ΓΕΝΙΚΗ ΩΚΕΑΝΟΓΡΑΦΙΑ Δ ΕΞΑΜΗΝΟ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Β. ΚΑΨΙΜΑΛΗΣ

Transcript

1 ΓΕΝΙΚΗ ΩΚΕΑΝΟΓΡΑΦΙΑ Δ ΕΞΑΜΗΝΟ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Β. ΚΑΨΙΜΑΛΗΣ Γεωλόγος-Ωκεανογράφος ΕΛ.ΚΕ.Θ.Ε.

2 ΓΗ : Ο ΓΑΛΑΖΙΟΣ ΠΛΑΝΗΤΗΣ Περίπου τα ¾ της επιφάνειας της Γης καλύπτονται από τους ωκεανούς και τις θάλασσες

3 ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ ΤΗΣ ΩΚΕΑΝΟΓΡΑΦΙΑΣ Περιέργεια Εκδήλωση ενδιαφέροντος για ένα γεγονός ή μια κατάσταση που υπέπεσε την αντίληψή μας Νόμος Οι νόμοι περιγράφουν τα φυσικά φαινόμενα και την εξέλιξή τους σε ιδεατές συνθήκες Παρατήρηση Συλλογή εμπειριών και δεδομένων μέσω της αυτοψίας και μετρήσεων Θεωρία Η επαναλαμβανόμενη (στον χρόνο και τον χώρο) επιβεβαίωση μιας υπόθεσης που γίνεται αποδεκτή από τους περισσότερους επιστήμονες Υπόθεση Ενδεχόμενη ερμηνεία των παρατηρήσεων και μετρήσεων Πείραμα Έλεγχοι πραγματοποιούνται στο ύπαιθρο ή στο εργαστήριο για να αναπαρασταθούν οι συνθήκες που καταγράφηκαν από τις παρατηρήσεις

4 Τι είναι Ωκεανογραφία; ΜΑΘΗΜΑ 1 ο Η ιστορία της Ωκεανογραφίας Σχηματισμός του Σύμπαντος Γαλαξιών Ηλιακού Συστήματος Γης Ωκεανών Ζωής Ωκεανοί στο διάστημα;

5 Τι είναι Ωκεανογραφία; Ωκεανογραφία (Oceanography) είναι ο επιστημονικός τομέας που μελετά τις φυσικές διεργασίες οι οποίες διέπουν την λειτουργία και εξέλιξη του παγκόσμιου ωκεανού.

6 Ετυμολογία: Ωκεανογραφία = Ωκεανός + Γραφή Ωκεανολογία = Ωκεανός + Λόγος Θαλασσολογία = Θαλασσα + Λόγος Θαλασσογραφία = Θάλασσα + Γραφή Επιστήμη της Θάλασσας

7 Ωκεανογραφία μια πολυκλαδική επιστήμη Βασικές Επιστήμες Βιοφυσική Βιολογία Χημεία Βιοφυσική Ωκεανογραφία Γεωχημεία Φυσική Γεωλογία Γεωφυσική

8 Ωκεανογραφία μια πολυκλαδική επιστήμη Συμπληρωματικές Επιστήμες Μηχανική: Τοπογραφία: Μετεωρολογία: Αρχαιολογία: Κοινωνιολογία: Οικονομολογία: Λιμάνια, πλοία, γέφυρες, εξέδρες, όργανα ΣΓΠ, τηλεπισκόπηση, μορφολογία πυθμένα Φαινόμενα στη διεπιφάνεια θάλασσα-αέρα Αρχαία ναυάγια, πόλεις, εργαλεία, όπλα Επιπτώσεις από καταστροφές και ρύπανση Αποτίμηση φυσικών και βιολογικών πόρων

9 Ωκεανογραφία μια βιωματική επιστήμη Απαραίτητα εφόδια ενός Ωκεανογράφου: Θεωρητικό Υπόβαθρο Υπαίθριες εργασίες (πλοίο, καταδύσεις και παράκτιο πεδίο) Εργαστηριακές εργασίες (Βιο-Γεω-Χημικές αναλύσεις) Επεξεργασία γεωγραφικών και τηλεπισκοπικών δεδομένων

10 Ωκεανογραφία μια συνεργιστική επιστήμη Απαραίτητα συστατικά για την επιτυχή ολοκλήρωση ενός έργου: ομαδική δουλειά συντονισμός Συνέδρια συνεργασίες Συναντήσεις εργασίας διάχυση της πληροφορίας Δημοσιεύσεις Διαδίκτυο

11 Ωκεανογραφία μια πολυέξοδη επιστήμη Απαραίτητες υποδομές για την επίτευξη των επιστημ. στόχων: Ω/Κ πλοία πλήρως εξοπλισμένα βαθυσκάθη (επανδρωμένα ή/και τηλεκατευθυνόμενα) ναυτικούς χάρτες, αεροφωταγραφίες, δορυφορικές εικόνες καταδυτικό εξοπλισμό ΛΕΦΤΑ (πολλές K - M )!!!

12 Ιστορία της Ωκεανογραφίας Περίοδος 1 η : η «Περιπλάνηση» (Προϊστορία Μεσαίωνας) Περίοδος 2 η : οι «Επιστημονικές Ανακαλήψεις» (Μεσαίωνας 20 ος αιώνας) Περίοδος 3 η : η «Σύγχρονη Εποχή» (20 ος αιώνας - Σήμερα)

13 Άφιξη προϊστορικού ανθρώπου με πλωτό μέσο Ιστορία της Ωκεανογραφίας Περίοδος 1 η 1) Επίκοιση της Αυστραλίας πριν από ~ χρόνια Εύρεση ανθρώπινων λειψάνων και εργαλείων Έλλειψη χερσαίας διαδρομής μεταξύ Ινδονησίας και Αυστραλίας

14 Θαλάσσιο Εμπόριο στο Αιγαίο Ιστορία της Ωκεανογραφίας Περίοδος 1 η 2) Επίκοιση των Κυκλάδων (Μήλο) πριν από ~ χρόνια Εύρεση στο Φράχθι Αργολίδας εργαλείων από Μηλιακό οψιδιανό Εκτεταμένη χρήση οψιδιανού σε άλλες περιοχές της κύριας Ελλάδας Έλλειψη χερσαίας διαδρομής μεταξύ Μήλου και Αργολίδας

15 Αιγαίο: η Εστία των Πρωτοελλήνων Ιστορία της Ωκεανογραφίας Περίοδος 1 η 3) Ναυτικές κοινωνίες στο Αιγαίο (~ π.χ.) Βραχογραφίες στο Στρόφυλα Άνδρου Δομημένες και οχυρωμένες πόλεις Κοινωνίες συνδεδεμένες με τη θαλασσα και τις ναυτικές δραστηριότητες

16 Ναυτική Δύναμη Ιστορία της Ωκεανογραφίας Περίοδος 1 η 4) Οργανωμένος ναυτικός στόλος στην Αίγυπτο (~ π.χ.) Πλοία στην υπηρεσία του Φαραώ Μόνιμη ναυτική ενασχόληση Εξέλιξη της ναυπηγικής τέχνης Διάπλους των Μεσογειακών ακτών

17 Ιστορία της Ωκεανογραφίας Περίοδος 1 η 5) Θαλασσοκρατορία των Αρχαίων Ελλήνων (~ π.χ.) οι «Μινωίτες» οι «Μυκηναίοι» οι Έλληνες της Κλασικής Εποχής

18 Ιστορία της Ωκεανογραφίας Περίοδος 1 η 6) Οι Αρχαίοι Έλληνες Συγγραφείς (3 ος 5 ος π.χ.) Ηρόδοτος Θαλής ο Μιλήσιος Οι βάσεις της επιστήμονικής σκέψης Αριστοτέλης Το «Περί τα ζώα ιστορίαι» είναι η πρώτη πραγματεία για την Θαλάσσια Βιολογία

19 Ιστορία της Ωκεανογραφίας Περίοδος 1 η 7) Το Ταξίδι του Πυθέα (324 π.χ.) Σκοπός: Αναγνώρηση των περιοχών έξω από την Μεσόγειο και αναζήτηση φυσικών πόρων Χρηματοδότηση: Μέγας Αλέξανδρος Διαδρομή: Μασσαλία Στενό Γιβραλτάρ δυτικές ακτές Αγγλίας - βορειότερο άκρο της Σκοτίας (νησιά Σέτλαντ) Πιθανή άφιξη: Ισλανδία και βόρεια Νορβηγία Συγγράμματα: Περί Ωκεανού και Γης περίοδος Νέα γνώση: (α) ερμηνεία παλιρροιών (β) περίμετρος της Μεγάλης Βρετανίας

20 Ιστορία της Ωκεανογραφίας 8) Ερατοσθένης ο Κυρηναίος Περίοδος 1 η χάρτες με γεωγραφικές συντεταγμένες: υπολογισμός της περιμέτρου της Γης:

21 Ιστορία της Ωκεανογραφίας Περίοδος 1 η 9) Ο γνωστός κόσμος του Πτολεμέου (~ 150 μ.χ.)

22 Ιστορία της Ωκεανογραφίας Περίοδος 1 η 10) Μετά τον Πτολεμέο και μέχρι τον 15 ο αιώνα μ.χ. Ο «Μεσαίωνας» της Ωκεανογραφίας Εξαιρέσεις: (α) Πολυνήσιοι (β) Βίκιγκς (γ) Κινέζοι

23 Ιστορία της Ωκεανογραφίας Περίοδος 1 η 11) Η εποχή των Μεγάλων Ανακαλύψεων (15 ος 18 ος αιώνας μ.χ.)

24 Ιστορία της Ωκεανογραφίας Περίοδος 2 η 1) Τα ταξίδια του Captain James Cook ( ) Captain James Cook Χάρτης της Νέας Ζηλανδίας

25 Ιστορία της Ωκεανογραφίας Περίοδος 2 η 2) Τo ταξίδι του HMS Beagle ( ) Charles Darwin Η διαδρομή του HMS Beagle

26 Ιστορία της Ωκεανογραφίας Περίοδος 2 η 3) Το ταξίδι του HMS Challenger ( ) Σκοπός: διαπίστωση ύπαρξης ή όχι ζωής στα βάθη των ωκεανών Η διαδρομή του HMS Challenger

27 Ιστορία της Ωκεανογραφίας Περίοδος 2 η 3) Αποτελέσματα του ταξιδιού του HMS Challenger ( ) Χρηματοδότηση: Royal Society of London Επιστημονικά στόχοι: (α) Χημική σύσταση των ωκεανών (β) Κατανομή της ζωής με το βάθος (γ) Ιζήματα του ωκεάνιων πυθμένων Επιτεύγματα: (α) 360 βυθομετρήσεις σε μεγάλα βάθη (β) Δειγματοληψίες εκατοντάδων πυθμενικών ιζημάτων (γ) Κατακόρυφες κατανομές της θερμοκρασίας του νερού (δ) Ανακάλυψη νέων ειδών (ε) Ύπαρξη ζωής μέχρι και σε βάθη 9 χλμ. Έκδοση του HMS Challenger Report (1895): δημοσιεύτηκαν 50 τόμοι που για την όλοκλήρωση της έκδοσής τους χρειάστηκαν 20 χρόνια συλλογικής δουλειάς

28 Ιστορία της Ωκεανογραφίας Περίοδος 2 η 3) Το ταξίδι του Fram στην Αρκτική ( ) Σκοπός: Η καταγραφή της κυκλοφορίας του Αρκτικού Ωκεανού Το παγοθραυστικό Fram Fridtjof Nansen Η διαδρομή του Fram

29 Ιστορία της Ωκεανογραφίας Περίοδος 3 η Χαρακτηριστικά της Σύγχρονης Ωκεανογραφίας Ιδρυση Ωκεανογραφικών Ινστιτούτων Κατασκευή Ω/Κ πλοίων και βαθυσκαφών Χρήση ηλεκτρονικών και οπτικών συσκευών Συνεισφορά δορυφορικής τεχνολογίας Διάχυση Πληροφορίας Πραγματοποίηση συντονισμένων διεθνών προγραμμάτων

30 Ιστορία της Ωκεανογραφίας Περίοδος 3 η Ιδρυση Ωκεανογραφικών Ινστιτούτων Albert s Oceanographic Institute (1901) Scripps Institution of Oceanography (1903) Woods Hole Oceanographic Institution (1930) Υδρογραφική Υπηρεσία του Πολεμικού Ναυτικού (1921) Υδροβιολογικό Ινστιτούτο της Ακαδημίας Αθηνών (1945) Ινστιτούτο Ωκεανογραφικών και Αλιευτικών Ερευνών (1965) Εθνικό Κέντρο Θαλασσίων Ερευνών (1985) Ινστιτούτο Θαλάσσιας Βιολογίας Κρήτης (1987) + Ελληνικό Κέντρο Θαλασσίων Ερευνών (2003)

31 Ιστορία της Ωκεανογραφίας Περίοδος 3 η Κατασκευή Ω/Κ πλοίων και βαθυσκαφών Meteor ( ) Atlantis ( ) Glomar Challenger (1968) JOIDES Resolution (1985) R/V Chikyu ( Earth )

32 Ιστορία της Ωκεανογραφίας Περίοδος 3 η Ω/Κ πλοία και βαθυσκάφη του ΕΛ.ΚΕ.Θ.Ε. Αιγαίο Max Rover Θέτις Φιλία Super Achilles

33 Ιστορία της Ωκεανογραφίας Περίοδος 3 η Χρήση ηλεκτρονικών και οπτικών οργάνων Ηχοβολιστές (echosounders), Ηχοβολιστές πλευρικής σάρωσης (side-scan sonars) Ηχοβολιστές επιφανείας (shallow-towed) ή βάθους (deep-towed), Τομογράφοι ιζημάτων (subbottom profilers) Βιντεοσκοπήσεις/φωτογραφήσεις

34 Ιστορία της Ωκεανογραφίας Περίοδος 3 η Συνεισφορά δορυφορικής τεχνολογίας Seasat-A (1978), o πρώτος ωκεανογραφικός δορυφόρος TOPEX/Poseidon (1992) Jason-1 (2001)

35 Ιστορία της Ωκεανογραφίας Διάχυση Πληροφορίας Περίοδος 3 η Συνέδρια Συναντήσεις εργασίας Δημοσιεύσεις Διαδίκτυο

36 Ιστορία της Ωκεανογραφίας Περίοδος 3 η Πραγματοποίηση συντονισμένων διεθνών προγραμμάτων Deep Sea Drilling Project - DSDP The Joint Global Ocean Flux Study (JGOFS) World Ocean Circulation Experiment (WOCE) International Programme on Climate Variability and Predictability (CLIVAR) World Climate Research Programme (WCRP) Global Ocean Observing System (GOOS) NEPTUNE ( ?)

37 Σχηματισμός του Σύμπαντος H Μεγάλη Έκρηξη (Big Bang) Πριν από 15x10 9 χρόνια

38 Σχηματισμός του Σύμπαντος Από τότε Οι υπερκαινοφανείς δημιουργούν στοιχεία βαρύτερα από το Fe Μόλις σχηματιστεί Fe, ο αστέρας υφίσταται ολοκληρωτική κατάρρευση της ίδιας του της ύλης και εκρήγνυται Όταν το Η 2 εξαντληθεί το άστρο συστέλλεται λόγω βαρυτικής σύνθλιξης, υπερθερμένεται κι αρχίζει η μετατροοπή του Ηe σε C και άλλα βαρύτερα άτομα (μέχρι Fe) Παραγωγή φωτός από την μετατροπή του Η 2 σε He, μέσω θερμοπηρυνικής σύντηξης Με την βραδεία ψύξη και συμπύκνωση των νεφελωμάτων σχηματίζονται οι πρωτοαστέρες κι οι αρχέγονους γαλαξίες Ο χυλός εμφανίζει πυκνώματα (νεφελώματα) Σχηματισμός των πρώτων ατόμων, δηλαδή Η 2 (75%) και He (25%) Ένα μέρος της ενέργειας μετατρέπεται σε ύλη και αντιύλη σύμφωνα με την εξίσωση Ε=mc 2 Ένας «χυλός» ενέργειας διαστέλλεται

39 Σχηματισμός του Ηλιακού Συστήματος 1. Βαρυτική κατάρρευση Θεωρία του Νεφελώματος Ένα αργά περιστρεφόμενο νέφος μεσοαστρικής ύλης και αερίων συστέλλεται κάτω από την επίδραση της βαρύτητας Η βαρύτητα τείναι να προσδώσει στο νεφέλωμα σφαιρικό σχήμα

40 Σχηματισμός του Ηλιακού Συστήματος 2. Σχηματισμός δίσκου Το νεφέλωμα λόγω της φυγοκέτρου δύναμης διαπλατύνεται και αποκτά το σχήμα ενός περιστρεφόμενου και εξογκωμένου στο κέτρο δίσκου Το κεντρικό εξόγκωμα λόγω της βαρυτικής έλξης προσροφά ύλη και αυξάνεται σε μέγεθος Η κεντρική περιοχή του νεφελώματος καθίσταται τόσο πυκνή ώστε αυξάνεται έντονα η θερμοκρασία και δημιουργείται ένα πρωτοάστρο

41 Σχηματισμός του Ηλιακού Συστήματος 3. Θέρμανση και εκτόξευση Όταν η θερμοκρασία στο κέντρο του πρωτοάστρου ανήλθε στα ~ 10x10 6 ο Κ, το Η 2 συντήχθηκε και σχημάτισε He, με παράλληλη έκλυση τεράστιων ποσοτήτων ακτινοβολούμενης ενέργειας και εκτόξευση ύλης

42 Σχηματισμός του Ηλιακού Συστήματος 4. Σύντηξη (Fusion) Η διαφυγή ενέργειας και ύλης αντιστάθμισε και τελικά τερμάτισε την βαρυτική συστολή Γεννήθηκε ο Ήλιος

43 Σχηματισμός του Ηλιακού Συστήματος 5. Το Ηλιακό Σύστημα Ο πεπλατυσμένος δίσκος συνέχισε να ακτινοβολεί ενέργεια στο Διάστημα και γινόταν διαρκώς περισσότερο ψυχρός Στην περιφέρεια του ηλιακού νεφελώματος η ψύξη ήταν εντονότερη και έτσι τα λιγότερο πτητικά συστατικά άρχισαν να στερεοποιούνται Σχηματισμός πλανητοειδών Λόγω της βαρυτικής έλξης, οι πλανητοειδείς άρχισαν να συγκρούονται και να συνενώνονται σε πρωτοπλανήτες Από τη βαθμιαία ενσωμάτωση των πλανητοειδών στους πρωτοπλανήτες προέκυψαν οι πλανήτες

44 Σχηματισμός του Ηλιακού Συστήματος Οι πλανήτες του Ηλιακού Συστήματος

45 Σχηματισμός του Ηλιακού Συστήματος Η θέση του Ηλιακού Συστήματος στον Γαλαξία

46 Σχηματισμός της Γης 1. Ομογενής Πρωταρχική Γη Λόγω βαρύτητας, αστρική ύλη με μέγεθος από μικροσκοπικά σωματίδια έως πλανητοειδείς διαμέτρου εκατοντάδων χιλιομέτρων συγκρούεται μεταξύ της Τα συγκρουόμενα σώματα συντήκονται Προκύπτει η Πρωταρχική Γη

47 Σχηματισμός της Γης 2. Διαφοροποίηση των υλικών της Πρωταρχικής Γης Η διαρκής προσρόφηση αστρικής ύλης έχει σαν συνέπεια την αύξηση του μεγέθους και του βαρυτικού πεδίου της Πρωταρχικής Γης Σύντομα το εσωτερικό της απέκτησε θερμοκρασίες τήξεως του Fe και του Ni Το λιωμένο σιδηρονικέλιο μεταναστεύει λόγω βάρους προς το κέντρο της Πρωτογης, αυξάνοντας περισσότερο τη θερμοκρασία και εκτοπίζοντας τα ελαφρότερα υλικά προς τα έξω

48 Σχηματισμός της Γης 3. Στρωματοποιημένη Γη Τα ελαφρότερα υλικά στην πορεία τους προς τα πάνω υπέστησαν διαρκείς ανατήξεις Τα υλικά διαφοροποιήθηκαν και ταξινομήθηκαν στο εσωτερικό της Γης Όταν τα περισσότερο ελαφρά έφτασαν στην επιφάνεια απλώθηκαν, ψύχθηκαν και στερεοποιήθηκαν σχηματίζοντας τον φλοιό της Γης

49 Σχηματισμός της Σελήνης Υποθέσεις προέλευσης: Ταυτόχρονος Σχηματισμός Βαρυτική Έλξη Αποκόλληση Γιγαντιαία Πρόσκρουση: Ένα μεγάλο διαστημικό σώμα προσκρούει στη Πρωταρχική Γη Ένα μεγάλο κομμάτι της Γης αποκολλάται και εκτοξεύεται στο Διάστημα Το εξαερωμένο αυτό σώμα τίθεται σε τροχιά γύρω από τη Γη Από την συμπύκνωση της αερώδους ύλης προκύπτει η Σελήνη Η Υπόθεση της Γιγαντιαίας Πρόσκρουσης εξηγεί: Τη μικρή περιεκτικότητα της Σελήνης σε Fe Την κατά τα άλλα πλήρη ομοιότητα των πετρωμάτων της Γης και της Σελήνης Του κεκλιμένους άξονες περιστροφής της Γης και της Σελήνης Εγκοβισμός της Σελήνης στο πεδίο βαρύτητας της Γης

50 Σχηματισμός των Ωκεανών Νερό από τα έγκατα της Γης Στάδιο 1: Δηλητηριώδη αέρια (υδροχλωρικό οξύ, μονοξείδιο και διοξείδιο του άνθρακα, υδρατμοί) απελευθερώνονται από την λιωμένη επιφάνεια της Γης Στάδιο 2: Μερική στερεοποίηση της επιφάνειας της Γης και έκλυση δηλητηριωδών αερίων μέσω των λιωμένων τμημάτων της Γης Στάδιο 3: Σχηματισμός στέρεου φλοιού και εκτόξευση αερίων (με μεγάλη περιεκτικότητα σε υδρατμούς) μέσω έντονης ηφαιστειακής δραστηριότητας Στάδιο 4: Αύξηση του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα και σταδιακή αλλαγή της σύστασης αυτής

51 Σχηματισμός των Ωκεανών Νερό από το διάστημα Συσκευή: Υπεριώδες φωτόμετρο του DE-1 Έρευνα: Ημερήσια φωταύγεια της Γης Ημερήσια φωταύγεια της Γης είναι η υπεριώδης ακτινοβολία που εκπέμπεται από το ατομικό οξυγόνο στην ανώτερη ατμόσφαιρα όταν αυτή απορροφά και επανακτινοβολεί ενέργεια από τον Ήλιο Παρατήρηση: Ύπαρξη μαύρων οπών που οφείλονται σε αντικείμενα που εισέρχονται στην ατμόσφαιρα από το Διάστημα Υπόθεση: Ο Louis Frank υποστηρίζει ότι τα αντικείμενα αυτά είναι μικροί παγώδεις κομήτες που εξατμίζονται στην ανώτερη ατμόσφαιρα, δημιουργώντας υδρατμούς που απορροφούν την υπεριώδη ακτινοβολία της γήινης φωταύγειας Dynamic Explorer 1 (DE-1) Ημερήσια φωταύγεια (dayglow)

52 Δημιουργία της ζωής Το αρχαιότερο απολίθωμα χρονολογείται πριν από ~ 3,5x10 9 χρόνια Βρέθηκε στην βορειοδυτική Αυστραλία μέσα σε Στρωματόλιθο Το απολίθωμα είναι ένας μικροοργανισμός που μοιάζει με βακτήριο ικανό να φωτοσυνθέσει και να ελευθερώσει οξυγόνο Υποψίες για ακόμη αρχαιότερη παρουσία ζωής προέρχονται από την Νήσο Ακίλια, κοντά στην Γροιλανδία, όπου ανθρακικά υπολείμματα ανακαλύφτηκαν εντός πετρωμάτων ηλικίας 3,85x10 9 χρόνων

53 Άρης Ωκεανοί στο Διάστημα

54 Καλλιστώ Ωκεανοί στο Διάστημα

55 Ευρώπη Ωκεανοί στο Διάστημα

56 Ευρώπη Ωκεανοί στο Διάστημα

57 Εγκέλαδος Ωκεανοί στο Διάστημα