SZEROKA PERSPEKTYWA MODELU

„Sucha” oceanografia to m.in. modelowanie numeryczne, czyli matematyczne odwzorowanie zależności fizycznych, jakimi zajmuje się oceanografia. Modelowaniu może podlegać na przykład hydrodynamika fiordu norweskiego, którą zajmują się badacze z Zakładu Dynamiki Instytutu Oceanologii Polskiej Akademii Nauk.

„Roztapianie się lodowca w długim okresie powoduje wymywanie dna. Czynnikami, które istotnie wpływają na pracę takiego fiordu, są ponadto prądy, które intensywnie oddziałują na Hornsund – fiord, jakim się zajmujemy. Prąd zachodniospitsbergeński prowadzi cieplejszą wodę pochodzenia atlantyckiego, która czasowo ogrzewa ten fiord. W zależności od tego, który z prądów dominuje na przedpolu fiordu, wykazuje on odpowiednie właściwości hydrodynamiczne. Taki model wprowadzamy do komputera, dzięki temu możemy badać, jak będzie się zachowywał akwen w dłuższym czasie” - tłumaczył PAP Szymon Kosecki, „suchy” oceanograf nie pracujący w terenie.

„Mokrzy” oceanografowie to badacze, którzy wypływają na morze i zbierają dane, które ich koledzy pozostający w laboratorium mogą zastosować do modelu matematycznego. Pomiarów dokonują podczas rejsu statkiem, a po dopłynięciu do miejsca przeznaczenia mierzą wybrane sekcje fiordu. Matematycy są w stanie uzupełnić ten fragmentaryczny pomiar na całej przestrzeni fiordu, zaprzęgając do tego modele numeryczne. Potrafią też powiedzieć, co się dzieje między sezonami, w których prowadzone są realne obserwacje. Tak zbudowany model numeryczny daje pełen obraz dynamiki na całej przestrzeni i w dłuższym czasie.

Prace modelowe mają różnorakie zastosowanie. Przede wszystkim mogą służyć do działań prognostycznych. Między morzem a atmosferą zachodzą dynamiczne związki, morze oddając ciepło lub je przyjmując wpływa zmiany pogody i w długim terminie na zmiany klimatu.

PŁYWAJĄCE LABORATORIUM

Szerokie prace naukowe prowadzone są z wykorzystaniem pomiarów wokół Polskiej Stacji Polarnej na fiordzie Hornsund.

Jak wyjaśniła PAP Małgorzata Merchel z Zakładu Oceanografii Obserwacyjnej, pomiary prowadzone są zarówno na Morzu Bałtyckim, jak i w Arktyce. Pływającym laboratorium jest statek badawczy Polskiej Akademii Nauk – Oceania. Jacht spędza ponad 240 dni na morzu. Łącznie na statku pływa 30 osób, ok. 14 badaczy i załoga stała. Badacze się wymieniają - w zależności od tego, czy to jest rejs arktyczny czy bałtycki spędzają na pokładzie 2-5 tygodni.

W projekcie polsko-norweskim AWAKE 2 badacze analizują wzajemne oddziaływania pomiędzy oceanem, lodowcami, lodem morskim i atmosferą w arktycznym układzie klimatycznym w rejonie Svalbardu. Kierownikiem projektu AWAKE 2 jest prof. Waldemar Walczowski, szef Zakładu Dynamiki Morza IO PAN. Projekt będzie trwał do kwietnia 2016.

„Interesuje nas część oceanograficzna, ale również fiordowa. Badamy fiord Hornsund – jak się zmienia temperatura, zasolenie, ile tlenu jest rozpuszczone w wodzie. Projekt bada wszystkie składowe klimatu arktycznego, np. to, jak ocieplenie oceanu i ciepły prąd zachodniospitsbergeński wpływa na cielenie się lodowców. Fiord Hornsund to nasze małe laboratorium, w którym te wszystkie procesy są widoczne” - mówi Małgorzata Merchel. Cielenie się to proces zmniejszania się lodowca przez odpadanie jego elementów.

Jak zapewnia Merchel, marzenie o polarnym rejsie można zrealizować dzięki wybraniu drogi naukowej. Każdy, kto skończył np. oceanografię może podjąć studia doktoranckie i - jeśli wybierze temat doktoratu związany z Arktyką - płynąć na rejs arktyczny i wykonać badania niezbędne do pracy. Również pracownicy naukowi instytutu osobiście wykonują pomiary, np. do prac habilitacyjnych.

Ahoj, przygodo? Jak najbardziej. „Podczas rejsu warunki atmosferyczne bywają bardzo trudne. Mnie zaskoczył sztorm, który spowodował, że przez dwa dni musieliśmy większość czasu spędzać leżąc, bo chodzenie po statku było niemożliwe - tak bujało. Zaskoczyło mnie, że fale są aż tak wysokie, a nasza dzielna Oceania jest w stanie im się oprzeć. Jestem zadowolona, że mogłam zobaczyć lodowce, że zobaczyłam stado ok. 40 delfinów, dorosłych z młodymi, które podążały za naszym statkiem. Wiele razy widzieliśmy wieloryby, jak również maskonury, różne ptaki i zwierzęta, które trudno zobaczyć osobie, która nie pływa w te rejony” - wspomina doktorantka.

W pracy doktorskiej badaczka pracuje nad wodą głębinową napędzającą cyrkulację w morzach nordyckich. Bada, jak zmienia się temperatura, zasolenie i objętość tych wód i ich właściwości. Podkreśla, że pomiary zasolenia są również bardzo ważne dla Bałtyku ze względu na tzw. wlewy z Morza Północnego, dzięki którym Bałtyk „odżywa”, bo pojawia się w związku z nimi dużo więcej jest ryb.

„Morze Północne jest bardzo zasolone, jego zasolenia wynosi 34-35 PSU. Bałtyk jest jedynie >>słonawy<<, jego średnie zasolenie wynosi ok. 7 PSU. Wlewy są coraz rzadsze. Wcześniej występowały co 2-3 lata, choć mniejsza była ich objętość. Teraz, w związku ze zmianami klimatycznymi, powtarzają się zaledwie co 10 lat. A są bardzo istotne, bo ta mocno zasolona zimna woda jest bogata w tlen i nutrienty, czyli substancje odżywcze” - tłumaczy Małgorzata Merchel. Dodaje, że pod względem zasolenia Bałtyk jest dwuwarstwowy. Woda głębinowa osiąga 18, a nawet 21 PSU.

SATELITY NAD BAŁTYKIEM

Jeszcze inne badania prowadzą naukowcy z Instytutu Oceanologii PAN w Zakładzie Fizyki Morza. Wykorzystują oni pomiary satelitarne do długoterminowego badania stanu wód Bałtyku na bardzo dużej powierzchni.

„Satelity ESA i NASA, które otwarcie udostępniają publiczne dane, przelatują nad morzem 2 razy dziennie. Dzięki nim możemy zebrać informacje z dużego obszaru. Wykorzystujemy pomiary do długoterminowych analiz temperatury, zasolenia, stężenia chlorofilu przekładającego się na ilość fitoplanktonu. Jesteśmy w stanie obliczać produkcję pierwotną, czyli ilość biomasy produkowanej w Bałtyku. Staramy się dbać o czystość Bałtyku, który jest zamkniętym morzem, więc wszystkie wpływające tu zanieczyszczenia zostają w nim” - wylicza badaczka Marta Konik.

Dodaje, że zanieczyszczające Bałtyk azotany i fosforany zwiększają ilość biomasy. Zakwity to poważny problem. Międzynarodowe przepisy obligują badaczy do bieżącego dostarczania raportów na ich temat, ponieważ i w naszym morzu występują gatunki toksyczne, powodujące alergie i biegunki. Wczesne systemy ostrzegania pozwalają samorządom na wydanie zakazu kąpieli, który chroni ludzi przed ciężkimi skutkami zatruć.

„Zakwity to także problem dla środowiska. Fitoplankton potrzebuje dużo tlenu, dlatego duża jego ilość może utrudniać rybom oddychanie. Niektóre kształty glonów są w stanie blokować skrzela rybie. Glony powodują też, że mniej światła dostaje się do toni wodnej” - tłumaczy Marta Konik.

Morze Bałtyckie jest monitorowane w ramach programu SAT-Bałtyk. Wymiernym efektem tego programu będzie otwarty serwis internetowy z bogatym zbiorem aktualizowanych na bieżąco map, które znajdą zastosowanie w żegludze, rybołówstwie, meteorologii. Dzięki połączeniu modeli numerycznych z danymi satelitarnymi mapy będą kompletne.

„Łączymy dane satelitarne z modelami tworzonymi w instytucie. Po to, żeby sprawdzać, czy przewidywania są słuszne, weryfikuje się je pomiarami prowadzonymi na statkach. Na pokładzie statku zbieramy próby do walidacji, do porównań, na podstawie tego sprawdzamy, jak się mają modele do rzeczywistości. Oprócz tego mamy wyposażone w czujniki platformy badawcze, np. Baltic Peta i stacje brzegowe w Międzyzdrojach, w Gaci, w Słupsku. Mierzymy promieniowanie słoneczne krótko i długofalowe, oddolne – do bilansu promieniowania dla Bałtyku” - mówi Marta Konik.

Jak tłumaczy, istnieją satelity, które rejestrują tylko promieniowanie wysyłane przez Słońce i później odbite od powierzchni Ziemi, natomiast satelity aktywne same wysyłają sygnały. Najczęściej są to czujniki radarowe, które wysyłają impulsy elektromagnetyczne i później rejestrują po odbiciu i rozproszeniu na powierzchni ziemi. Powstają obrazy czarno-białe w różnych polaryzacjach, czyli w różnym ułożeniu światła. Te dane odpowiednio się obrabia.

Badaczka pływała na Oceanii, a w strefie brzegowej na statku Oceanograf 2. Wspomina, że pierwszy sztorm na morzu jest niesamowitym wrażeniem.

Nie trzeba jednak daleko odpływać, żeby oceniać stan czystości wód czy dna. Jeden z projektów naukowych realizowanych przez Polaków we współpracy z Norwegią nosi tytuł \"Wpływ zmian klimatu na ekosystem – wskaźniki morskie w osadach dennych\". Uczeni chcą się dowiedzieć, czy na podstawie osadów można szacować zmiany klimatyczne w przyszłości, przewidzieć.

Badania służą też określeniu ilości zanieczyszczeń, które jako państwo wprowadzamy do Bałtyku na przykład przez Wisłę. Pod lupę brane jest głównie południe naszego morza. Jak się okazuje, wody Zalewu Wiślanego są dość zanieczyszczone, a im dalej na północ, tym zanieczyszczenia są mniej stężone. Jeśli jednak określimy ilość uchodzących przez Wisłę zanieczyszczeń w przeliczeniu na osobę, wcale nie wypadamy najgorzej. Polskie wybrzeże Bałtyku jest bardzo duże i, choć bezwzględny udział Polski w jego zatruwaniu jest duży, to względnie, czyli w przeliczeniu na osobę nie jest źle.

A jak jest z plażami? Otóż po kolorze piasku czy osadu z dna nie można oceniać czystości plaży albo zbiornika. Często osady muliste wyglądają i „pachną” mniej przyjemnie, niż osad piaskowy, ale to nie znaczy, że jest bardziej zanieczyszczony. Tego możemy się dopiero dowiedzieć w badaniach określających zawartość zanieczyszczeń organicznych.

PAP – Nauka w Polsce, Karolina Olszewska

kol/ agt/