Autonomiczne pływaki Argo dostarczają informacji, jakich wcześniej brakowało, pomagając naukowcom śledzić zmiany klimatu, wykrywać martwe strefy i analizować wszystkie procesy zachodzące pod powierzchnią wody.

Ogólnoświatowy system Argo powstał na początku XXI wieku jako wsparcie dla naukowców w prowadzeniu stałego, globalnego monitoringu oceanów, bez potrzeby organizowania kosztownych wypraw badawczych. Obecnie obejmuje ponad 4 tys. autonomicznych pływaków, które dryfując z prądami morskimi mierzą kluczowe parametry fizyczne wody, a przede wszystkim jej zasolenie, temperaturę oraz ciśnienie.

„Choć stworzono je przede wszystkim z myślą o badaniu oceanów, a nie płytkich mórz, kilkanaście lat temu Polska dołączyła do sieci Argo i pływaki zaczęły pojawiać się także w Bałtyku” - powiedział PAP pracujący przy projekcie Argo dr Daniel Rak z Instytutu Oceanologii PAN (IO PAN) w Sopocie.

Jak dodał, wiązało się to z pewnymi wyzwaniami, ponieważ roboty nie były przystosowane do działania w wodach z dużymi, pionowymi gradientami zasolenia, jakie panują w Morzu Bałtyckim. Jednak z czasem udało się je przystosować także do takich warunków.

Pływaki Argo działają w trybie ciągłym - monitorują morze przez cały rok, niezależnie od pogody czy pory roku. Nie mają własnego napędu, dryfują więc z prądami morskimi, kontrolując jedynie zanurzenie. Swoją wyporność mogą zmieniać dzięki specjalnej pompie i pęcherzowi olejowemu, który działa jak pęcherz pławny u ryb.

Polskie roboty są wodowane z pokładu statku badawczego "Oceania". Po rozpoczęciu pracy opadają na ustaloną przez naukowców głębokość "parkowania", a raz na jakiś czas wynurzają się i przesyłają dane przez satelitę do centrów naukowych.

W regionie Morza Bałtyckiego znajduje się osiem aktywnych pływaków. Te najprostsze mierzą temperaturę wody, zasolenie i ciśnienie. Jednak istnieją modele bardziej skomplikowane, rozbudowane o szereg innych czujników, potrafiące mierzyć np. pH, stężenie azotanów czy rozpuszczony w wodzie tlen. Dzięki temu pomagają m.in. wykrywać tzw. martwe strefy, czyli obszary pozbawione tlenu, w których nie mogą żyć zwierzęta morskie.

„Jest to bardzo istotna umiejętność, ponieważ w ostatnim czasie martwych stref w Bałtyku przybywa. Kiedyś występowały głównie na Głębi Gotlandzkiej, ale ostatnie badania pokazują, że zaczynają się pojawiać nawet na Głębi Gdańskiej. W takich obszarach, z powodu braku tlenu, bakterie beztlenowe rozkładają materię organiczną, w wyniku czego powstaje toksyczny siarkowodór. To sprawia, że życie organizmów wodnych staje się tam praktycznie niemożliwe” - wyjaśnił dr Rak.

Dane z pływaków pozwalają też śledzić globalne zmiany klimatu oraz lokalne procesy dotyczące danego akwenu. Są wykorzystywane do monitorowania warunków ekologicznych i analizy wielu procesów, m.in. wymiany wód czy zmian w uwarstwieniu wody.

„W styczniu 2024 roku jeden z polskich pływaków działających w rejonie Basenu Bornholmskiego zarejestrował nagły wzrost zasolenia i zawartości tlenu przy dnie. Był to wyraźny sygnał napływu słonych wód z Morza Północnego, który niemal natychmiast potwierdziły również zagraniczne instytucje monitorujące Bałtyk” - podkreślił rozmówca PAP.

Pływaki mogą być wykorzystywane również w modelach numerycznych prognozujących pogodę i stan morza. Pośrednio pomagają określać kierunek i prędkość prądów morskich (na podstawie pozycji urządzenia), a także wspomagają kalibrację sonarów i echosond – istotnych zarówno dla wojska, jak i rybołówstwa.

Jak wyjaśnił dr Rak, rozchodzenie się dźwięku w wodzie zależy bowiem od jej właściwości fizycznych. Sonary okrętów podwodnych czy echosondy kutrów rybackich zakładają pewną uśrednioną prędkość dźwięku w wodzie, która w rzeczywistości może bardzo się różnić. Np. wzrost temperatury o 1 st. C zwiększa prędkość dźwięku o około 4,5 m/s, a wzrost zasolenia o 1 PSU (jednostkę praktycznego zasolenia) – o około 1,3 m/s. Pozornie są to niewielkie wartości, ale w sytuacji dużych gradientów między ciepłą i mniej słoną wodą powierzchniową a chłodniejszą i bardziej słoną wodą przy dnie może powstawać wyraźna różnica w prędkości dźwięku. W takiej sytuacji dźwięk ulega zagięciu (refrakcji) na granicy warstw, co dla sonarów oznacza „cienie akustyczne” - obszary, w których mogą one nie wykrywać prawidłowo obiektów podwodnych.

„Aby urządzenia działały skutecznie, konieczna jest więc znajomość aktualnego profilu prędkości dźwięku w wodzie i uwzględnienie go w kalibracji. I tu właśnie przydają się dane z pływaków Argo. Ma to szczególne znaczenie w Bałtyku, gdzie warunki hydrodynamiczne mogą się znacznie różnić nawet na niewielkim obszarze” - zaznaczył dr Rak. 

Jak tłumaczył, nowoczesne pływaki są stosunkowo niedrogie, za to bardzo efektywne. W oceanach czas ich pracy wyznacza żywotność baterii. Na tak rozległych akwenach odzyskiwanie raz wypuszczonych urządzeń zazwyczaj nie jest opłacalne. Jednak w Bałtyku jest to możliwe. Naukowcy z IO PAN często lokalizują rozładowane pływaki, wyławiają je, po czym serwisują i wykorzystują ponownie.

„Takiej rozdzielczości czasowej i przestrzennej, jak dzięki nim, nie jesteśmy uzyskać za pomocą żadnej innej platformy badawczej. Rejsy badawcze pozwalają na obserwacje tylko w danym momencie i danym terenie. Pokazują więc wycinek całej sytuacji hydrodynamicznej. Pływaki dają nam informacje stale, na bieżąco, na wielkich obszarach” - podsumował naukowiec z Instytutu Oceanologii PAN.

Podkreślił, że ze względu na rozmiar i kształt urządzenia Argo można pomylić z... torpedami. Zdarzało się, że były przypadkowo wyławiane przez rybaków czy turystów, wzbudzając ich niepokój. Dlatego Instytut umieszcza na nich wyraźne oznaczenia. „Jeśli więc podczas spaceru nad morzem czy rejsu zauważymy w wodzie coś przypominającego torpedę, nie panikujmy. Warto obejrzeć urządzenie i skontaktować się z Instytutem Oceanologii Polskiej Akademii Nauk w Sopocie" - zaznaczył.

Nauka w Polsce, Katarzyna Czechowicz (PAP)

kap/ bar/ amac/