استكشاف أعماق البحار

استكشاف أعماق البحار هو دراسة الظروف الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية في مياه المحيطات وقاع البحر خارج الجرف القاري، لأغراض علمية أو تجارية . يُعدّ استكشاف أعماق البحار جانبًا من جوانب الاستكشاف تحت الماء ، ويُعتبر نشاطًا بشريًا حديثًا نسبيًا مقارنةً بمجالات البحث الجيوفيزيائي الأخرى ، إذ لم تُستكشف أعماق البحار إلا في السنوات الأخيرة نسبيًا. ولا تزال أعماق المحيطات جزءًا غير مستكشف إلى حد كبير من كوكب الأرض ، وتشكل مجالًا غير مكتشف نسبيًا.

يمكن القول إن الاستكشاف العلمي لأعماق البحار بدأ عندما قام العالم الفرنسي بيير سيمون لابلاس بدراسة متوسط ​​عمق المحيط الأطلسي من خلال رصد حركات المد والجزر المسجلة على سواحل البرازيل وأفريقيا في أواخر القرن الثامن عشر أو أوائل القرن التاسع عشر. مع ذلك، فإن التاريخ الدقيق لدراسته غير معروف. وقد حسب العمق بـ 3962 مترًا (12999 قدمًا) ، وهي قيمة ثبتت دقتها لاحقًا بتقنيات قياس الصدى . ^{[ 1 ]} لاحقًا، ونظرًا لتزايد الطلب على مدّ الكابلات البحرية ، برزت الحاجة إلى قياسات دقيقة لعمق قاع البحر، فبدأت أولى الدراسات في قاع البحر. اكتُشفت أولى أشكال الحياة في أعماق البحار عام 1864 عندما حصل الباحثان النرويجيان مايكل سارس وجورج أوسيان سارس على عينة من زنبق البحر ذي الساق على عمق 3109 أمتار (10200 قدم) . ^{[ 2 ]}   

في الفترة من عام 1872 إلى عام 1876، أجرى علماء بريطانيون دراسةً رائدةً للمحيطات على متن سفينة إتش إم إس تشالنجر ، وهي سفينة حربية مزودة بمروحة تم تحويلها إلى سفينة مسح في عام 1872. غطت رحلة تشالنجر مسافة 127,653 كيلومترًا (68,927 ميلًا بحريًا) ، وجمع العلماء على متن السفينة مئات العينات والقياسات الهيدروغرافية، مكتشفين أكثر من 4,700 نوع جديد من الكائنات البحرية ، بما في ذلك كائنات أعماق البحار. ^{[ 1 ] [ 3 ]} كما يُنسب إليهم الفضل في تقديم أول رؤية حقيقية لخصائص قاع البحر الرئيسية، مثل أحواض المحيطات العميقة. 

كان أول جهاز استخدم في استكشاف أعماق البحار هو ثقل السبر، الذي استخدمه المستكشف البريطاني السير جيمس كلارك روس . ^{[ 4 ]} وبهذا الجهاز، وصل إلى عمق 3700 متر (12139 قدمًا) في عام 1840. ^{[ 5 ]} استخدمت بعثة تشالنجر أجهزة مماثلة تسمى آلات بايلي للسبر لاستخراج عينات من قاع البحر.  

في القرن العشرين، شهد استكشاف أعماق البحار تقدماً ملحوظاً بفضل سلسلة من الاختراعات التكنولوجية، بدءاً من نظام السونار القادر على رصد وجود الأجسام تحت الماء باستخدام الصوت، وصولاً إلى الغواصات المأهولة للغوص العميق . في عام 1960، هبط جاك بيكارد وملازم البحرية الأمريكية دونالد والش في الغواصة ترييستي إلى أعمق نقطة في محيطات العالم، خندق ماريانا . ^{[ 6 ]} وفي 25 مارس 2012، هبط المخرج جيمس كاميرون إلى خندق ماريانا في فيلم "ديب سي تشالنجر" ، وقام لأول مرة بتصوير قاعه وأخذ عينات منه. ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]}

على الرغم من هذه التطورات في استكشاف أعماق البحار، لا تزال الرحلة إلى قاع المحيط تجربةً مليئة بالتحديات. ويعمل العلماء على إيجاد طرق لدراسة هذه البيئة القاسية من على متن السفينة. ومع استخدام أكثر تطوراً للألياف البصرية والأقمار الصناعية والروبوتات التي يتم التحكم فيها عن بُعد، يأمل العلماء في أن يتمكنوا يوماً ما من استكشاف أعماق البحار من شاشة حاسوب على سطح السفينة بدلاً من استكشافها من خلال كوة. ^{[ 3 ]}

تتطلب الظروف القاسية في أعماق البحار أساليب وتقنيات متطورة لتحملها، وهو السبب الرئيسي وراء قصر تاريخ استكشافها نسبياً. فيما يلي بعض المحطات الهامة في استكشاف أعماق البحار:

• 1521: حاول فرديناند ماجلان قياس عمق المحيط الهادئ باستخدام خط مثقل، لكنه لم يعثر على القاع.
• 1810–1827: نشر أنطوان ريسو ، وهو صيدلي من نيس (التي كانت آنذاك جزءًا من دوقية سافوي)، سلسلة من الأوراق التي ظلت مهملة لفترة طويلة، تصف وتسمي عشرات الأنواع من الأسماك والقشريات التي جمعها الصيادون على أعماق تتراوح بين 600 و1000 متر (1969 و3281 قدمًا) في خليج جنوة . ^{[ 12 ]}  
• 1818: اكتشف الباحث البريطاني السير جون روس بشكل مستقل أن أعماق البحار مأهولة بالحياة عندما اصطاد قناديل البحر والديدان على عمق حوالي 2000 متر (6562 قدمًا) باستخدام جهاز خاص.  
• في عام 1843، زعم إدوارد فوربس أن تنوع الحياة في أعماق البحار ضئيل ويتناقص مع ازدياد العمق. وذكر أنه لا يمكن أن توجد حياة في المياه التي يزيد عمقها عن 550 مترًا (1804 قدمًا) ، وهو ما يُعرف بنظرية الأعماق السحيقة .  
• 1850: بالقرب من لوفوتن ، وجد مايكل سارس مجموعة متنوعة غنية من حيوانات أعماق البحار على عمق 800 متر (2625 قدمًا) ، مما يدحض نظرية الهاوية. ^{[ 13 ]}  
• 1872-1876: أجرت بعثة تشالنجر ، بقيادة  تشارلز وايفيل طومسون ، أول استكشاف منهجي لأعماق البحار . وكشفت هذه البعثة أن أعماق البحار تضم كائنات حية متنوعة ومتخصصة.
• 1890-1898: أول رحلة استكشافية نمساوية-مجرية في أعماق البحار على متن السفينة إس إم إس بولا  بقيادة فرانز شتاينداخنر في شرق البحر الأبيض المتوسط ​​والبحر الأحمر .
• 1898-1899: أول رحلة استكشافية ألمانية في أعماق البحار على متن السفينة فالديفيا بقيادة كارل تشون ؛ تم العثور على العديد من الأنواع الجديدة من أعماق تزيد عن 4000 متر (13123 قدمًا) في جنوب المحيط الأطلسي .  
• عام 1930: كان ويليام بيبي وأوتيس بارتون أول إنسانين يصلان إلى أعماق البحار عندما غاصا في الغواصة "باثيسفير" ، وهي عبارة عن حجرة كروية فولاذية مقاومة للضغط. وصلا إلى عمق 435 مترًا (1427 قدمًا) ، حيث شاهدا قناديل البحر والروبيان .  
• 1934: وصلت الغواصة إلى عمق 923 مترًا (3028 قدمًا) .  
• 1947-1948: نظم عالم المحيطات السويدي هانز بيترسون وقاد بعثة ألباتروس ، التي قطعت مسافة 45,000 ميل بحري (51,785 ميلًا؛ 83,340 كيلومترًا) حول خط الاستواء في 15 شهرًا. وبمساعدة جهاز كولنبرغ لأخذ العينات، تمكنت البعثة لأول مرة من استخراج عينات من الرواسب بطول 20 مترًا (66 قدمًا) من قاع البحر، وأجرت عمليات صيد بشباك الجر في أعماق البحار على عمق يتراوح بين 7,600 و7,900 متر (24,934-25,919 قدمًا) تحت سطح المحيط.     
• 1948: سجل أوتيس بارتون رقماً قياسياً جديداً، حيث غاص إلى عمق 1370 متراً (4495 قدماً) في الغواصة الكروية.  
• 1960: وصل جاك بيكارد ودون والش إلى قاع خندق تشالنجر في خندق ماريانا ، حيث نزلا إلى عمق 10740 مترًا (35236 قدمًا) في سفينتهما تريست ، حيث شاهدا الأسماك والكائنات الحية الأخرى في أعماق البحار.  
• 2012: أكملت السفينة "ديب سي تشالنجر" ، بقيادة جيمس كاميرون ، الرحلة الثانية المأهولة وأول مهمة فردية إلى قاع " تشالنجر ديب" .
• 2018: أكملت الغواصة DSV Limiting Factor ، بقيادة فيكتور فيسكوفو ، أول مهمة إلى أعمق نقطة في المحيط الأطلسي، حيث غاصت 8375 مترًا (27477 قدمًا) تحت سطح المحيط إلى قاعدة خندق بورتوريكو . ^{[ 14 ]}  
• 2019: قامت غواصة الاستكشاف المحدودة (DSV Limiting Factor) بغطسات إلى قاع خندق ساندويتش الجنوبي ، أعمق جزء من المحيط الجنوبي ، وخندق سوندا في المحيط الهندي ، ومنطقة هورايزون ديب في خندق تونغا في جنوب المحيط الهادئ، والعديد من الغطسات في خندق ماريانا في منطقتي تشالنجر ديب وسيرينا ديب ، وفي منطقة مولوي ديب في المحيط المتجمد الشمالي.
• 2020: بصفتها أخصائيات مهمة على متن السفينة Limiting Factor، أكملت الدكتورة كاثرين سوليفان وفانيسا أوبراين مهمات بقيادة فيسكوفو، ليصبحن أول امرأتين تصلان إلى قاع خندق تشالنجر على عمق 10925 مترًا (35843 قدمًا) . ^{[ 15 ]}  

صُمم ثقل السبر، وهو أحد أوائل الأدوات المستخدمة في استكشاف قاع البحر، على شكل أنبوب في قاعدته يدفع قاع البحر إلى الداخل عند اصطدامه بقاع المحيط. وقد استخدم المستكشف البريطاني السير جيمس كلارك روس هذه الأداة بالكامل للوصول إلى عمق 3700 متر (12139 قدمًا) في عام 1840. ^{[ 4 ] [ 16 ]}  

كانت أوزان السبر المستخدمة على متن سفينة إتش إم إس تشالنجر  عبارة عن "آلة بايلي للسبر"، وهي آلة أكثر تطوراً. استخدم الباحثون البريطانيون تقنية السبر السلكي لدراسة أعماق البحار، وجمعوا مئات العينات البيولوجية من جميع المحيطات باستثناء المحيط المتجمد الشمالي . كما استُخدمت على متن سفينة إتش إم إس تشالنجر جرافات ومجارف معلقة بحبال، والتي استُخدمت للحصول على عينات من الرواسب وعينات بيولوجية من قاع البحر. ^{[ 4 ]}

يُعدّ جهاز أخذ العينات بالجاذبية نسخةً أكثر تطورًا من أداة قياس الأعماق . يسمح هذا الجهاز للباحثين بأخذ عينات من طبقات الرواسب في قاع المحيطات ودراستها. يتكون الجهاز من أنبوب مفتوح الطرفين مزود بثقل رصاصي وآلية تشغيل تُحرر الجهاز من كابل التعليق عند إنزاله فوق قاع البحر وملامسة ثقل صغير للأرض. يسقط الجهاز في قاع البحر ويخترقه حتى عمق 10 أمتار (33 قدمًا) . عند رفع الجهاز، تُستخرج عينة أسطوانية طويلة تُحفظ فيها بنية طبقات الرواسب في قاع البحر. يُمكّن استخراج عينات الرواسب العلماء من رؤية وجود أو غياب أحافير محددة في الطين، والتي قد تُشير إلى أنماط مناخية في فترات سابقة، مثل العصور الجليدية. يُمكن الحصول على عينات من طبقات أعمق باستخدام جهاز أخذ عينات مُثبّت على مثقاب. تم تجهيز سفينة الحفر "جويدس ريزوليوشن" لاستخراج عينات لبية من أعماق تصل إلى 1500 متر (4921 قدمًا) تحت قاع المحيط. (انظر برنامج الحفر المحيطي ) ^{[ 17 ] [ 18 ]}    

استُخدمت أجهزة قياس الأعماق بالصدى على نطاق واسع لتحديد عمق قاع البحر منذ الحرب العالمية الثانية . ويُستخدم هذا الجهاز بشكل أساسي لتحديد عمق المياه عن طريق الصدى الصوتي. إذ تنعكس نبضة صوتية مُرسلة من السفينة من قاع البحر عائدةً إليها، وتتناسب الفترة الزمنية بين الإرسال والاستقبال مع عمق الماء. ومن خلال تسجيل الفترات الزمنية بين الإشارات الصادرة والعائدة باستمرار على شريط ورقي، يتم الحصول على خريطة متصلة لقاع البحر . ^{[ 19 ]} وقد تم رسم خرائط معظم قاع المحيط بهذه الطريقة.

تُعدّ كاميرات الفيديو عالية الدقة، ومقاييس الحرارة ، ومقاييس الضغط، وأجهزة قياس الزلازل من الأدوات الأخرى المفيدة لاستكشاف أعماق البحار. تُنزل هذه الأدوات إلى قاع البحر بواسطة كابلات أو تُثبّت على عوامات غاطسة . ويمكن دراسة تيارات أعماق البحار باستخدام عوامات تحمل جهازًا صوتيًا فوق صوتي، ما يسمح بتتبع حركتها من على متن سفينة الأبحاث. وتُجهّز هذه السفن بأجهزة ملاحة دقيقة، مثل أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية وأنظمة تحديد المواقع الديناميكية التي تُبقي السفينة في موقع ثابت بالنسبة إلى منارة سونار في قاع المحيط. ^{[ 4 ]} استُخدمت أجهزة قياس المغناطيسية لأول مرة في موقع حطام سفينة تايتانيك خلال رحلة استكشافية في 15 يوليو 2024، وذلك للكشف عن المعادن واستعادة القطع الأثرية الموجودة في الموقع، وهي وسيلة يستخدمها المستكشفون غالبًا في فحص حطام السفن على هذه الأعماق نظرًا لدقتها في تحديد المواد المغناطيسية الحديدية ، ^{[ 20 ]} ولذلك فهي مطلوبة بشدة من قبل شركات الرحلات الاستكشافية. ^{[ 21 ]}

بسبب الضغط العالي، فإن العمق الذي يمكن للغواص النزول إليه دون معدات خاصة محدود. أعمق غوص مسجل لغواص حر هو 253 مترًا (830 قدمًا) حتى عام 2012. ^{[ 22 ]} أما الرقم القياسي للغوص باستخدام أجهزة التنفس فهو 318 مترًا (1043 قدمًا) حتى يونيو 2005، ^{[ 23 ]} و534 مترًا (1752 قدمًا) باستخدام إمدادات سطحية خلال غطسات تجريبية على متن غواصة كومكس هيدرا 8 عام 1988. ^{[ 24 ]}     

تعزل بدلات الغوص الجوي الغواص عن الضغط المحيط، مما يسمح له بالوصول إلى أعماق تصل إلى حوالي 600 متر (1969 قدمًا) . ^{[ 25 ]} تحتوي بعض بدلات الغوص الجوي على محركات دفع يمكنها دفع الغواص عبر الماء. ^{[ 26 ]}  

لاستكشاف أعماق أكبر، يعتمد مستكشفو أعماق البحار على حجرات مقاومة للضغط مصممة خصيصًا لحمايتهم، أو على الاستكشاف عن بُعد. صمّم المستكشف الأمريكي ويليام بيبي ، وهو أيضًا عالم طبيعة من جامعة كولومبيا في نيويورك، بالتعاون مع زميله المهندس أوتيس بارتون من جامعة هارفارد ، أول غواصة عملية لمراقبة الكائنات البحرية في أعماق لا يمكن للغواصين الوصول إليها. في عام 1930، وصل بيبي وبارتون إلى عمق 435 مترًا (1427 قدمًا) ، ثم إلى عمق 923 مترًا (3028 قدمًا) في عام 1934. كان الخطر المحتمل هو أنه في حال انقطاع الكابل، لن يتمكن ركاب الغواصة من العودة إلى السطح. أثناء الغوص، كان بيبي يُطل من كوة ويُبلغ بارتون، الذي كان على السطح، بملاحظاته عبر الهاتف. ^{[ 16 ] [ 27 ]}    

في عام 1948، اختبر الفيزيائي السويسري أوغست بيكارد غواصة اخترعها، أطلق عليها اسم " باثيسكاف" ، وهي غواصة بحرية عميقة قابلة للملاحة، مزودة بعوامة مملوءة بالبنزين وحجرة معلقة أو كبسولة مصنوعة من الفولاذ الكروي. خلال غطسة تجريبية في جزر الرأس الأخضر ، نجحت غواصته في تحمل الضغط الواقع عليها على عمق 1402 متر (4600 قدم) ، إلا أن هيكلها تعرض لأضرار بالغة جراء الأمواج العاتية بعد الغطسة. في عام 1954، وصل بيكارد بهذه الغواصة إلى عمق 4000 متر (13123 قدمًا) . وفي عام 1953، انضم ابنه جاك بيكارد إلى بيكارد في بناء غواصة "ترييستي" الجديدة والمحسّنة ، والتي غاصت إلى عمق 3139 مترًا (10299 قدمًا) في التجارب الميدانية. استحوذت البحرية الأمريكية على الغواصة ترييستي عام 1958 وزودتها بكابينة جديدة لتمكينها من الوصول إلى خنادق المحيطات العميقة. ^{[ 6 ]} وفي عام 1960، هبط جاك بيكارد والملازم دونالد والش من البحرية الأمريكية على متن ترييستي إلى أعمق نقطة معروفة على سطح الأرض - خندق تشالنجر في خندق ماريانا ، ونجحا في تحقيق أعمق غطسة في التاريخ: 10,915 مترًا (35,810 قدمًا) . ^{[ 6 ]}        

يتزايد استخدام الغواصات المأهولة في جميع أنحاء العالم. فعلى سبيل المثال، الغواصة الأمريكية الصنع "ألفين" (DSV Alvin)  ، التي تشغلها مؤسسة وودز هول لعلوم المحيطات ، هي غواصة تتسع لثلاثة أفراد، قادرة على الغوص إلى عمق 3600 متر (11811 قدمًا) ، ومجهزة بذراع آلية لجمع عينات من قاع البحر. صُممت "ألفين" لحمل طاقم من ثلاثة أفراد إلى أعماق تصل إلى 4000 متر (13123 قدمًا) . وهي مزودة بأضواء وكاميرات وأجهزة كمبيوتر وأذرع آلية عالية القدرة على المناورة لجمع العينات في ظلام أعماق المحيط. ^{[ 28 ] [ 29 ]} أجرت "ألفين" أول غطسة تجريبية لها عام 1964، ونفذت أكثر من 3000 غطسة بمتوسط ​​أعماق 1829 مترًا (6001 قدمًا) . كما شارك ألفين في مجموعة واسعة من المشاريع البحثية، مثل المشروع الذي تم فيه اكتشاف ديدان أنبوبية عملاقة في قاع المحيط الهادئ بالقرب من جزر غالاباغوس . ^{[ 29 ]}      

في عام 1974، استكشفت الغواصة ألفين (التي تشغلها مؤسسة وودز هول لعلوم المحيطات ومركز أبحاث أعماق البحار)، والغواصة الفرنسية أرخميدس ، والغواصة الفرنسية سيانا ، بمساعدة سفن الدعم وغواصة غلومار تشالنجر ، وادي الصدع العظيم في سلسلة جبال منتصف المحيط الأطلسي ، جنوب غرب جزر الأزور . وتم التقاط حوالي 5200 صورة للمنطقة، وعُثر على عينات من الصهارة المتصلبة حديثة التكوين نسبيًا على جانبي الشق المركزي لوادي الصدع، مما قدم دليلًا إضافيًا على أن قاع البحر يتمدد في هذا الموقع بمعدل حوالي 2.5 سنتيمتر (1.0 بوصة) سنويًا (انظر تكتونية الصفائح ). ^{[ 36 ]} 

في سلسلة من الغطسات التي أُجريت بين عامي 1979 و1980 في صدع غالاباغوس ، قبالة سواحل الإكوادور ، اكتشف علماء فرنسيون وإيطاليون ومكسيكيون وأمريكيون فتحات حرارية مائية، يبلغ ارتفاعها حوالي 9 أمتار (30 قدمًا) وعرضها حوالي 3.7 متر (12 قدمًا) ، تقذف مزيجًا من الماء الساخن (تصل درجة حرارته إلى 300 درجة مئوية، 572 درجة فهرنهايت ) والمعادن المذابة في أعمدة داكنة تشبه الدخان (انظر ^الفتحة الحرارية المائية ). ^تلعب هذه الينابيع الساخنة دورًا هامًا في تكوين رواسب ^غنية بالنحاس والنيكل والكادميوم والكروم واليورانيوم . [ ³⁶ ] [ ^{37 ]}      

جُمعت عينات بيولوجية عديدة خلال عمليات استكشاف أعماق البحار، وقد أسفر الكثير منها عن نتائج وفرضيات جديدة للعلم. ^{[ 38 ]} فعلى سبيل المثال، أكدت عينات ميكروبيولوجية من أعماق البحر التيراني، جُمعت في حملات علوم المحيطات التابعة للجنة علوم البحر الأبيض المتوسط، المساهمة الكبيرة للبكتيريا والفيروسات البحرية في إنتاجية منطقة الأعماق، ولا سيما الدور الذي تلعبه العتائق ذاتية التغذية والمؤكسدة للأمونيا في هذا الصدد. ^{[ 39 ]}

اكتسب استكشاف أعماق البحار زخمًا جديدًا نتيجةً للاهتمام المتزايد بالموارد المعدنية الوفيرة الموجودة في قاع المحيط ، والتي اكتُشفت لأول مرة خلال رحلة تشالنجر الاستكشافية عام 1873. وقد أدى الاهتمام المتزايد من جانب الدول الأعضاء في السلطة الدولية لقاع البحار إلى توقيع 18 عقدًا للاستكشاف في منطقة صدع كلاريون-كليبرتون في المحيط الهادئ . ^{[ 40 ]} أسفرت عمليات الاستكشاف والأبحاث المرتبطة بها عن اكتشاف أنواع بحرية جديدة ، بالإضافة إلى ميكروبات مجهرية قد يكون لها آثار على الطب الحديث . ^{[ 41 ]} كما أبدت شركات خاصة اهتمامًا بهذه الموارد. وقد حصل العديد من المتعاقدين، بالتعاون مع مؤسسات أكاديمية، على بيانات قياس الأعماق عالية الدقة تغطي مساحة 115,591 كيلومترًا مربعًا ، و10,450 عينة بيولوجية محفوظة للدراسة، و3,153 كيلومترًا طوليًا من صور قاع البحر، مما ساهم في فهم أعمق لقاع المحيط ونظامه البيئي . ^{[ 42 ]}

• تعداد الحياة البحرية – برنامج بيولوجي بحري دولي مدته 10 سنوات 
• نبتون – مرصد المحيطات تحت الماء 
• برنامج الحفر في المحيطات – برنامج أبحاث بحرية بين عامي 1985 و2003 

• تحدي أعماق البحار من ناشيونال جيوغرافيك
• فيديو تعليمي من TED - أسرار وعجائب أعماق المحيط .
• بوابة سميثسونيان للمحيطات حول استكشاف أعماق المحيطات، مؤرشفة بتاريخ ٢٤ سبتمبر ٢٠١٢ في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine).