו אפשרה ל-Echo-sounders לשלוח החוצה אל תוך המים “מניפה” של אותות פינג (שנקרא Swath), אשר אפשרה לנו למפות במדויק רצועה רחבה של קרקעית האוקיינוס בזמן שהספינות שטו (איור 1). אנו יכולים לשנות את תדירות הצליל שנשלח על-ידי ה-Echo-sounder כדי לחפש מאפיינים מסוימים במים. לדוגמה, אנו יכולים לזהות מטרות קטנות יותר כמו להקות דגים ואזורים שבהם גז דולף החוצה מקרקעית האוקיינוס ויוצר עמודים או רשפים של בועות (איור 2).

תגליות ורישומים תת-ימיים

הר האוורסט הוא ההר הגבוה ביותר על פני כדור הארץ, אשר מתנשא לגובה של 8,848 מטרים. זה נכון בהינתן שמתחילים למדוד מגובה פני הים. אם מודדים מקרקעית הים, ישנם הרים גבוהים הרבה יותר בכדור הארץ. ההר הגבוה ביותר מביניהם הוא ההר Manua Loa שבהוואי, שמגיע לגובה של כ-9,170 מטרים מעל לפני הים. רק 4,170 מטרים מההר הזה חשופים מעל לפני השטח של הים. העומק הממוצע של האוקיינוס בעולם הוא 3,682 מטרים, כאשר האזורים העמוקים ביותר נמצאים בתעלות אוקייניות. התעלה העמוקה ביותר היא תעלת ה-Marianas Trench, אשר מגיעה לעומק של 10,994 מטרים מתחת לפני הים. אתם יכולים לשקע את הר האוורסט בתוך התעלה ועדיין יישאר מקום גם להר וושינגטון או ל-Tongariro. אתם יכולים גם להכניס 13 בניינים בגובה של בורג’ ח’ליפה, הבניין הגבוה ביותר בעולם, אל תוך התעלה כשהם ממוקמים זה מעל זה (איור 3).

באופן מפתיע, אתם גם יכולים למצוא חלק מהמקומות החמים ביותר על פני כדור הארץ על קרקעית האוקיינוס. זרמי עשן שנקראים Black smokers הם פתחי יציאה שנמצאים מעל הרי געש תת-ימיים, היכן שנוזלים חמים שמיוצרים על-ידי ליבת כדור הארץ מגיעים לקרקעית האוקיינוס. הם יכולים להגיע לטמפרטורות של 400 מעלות צלזיוס, והם מאכלסים חיות יוצאות דופן כמו צדפות ותולעי צינור שאי אפשר למצוא באף מקום אחר בכדור הארץ [5]. הרבה מהמאפיינים התת-ימיים המעניינים האלה זוהו ונחקרו רק בעשורים האחרונים מאחר שקודם לכן לא הייתה לנו טכנולוגיה שהייתה מסוגלת למצוא אותם.

פיתוחים חדשים בטכנולוגיית Echo-sounders משמעותם שאפשר להשתמש ב-Multibeam echo-sounders כדי למצוא הריסות של ספינות על קרקעית האוקיינוס [3]. הטכנולוגיה הזו מאפשרת לנו לְדַמּוֹת את קרקעית האוקיינוס ברזולוציה גבוהה כל כך שאנו למעשה יכולים לייצר תמונות שמראות את קווי המתאר של הריסות ספינה, עד לפרטים הקטנים כמו התורן.

מה עלינו לעשות הלאה?

אף על פי שהיו פיתוחים ענקיים במפות שיש לנו של קרקעית האוקיינוס, עדיין ישנם אזורים עצומים באוקיינוס שכמעט ואין לנו נתונים עליהם. בשנת 2018, קבוצה של ארגוני מחקר, אוניברסיטאות וחברות השיקה פרויקט שנקרא Oceans 2030 [1]. מטרת הפרויקט הזה הייתה למפות את כל האוקיינוסים ברמת פירוט טובה עד לשנת 2030. זהו פרויקט ענקי שיצריך עבודה רבה, אולם עם כל האזורים החדשים האלה שאנו עומדים לחקור מי יודע מה נמצא! קרקעית האוקיינוס משתנה כל הזמן בעוד שמשקעים זזים סביב על-ידי זרמים ובעוד שרעידות אדמה מזיזות את קרקעית האוקיינוס ומתרחשות גם התפרצויות געשיות. אין זה אפשרי למפות את השינויים האלה באופן שוטף, אולם אנו מנסים לחזור למיקומי מפתח אחרי אירועים משמעותיים כמו רעידות אדמה כדי לראות מה השתנה בקרקעית האוקיינוס. מיפוי קרקעית האוקיינוס כולה עשוי להיראות כמו מטלה עצומה, אולם רק בעשורים האחרונים הצלחנו לבצע שינויים מאסיביים בטכנולוגיה שבה אנו משתמשים. משמעות הדבר היא שאנו יכולים לקבל מפות מדויקות הרבה יותר, ושאנו יכולים לעשות זאת בצורה יחסית מהירה. עדיין ישנם אזורים גדולים שאפשר לחקור, ומי יודע מה נגלה שם?

מילון מונחים

מיפוי (Map): ↑ ייצוג, בדרך כלל על משטח שטוח, של אזור שלם או של חלק ממנו.

Echo-sounder: ↑ כלי לקביעת עומק המים מתחת לפני השטח באמצעות גלי קול.

הצהרת ניגוד אינטרסים

המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.