Podwodny jeż - polski wynalazek w międzynarodowym projekcie badawczym

Polscy oceanolodzy uczestniczą w programie badawczym "Radiacja w Dynamicznym Oceanie" (RaDyO) Biura Badań Naukowych Marynarki Wojennej USA. W ramach tego programu w Instytucie Oceanologii PAN powstał unikalny instrument do pomiarów optycznych fluktuacji światła.

Jednym z projektów badawczych realizowanych w ramach RaDyO kieruje prof. Dariusz Stramski ze Scripps Institution of Oceanography University of California w San Diego, dawny pracownik IO PAN. We wrześniu zakończył się pierwszy główny eksperyment oceanograficzny w Santa Barbara Channel u wybrzeży Kalifornii, w którym brali udział także dr Miroslaw Darecki i mgr inż. Maciej Sokolski z IO PAN.

"Celem programu RaDyO jest zbadanie krótkookresowej zmienności naturalnego pola światła w oceanie w powiązaniu z falowaniem powierzchni morza i procesami dynamicznymi zachodzącymi w strefie granicznej oceanu i atmosfery, np. tworzenie się chmur pęcherzyków powietrza i piany z powodu załamywania się fal" - mówi prof. Stramski.

Dr Darecki i mgr inż. Sokolski są bezpośrednio zaangażowani w projekt kierowany przez prof. Dariusza Stramskiego. Polacy prowadzą pomiary krótkookresowych fluktuacji pola światła w oceanie, powodowane falowaniem powierzchni morza. Ich badania koncentrują się na najsilniejszych fluktuacjach obserwowanych na niewielkich głębokościach w oceanie spowodowanych ogniskowaniem promieni słonecznych przez fale.
 

Skonstruowany w Sopocie przyrząd nazwano "Underwater Porcupine Radiometer System" ("Podwodny Jeż do Pomiarów Radiometrycznych"). Instrument zawiera 23 czujniki do pomiarów podstawowych charakterystyk pola światła, takich jak oświetlenie odgórne w rożnych pasmach spektralnych oraz radiacja z różnych kierunków odgórnych. Czujniki mogą rejestrować podwodne światło z bardzo dużą szybkością (1000 pomiarów na sekundę) w dużym zakresie dynamicznym zmian wielkości. Jak podkreśla profesor, są to wymagania techniczne niezbędne do badań fluktuacji światła pod sfalowaną powierzchnią morza. Nie spełniają ich typowe komercyjne radiometry używane w oceanografii.

W trakcie eksperymentu w Santa Barbara Channel zespół profesora Stramskiego z pracownikami IO PAN w Sopocie wykonywał pomiary fluktuacji światła pod sfalowaną powierzchnią oceanu właśnie z platformy FLIP przy użyciu nowo skonstruowanego w IO PAN instrumentu. Na platformie FLIP pracowali dr Darecki i mgr inż. Sokólski, a profesor Stramski z innymi uczestnikami badań wykonywali dodatkowe pomiary ze statku KILO MOANA.

Jak wyjaśnia prof. Stramski, FLIP jest niezwykłą, jedyną w swoim rodzaju platformą do badań oceanograficznych, zaprojektowaną i zbudowaną w 1962 r w instytucie Scripps'a w San Diego. Platforma ta ma zdolność przejścia z pozycji poziomej do pozycji pionowej na pełnym oceanie, i w tej operacyjnej pozycji pionowej jest niezwykle stabilna i odporna na ruch falowania powierzchni morza. Ta niezwykła stabilność pozwala na precyzyjne pomiary falowania powierzchni oceanu oraz inne pomiary oceanograficzne. Katamaran KILO MOANA również wykazuje wyjątkową stabilność.

Uczestnictwo Polaków w programie RaDyO, a w szczególności w badaniach ze słynnej platformy FLIP jest wydarzeniem w polskich badaniach oceanograficznych. Z badań tych oczekiwane są oryginalne i nowatorskie wyniki na temat oddziaływania światła ze powierzchnią oceanu.

"Jednym z najbardziej znaczących wyników oczekiwanych przez nasz zespół będzie charakterystyka najsilniejszych chwilowych skupień energii słonecznej, które pojawiają się w naturze w przypowierzchniowej warstwie oceanu na skutek ogniskowania promieni słonecznych przez fale morskie" - mówi prof. Stramski. Dodaje, że te silne lokalne skupienia energii słonecznej pojawiają się w wodzie w postaci krótkotrwałych "błysków" trwających tylko kilka - kilkadziesiąt milisekund. Ich intensywność wielokrotnie przekracza średnią wielkość promieniowania słonecznego (nawet ponad dziesięciokrotnie). To wyjątkowe zjawisko optyczne ma istotny wpływ na ważne procesy biologiczne i biochemiczne w oceanie, takie jak fotosynteza materii organicznej w komórkach fitoplanktonu.

"Ten fundamentalny proces związany z życiem na Ziemi jest odpowiedzialny za pierwotną produkcję materii organicznej oraz produkcję tlenu na naszej planecie" - przypomina naukowiec.

RaDyO sponsoruje 11 zespołów naukowych. Badania dotyczą optyki i hydrodynamiki w oceanie. Większość naukowców w tym programie pochodzi z amerykańskich uniwersyteckich placówek badawczych, ale są też badacze z Australii, Kanady i Polski.

"Udział naukowców z IO PAN jest dużym sukcesem, szczególnie w trudnej dziedzinie konstrukcji nowych przyrządów, czym Amerykanów trudno zaskoczyć" - mówi Główny Inżynier Instytutu Oceanologii dr Jacek Wyrwiński.