Lidský pohled do hlubin oceánu byl dosud omezený a zkreslený. V posledních letech ovšem lidstvo dostává do rukou doslova převratnou technologii, která dokáže vykreslit detailní mapy dna. Brzy snad budeme moci poznat velké části poslední neprozkoumané divočiny na Zemi.
Naše znalosti o největším, nejstarším a pro život na planetě nejdůležitějším ekosystému stojí na neuvěřitelně vratkých základech. Analýza našich studií o oceánech, vydaná letos v odborném časopise Science Advances, naši neznalost shrnula do jednoho čísla: lidstvo dosud vizuálně prozkoumalo v součtu méně než 0,001 % hlubokého mořského dna. Jde o plochu zhruba rozlohy území Karlovarského kraje.
Představte si, že by veškeré naše poznatky o životě na souši — o lesích, pouštích, savanách i velehorách — pocházely z průzkumu jen tak malého území. Přesně v takové situaci se nachází moderní oceánografie. Jenže problém není pouze v tom, jak nepatrný zlomek dna jsme viděli. Vzorek je totiž nebezpečně zkreslený a podává spíše karikaturu než věrný obraz reality (viz dále). A to vše v době, kdy na tento skrytý svět doléhají bezprecedentní hrozby a kdy se začíná mluvit o jeho průmyslovém využití. Spřádáme plány na těžbu v krajině, ze které jsme v podstatě nic neviděli a kterou z velké části vůbec neznáme.
Tichý motor planety
Proč na tom vlastně záleží? Protože hluboký oceán, tedy vše pod hranicí 200 m, není jen mrtvá, vodou zalitá pustina. Představuje 66 % povrchu naší planety a život, jak ho známe, by bez něj nemohl existovat.
Zaprvé, hlubina je zdrojem života. Neustálé proudění vynáší z temnot k prosluněné hladině chladné vody plné živin. Ty se stávají potravou pro fytoplankton, mikroskopické řasy, které stojí na samém počátku většiny mořských potravních řetězců. A jako vedlejší produkt fotosyntézy uvolňují kyslík. Podle některých odhadů vděčíme tomuto procesu až za 80 % veškerého kyslíku, který dýcháme. Hluboký oceán je tedy jakýmsi neviditelným motorem planetárních plic.
Zadruhé, funguje jako globální termostat. Za posledních 50 let pohltil zhruba 90 % přebytečného tepla, které lidstvo vyprodukovalo spalováním fosilních paliv, a zhruba 30 % oxidu uhličitého. Bez této „teplotní houby“ by globální oteplování postupovalo násobně rychleji. Jeden ekonomický odhad vyčísluje tyto služby na zhruba 160 mld. USD ročně.
A konečně, hlubiny jsou zdrojem potravy a léků. Oceán jako celek poskytuje obživu pro pětinu lidstva a zaměstnává na 60 mil. lidí. V jeho obyvatelích, od mořských hub po bakterie, navíc vědci objevují unikátní chemické sloučeniny, které se staly základem pro léky na HIV, rakovinu prsu nebo covid. A to toho tolik neznáme…
V podstatě slepá mapa
Zmíněná analýza ze Science Advances odhalila tři zásadní zkreslení, tři systematické chyby, kvůli kterým je náš pohled na hlubiny pokřivený. Je to, jako bychom se na cizí zemi dívali klíčovou dírkou, a ještě k tomu z jednoho jediného úhlu.
První je zkreslení geografické. Dalo by se popsat jako efekt „hledání pod nejbližší lampou“. Přestože oceán nezná hranice, náš průzkum ano. Plných 65 % všech vizuálních pozorování dna pochází z vod pouhých tří zemí: Spojených států, Japonska a Nového Zélandu. A 97 % všech ponorů v historii vedlo jen pět států (kromě zmíněných ještě Francie a Německo). Drtivá většina průzkumů se tak logicky soustředí do exkluzivních ekonomických zón těchto bohatých zemí, zatímco obrovské oblasti v mezinárodních vodách zůstávají doslova bílými místy na mapě.
Druhé zkreslení je hloubkové a je možná nejvíce paradoxní. S rozvojem technologií bychom očekávali, že se budeme pouštět do čím dál větších hloubek. Opak je pravdou. Zatímco v 60. letech minulého století se více než polovina (58,4 %) všech ponorů uskutečnila v hloubkách pod 2 000 m, v dekádě mezi lety 2010 a 2019 to byla už jen čtvrtina (25,9 %). A to přesto, že celých 75 % rozlohy světového oceánu leží právě v hloubkách mezi 2 000 a 6 000 m. Místo abychom prozkoumávali největší a nejtypičtější ekosystém planety, soustředíme se na jeho okrajové, mělčí části.
Třetí zkreslení je morfologické. Lidi přirozeně fascinují dramatické a zajímavé útvary. Vědce nevyjímaje. Náš průzkum se tak nepřiměřeně zaměřuje na místa, jako jsou podmořské kaňony, hory nebo hydrotermální průduchy. Tyto útvary jsou pozorovány násobně častěji, než odpovídá jejich skutečnému plošnému zastoupení. Naopak nekonečné, a na první pohled možná monotónní plošiny tvořící naprostou většinu mořského dna do velké míry ignorujeme.
Extrémním příkladem tohoto zkreslení je podmořský kaňon Monterey u pobřeží Kalifornie. Na tomto jediném místě proběhla podle statistik sebraných autory téměř polovina všech ponorů do podmořských kaňonů, které kdy lidstvo podniklo. O zbývajících devíti tisících kaňonech nevíme téměř nic.
Oči pro průzkum hlubin
Objem našich znalostí se však může v příštích letech rychle zvyšovat především díky jedné technologii: syntetickému aperturnímu sonaru (SAS). Ten pro průzkum dna představuje podobný skok, jakým byly velké teleskopy pro astronomii.
Zjednodušeně si SAS můžeme představit jako obří akustickou kameru. Zatímco běžné sonary vysílají jeden široký zvukový paprsek a kreslí spíše hrubou mapu, SAS funguje jinak. Je to obdoba satelitního radaru (SAR), který dnes s nevídanou přesností mapuje zemský povrch. Pohyblivý zdroj zvuku zaměří sérii mnoha krátkých signálů („pingů“) na jediný bod na dně. Počítač pak odražené vlny složí dohromady a vytvoří obraz, který by jinak vyžadoval anténu o velikosti několika set metrů.
Aby byl výsledný obraz ostrý, musí systém naprosto přesně vědět, kde se v každém okamžiku nachází. To je na povrchu snadné díky GPS. Pod vodou, kam signál GPS nepronikne, je to však extrémně složité. Zvuk se navíc ve vodě šíří mnohem pomaleji než rádiové vlny, takže se pro rychlou navigaci příliš nehodí.
Teprve v posledním desetiletí se komerčním firmám, které technologii původně vyvíjely pro armádu k hledání min, podařil malý zázrak. Trik spočívá ve využití samotných akustických dat — těch samých vln, kterými sonar mapuje okolí. Postupně vyvinuté a zdokonalující se algoritmy analyzují časové prodlevy mezi jednotlivými odrazy a z nich odhadují i ty nejmenší odchylky od přímého kurzu.
Výsledkem je obraz v centimetrovém rozlišení. Mírou podrobností připomíná fotografii. Izraelští vědci nedávno použili technologii k průzkumu podmořského hřebene u pobřeží Izraele. Zmapování 5 km2 trvalo na poměry oboru velmi krátkých šest hodin a výsledky byly neuvěřitelné přesné: „Můžete vidět, jak na kamenech rostou řasy,“ popsal pro Science výsledek geolog Jicchak Makovsky z Haifské univerzity.
Na snímcích byl vidět každý kámen, každá prasklina na dně. Dokonce se dala rozeznat ústí podmořských chodeb vyhloubených živočichy žijícími na dně. „V tu chvíli jsme si uvědomili,“ svěřil se později Makovsky, „že tohle mění pravidla hry.“
V oblasti odhalil průzkum oázu života — výrony plynů obklopené norami živočichů, slaná jezírka a také líheň hlubokomořských žraloků. Nálezy pomohly v roce 2022 prosadit vyhlášení nové podmořské chráněné oblasti.
Hansenův tým využil technologii také v Severním moři při hledání vraků spojeneckých lodí, potopených po druhé světové válce, mimo jiné i s náklady bomb a sudů s yperitem. Během průzkumu oblasti 4× větší než Paříž našli 54 vraků, a dokonce identifikovali jednotlivé barely rozeseté po dně. Ty jsou pro jiné sonarové systémy příliš malé.
Pro bohaté
Technologie je ovšem zatím velmi nákladná. Samotné zařízení a podmořský dron, který ho nese, mohou stát několik milionů USD. K tomu je potřeba připočítat náklady na loď, posádku a specialisty schopné zpracovat komplexní data.
Prvními, kdo si ji osvojí ve velkém, tak budou zřejmě těžařské společnosti hledající na dně ložiska kovů a dobře financovaní lovci vraků. Postupný pokles ceny je nevyhnutelný, ale i vzhledem k omezené velikosti trhu bude spíše pomalejší.
Pochopitelně, samotná technologie problém nevyřeší. Pokud ji budeme používat jen k tomu, abychom se znovu a znovu vraceli na stejná, dobře známá místa, náš obraz světa se příliš nezmění. Doufejme, že nad námi zase jednou zvítězí zvědavost.
| Jak funguje syntetický sonar |
| Představte si, že chcete z velké dálky přečíst nápis na ceduli. Běžným dalekohledem (ekvivalentem klasického sonaru) by byl obraz při velkém přiblížení neostrý. Syntetický aperturní sonar (SAS) je naproti tomu jako špičkový fotograf, který pořídí desítky snímků z mírně odlišných pozic a následně je v počítači složí do jediné, dokonale ostré fotografie. Právě tento „trik“ — vytvoření velkého virtuálního senzoru z mnoha malých měření — je jádrem technologie SAS. Základní princip sonaru je jednoduchý: Vyšle zvukový signál (ping) a naslouchá jeho ozvěně. U běžného sonaru závisí kvalita obrazu, především takzvané podélné rozlišení (schopnost rozlišit objekty vedle sebe ve směru pohybu), na frekvenci a délce fyzické antény. Platí zde kompromis: vyšší frekvence znamená lepší rozlišení, ale zvuk se rychleji utlumí a má kratší dosah. Pro detailní obraz na velkou vzdálenost by tak byla potřeba absurdně dlouhá anténa. SAS tento problém obchází. Nosič sonaru (obvykle podmořský dron nebo za lodí vlečené těleso) se pohybuje vpřed a opakovaně vysílá signály tak, aby jedna a tatáž oblast na dně byla zasažena mnohokrát z mírně odlišných úhlů. Všechna tato data se pečlivě zaznamenávají. Následně přichází na řadu složité zpracování v počítači, kterému se říká koherentní sčítání. Software všechna jednotlivá „ozvěnová“ měření poskládá dohromady, jako by pocházela z jediné, obrovské virtuální antény — takzvané syntetické apertury. Její délka může v praxi dosahovat stovek metrů. Díky tomu má SAS jednu zásadní výhodu: jeho podélné rozlišení je prakticky nezávislé na vzdálenosti od cíle. Objekt ve vzdálenosti 300 m je na výsledném obraze stejně ostrý jako objekt vzdálený 50 m. To je u klasického sonaru, jehož rozlišení s rostoucí vzdáleností klesá, nemyslitelné. Kořeny technologie SAS sahají, podobně jako u jejího radarového protějšku (SAR), do doby studené války. Armády potřebovaly nástroj, který by dokázal z bezpečné vzdálenosti odhalit malé nebezpečné objekty, jako jsou námořní miny nebo nepřátelské ponorky ležící na dně. Po desítkách let vývoje se technologie v posledních dvou dekádách stala dostatečně robustní a výpočetně zvládnutelnou pro komerční nasazení. Vytvoření takto přesného obrazu klade obrovské nároky na navigaci. Systém musí znát polohu senzoru s milimetrovou přesností v průběhu celé dráhy, po které „kreslí“ virtuální anténu. Jakýkoliv neočekávaný boční pohyb způsobený mořskými proudy, takzvaný „crabbing“ (boční snos), může výsledný obraz rozmazat a znehodnotit. Další výzvou je obrovský objem dat (běžně 60—90 GB za hodinu) a nutnost komplexního zpracování, které trvá hodiny a vyžaduje výkonné počítače. SAS tedy neposkytuje obraz v reálném čase jako jednodušší systémy. Jeho výsledky jsou však o řád kvalitnější a odhalují svět, který byl dříve doslova neviditelný |