برنامج الحفر المحيطي المتكامل

كان برنامج الحفر المحيطي المتكامل ( IODP ) برنامجًا دوليًا للبحوث البحرية استمر من عام 2003 إلى عام 2013. استخدم البرنامج معدات حفر ثقيلة مثبتة على متن السفن لرصد بيئات قاع البحر وأخذ عينات منها. ومن خلال هذا البحث، وثّق برنامج الحفر المحيطي المتكامل التغيرات البيئية، وعمليات الأرض وتأثيراتها، والغلاف الحيوي، ودورات الأرض الصلبة، وديناميكيات الأرض. [ 1 ]

بدأ البرنامج مرحلة جديدة مدتها 10 سنوات مع البرنامج الدولي لاكتشاف المحيطات ، اعتبارًا من نهاية عام 2013. [ 2 ]

مثّل الحفر العلمي في المحيطات أطول وأنجح تعاون دولي في علوم الأرض. بدأ هذا النوع من الحفر عام ١٩٦١ مع أول عينة من القشرة المحيطية التي تم استخراجها على متن السفينة "كاس ١" ، وهي بارجة معدلة تابعة للبحرية الأمريكية. وقد وثّق الكاتب الأمريكي جون شتاينبك ، وهو أيضاً عالم محيطات هاوٍ، مشروع موهول لمجلة لايف .

برامج التراث

قام مشروع الحفر في أعماق البحار (DSDP)، الذي تأسس في يونيو 1966، بتشغيل منصة الحفر "غلومار تشالنجر" في عمليات الحفر وأخذ العينات اللبية في المحيطات الأطلسي والهادئ والهندي، بالإضافة إلى البحر الأبيض المتوسط ​​والبحر الأحمر. وقد مكّنت عمليات أخذ العينات اللبية التي قامت بها "غلومار تشالنجر" مشروع الحفر في أعماق البحار من تحقيق الخطوة الفكرية التالية في التحقق من فرضية تكتونية الصفائح المرتبطة بتوسع قاع البحر، وذلك من خلال تحديد عمر الرواسب القاعدية على امتداد مقاطع عرضية بعيدة عن سلسلة جبال منتصف المحيط الأطلسي .

مستكشف أعماق المحيط: غلومار تشالنجر
المسافة الإجمالية التي تم اختراقها تحت قاع البحر325,548 متر (1,068,071 قدم) 
الفاصل الزمني الكلي170,043 متر (557,884 قدم) 
تم استعادة وتخزين جميع الأجزاء الأساسية97,056 متر (318,425 قدم) 
التعافي الأساسي الشامل57%
عدد العينات الأساسية المستردة19119
عدد المواقع التي تم التحقيق فيها624
أعمق اختراق لقشرة المحيط البازلتية1714 متراً (5623 قدماً) 
أقصى قدر من الاختراق في القشرة المحيطية البازلتية1350 متراً (4430 قدماً) 
أعمق المياه (المرحلة 60، الموقع 461A)7044 متراً (23110 قدماً) 
إجمالي المسافة المقطوعة375,632 ميل بحري (695,670 كم؛ 432,270 ميل)  

في يونيو 1970، ابتكر مهندسو برنامج الحفر العميق في أعماق البحار (DSDP) التابع لمركبة غلومار تشالنجر طريقةً لاستبدال رؤوس الحفر البالية ثم إعادة دخول الآبار للحفر على أعماق أكبر أثناء وجودهم في المحيط الأطلسي قبالة سواحل نيويورك، على عمق 3000 متر (10000 قدم) . وقد تطلب ذلك استخدام معدات مسح السونار ومخروط إعادة دخول واسع النطاق. 

استمرت الدراسات الأرضية التي تركز على العمليات من عام 1985 حتى عام 2003 على متن سفينة الأبحاث "جويدس ريزوليوشن "، التي حلت محل "غلومار تشالنجر" في يناير 1985 عندما تحول برنامج الحفر في أعماق البحار (DSDP) إلى برنامج الحفر المحيطي (ODP). سُميت "جويدس ريزوليوشن" تيمناً بسفينة "إتش إم إس ريزوليوشن" التي يبلغ عمرها 200 عام، والتي استكشفت المحيط الهادئ والقارة القطبية الجنوبية بقيادة الكابتن جيمس كوك .

ساهم برنامج الحفر المحيطي بشكل كبير في تعزيز الفهم العلمي لتاريخ الأرض، وتغير المناخ ، وتكتونية الصفائح ، والموارد الطبيعية، والمخاطر الجيولوجية. وشملت اكتشافات البرنامج التحقق من صحة ما يلي:

  1. السوائل التي تدور عبر قاع المحيط؛
  2. تكوين هضاب بركانية عملاقة بمعدلات هائلة غير معروفة اليوم؛
  3. الميثان الطبيعي المتجمد في أعماق الرواسب البحرية على شكل هيدرات الغاز؛
  4. مجتمع ميكروبي يعيش في أعماق القشرة المحيطية؛
  5. دورات تغير المناخ

وكالات تمويل برنامج تطوير المحيطات المتكاملة

دعمت اتحادات وطنية وهيئات تمويل حكومية عمليات برنامج الحفر الاستكشافي المتكامل (IODP) العلمية وعمليات منصات الحفر. وكانت المشاركة في البرنامج متناسبة مع الاستثمار فيه.

عضو مساهم

تأسس الاتحاد الأوروبي لأبحاث الحفر المحيطي (ECORD) في ديسمبر 2003 بمشاركة 13 دولة أوروبية لتمثيل المساهمة الأوروبية في برنامج الحفر المحيطي المتكامل (IODP). وتطور الاتحاد ليصبح مجموعة تعاونية تضم 17 دولة أوروبية (النمسا، بلجيكا، الدنمارك، فنلندا، فرنسا، ألمانيا، أيسلندا، أيرلندا، إيطاليا، هولندا، النرويج، بولندا، البرتغال، إسبانيا، السويد، سويسرا، والمملكة المتحدة) بالإضافة إلى كندا، والتي تشكل مجتمعةً وكالة تمويل لبرنامج الحفر المحيطي المتكامل. وبالتعاون مع اليابان والولايات المتحدة، أتاح الاتحاد الأوروبي لأبحاث الحفر المحيطي (ECORD) للمجتمع العلمي لبرنامج الحفر المحيطي المتكامل إمكانية الوصول إلى منصات مصممة خصيصًا لتحقيق أهداف علمية محددة. وتتميز هذه المنصات بمساحة محدودة على متنها للمختبرات والعلماء، وتتطلب عقد اجتماع علمي على اليابسة لوصف ومعالجة وتحليل عينات الرواسب التي جُمعت مباشرةً بعد رحلة الحفر.

الأعضاء المنتسبون

في أبريل 2004، انضمت جمهورية الصين الشعبية إلى برنامج الاستكشاف المحيطي الدولي (IODP) كعضو منتسب برعاية وزارة العلوم والتكنولوجيا الصينية . وقد منحت مشاركة الصين في البرنامج المجتمع العلمي البحري الصيني دفعة جديدة، وعززت فرصهم في أبحاث أعماق البحار. وشارك العلماء الصينيون في بعثات بحثية، ويمثلون مصالح الصين في الهيكل الاستشاري العلمي لبرنامج الاستكشاف المحيطي الدولي.

انضمت جمهورية كوريا إلى برنامج الحفر المحيطي المتكامل (IODP) كعضو منتسب في يونيو 2006 برعاية المعهد الكوري لعلوم الأرض والموارد المعدنية (KIGAM). وقد أدت مذكرة التفاهم التي أبرمتها كوريا الجنوبية مع الوكالات الرائدة إلى إنشاء التحالف الآسيوي المؤقت.

انضمت وزارة علوم الأرض ، التابعة لحكومة الهند، إلى برنامج الحفر المحيطي المتكامل (IODP) عام ٢٠٠٨ كعضو منتسب. ومنذ ذلك الحين، عيّنت الهند المركز الوطني لأبحاث القطب الجنوبي والمحيطات (NCAOR) في غوا للإشراف على جميع أنشطة برنامج الحفر المحيطي المتكامل في الهند (IODP-India). وفي هذا السياق، نُظّمت ورشة عمل دولية حول عمليات الحفر التابعة لبرنامج الحفر المحيطي المتكامل في المحيط الهندي في غوا خلال الفترة من ١٧ إلى ١٨ أكتوبر ٢٠١١. وقد شاركت في استضافة الورشة كلٌّ من إدارة برنامج الحفر المحيطي المتكامل الدولية (IODP Management International) والمركز الأسترالي والنيوزيلندي لأبحاث المحيطات (ANZIC).

شارك مئات من علماء الأرض والمحيطات الدوليين في برنامج الحفر المحيطي الدولي (IODP) على أساس تطوعي. واتخذت المشاركة أشكالاً متعددة: تقديم مقترح حفر، والإبحار في رحلة استكشافية، والمشاركة بصفة استشارية، وحضور ورشة عمل تخطيطية أو ندوة متخصصة. وقام المكتب الإداري المركزي للبرنامج، وهو مكتب إدارة برنامج الحفر المحيطي الدولي الدولي، بتنسيق خطة عمل متكاملة بين جميع الشركاء التنظيميين للبرنامج. وتم إعداد خطة برنامج سنوية في بداية كل سنة مالية، تضمنت الأهداف والمهام اللازمة لتشغيل سفن الحفر، بدءًا من التنسيق العلمي وصولاً إلى النشر وإدارة البيانات والتوعية.

برنامج الحفر المحيطي المتكامل الفريد

يتميز برنامج الحفر المحيطي المتكامل (IODP) عن البرامج السابقة باستخدامه تقنيات ومنصات حفر متعددة، بالإضافة إلى كوادر علمية وفنية متخصصة في الحفر، وذلك للحصول على عينات من الرواسب والصخور، وتركيب أجهزة رصد تحت قاع البحر. وتُتاح العينات والبيانات التي جُمعت خلال رحلات الحفر التابعة لبرنامج الحفر المحيطي المتكامل للعلماء والمعلمين بشكل مفتوح، بمجرد أن يُكمل أعضاء فرق الرحلات الاستكشافية دراساتهم الأولية.

تخطيط عمليات الحفر في برنامج الحفر المحيطي المتكامل: الهيكل الاستشاري العلمي

عملية اقتراح الحفر

كانت مقترحات الحفر تُقدم من قبل جهات علمية، غالباً ما تكون باحثين في الجيولوجيا، أو الجيوفيزياء، أو علم الأحياء الدقيقة، أو علم الأحياء القديمة، أو علم الزلازل. وبمجرد تقديم المقترح إلى برنامج الحفر المحيطي المتكامل (IODP)، كان يُقيّم بعناية من قبل الهيكل الاستشاري العلمي (SAS)، وهو مجموعة من لجان المراجعة الفنية. ولم تُدرج في جدول التنفيذ إلا المقترحات التي اعتُبرت ذات قيمة عالية بناءً على الجدارة العلمية والتقنية.

قدمت لجان SAS المشورة بشأن مقترحات الحفر لكل من الجهات المتقدمة وإدارة برنامج الحفر المحيطي الدولي (IODP). وكانت مقترحات الحفر تُقبل مرتين في السنة، في أبريل وأكتوبر، ويمكن تقديمها إلى برنامج الحفر المحيطي الدولي إلكترونياً عبر موقعه الإلكتروني.

الخطة العلمية

استرشدت تحقيقات برنامج الحفر المحيطي المتكامل (IODP) بخطة برنامج مدتها عشر سنوات تُسمى الخطة العلمية الأولية (ISP) . وقد تم التركيز في الخطة العلمية الأولية على مواضيع علمية محددة :

  1. التحقيق في المحيط الحيوي العميق والحياة تحت قاع البحر؛
  2. تغير المناخ ؛
  3. دورات الأرض الصلبة؛ و
  4. الجيوديناميكية

كما هو موضح في خطة الخدمة الدولية، سعت مبادرة تطوير برامج المعلومات المتكاملة إلى تطوير فهم أفضل لما يلي:

  • المنطقة المولدة للزلازل الواقعة أسفل الهوامش القارية المتقاربة؛
  • النظام البيئي الميكروبي المعقد الموجود تحت قاع البحر؛
  • طبيعة هيدرات الغاز التي تقع تحت هوامش القارات؛
  • تاريخ المناخ، المناخات المتطرفة؛
  • تغير المناخ السريع؛
  • دور تفكك القارات في تكوين الأحواض الرسوبية؛
  • تكوّن الهوامش المتصدعة البركانية والهضاب المحيطية عبر الزمن؛ و
  • الحفر في وشاح الأرض لفحص ومراقبة قسم كامل من القشرة المحيطية

تضمنت الأدوات الحاسمة لتحقيق هذه الأهداف سفينة حفر مزودة بأنبوب صاعد، وسفينة حفر بدون أنبوب صاعد، ومنصات إضافية مناسبة للبعثات الخاصة بالمهمة، وأجهزة قياس محسنة في قاع البئر، وأجهزة مراقبة طويلة الأجل.

مقترحات هندسية

وقد سهّلت عملية تقديم المقترحات الهندسية، التي بدأت في أبريل 2007، الحصول على التكنولوجيا الموجودة أو الكامنة لاستخدامها في عمليات برنامج الحفر المحيطي المتكامل (IODP).

العلوم ومشغلي الحفر

تم تنفيذ عمليات الحفر وإدارتها من قبل ثلاث منظمات منفذة لبرنامج الحفر المحيطي الدولي (IODP):

  • قامت منظمة التنفيذ التابعة للولايات المتحدة (USIO) بتنفيذ رحلات استكشافية على متن سفينة الحفر بدون أنابيب صاعدة JOIDES Resolution ؛
  • قام مشغل العلوم في مشروع ECORD (ESO) بإدارة رحلات استكشافية خاصة بالمهمة على منصات مختلفة؛
  • أدار مركز استكشاف أعماق الأرض (CDEX) العمليات على متن سفينة الحفر المجهزة بأنابيب الرفع Chikyū .

قاد كل بعثة حفر عالمان رئيسيان مشاركان، مدعومين بفريق من العلماء وعالم متخصص. وقدمت كل منظمة منفذة مجموعة من الخدمات: الإدارة الفنية والتشغيلية والمالية؛ تسجيل البيانات؛ المختبر؛ مستودع العينات الأساسية؛ إدارة البيانات؛ والنشر. وعلى الرغم من أن كل منظمة منفذة كانت مسؤولة عن عمليات منصتها وأدائها، إلا أن عملياتها العلمية كانت ممولة من قبل الوكالات الرائدة.

قام المشغلون بتنفيذ الرحلات الاستكشافية التالية خلال برنامج الحفر المحيطي المتكامل: [ 3 ]

رحلة استكشافيةعنوان
301خوان دي فوكا - علم المياه الجوفية
302بعثة حفر لب القطب الشمالي
303مناخ شمال الأطلسي 1
304تكوين مجمع النواة المحيطية، كتلة أطلانتس 1
305تكوين مجمع النواة المحيطية، كتلة أطلانتس 2
306مناخ شمال الأطلسي 2
307تلال كربونات حوض بوركوباين
308الهيدروجيولوجيا في خليج المكسيك
309معدل انتشار فائق السرعة للقشرة 2
310مستوى سطح البحر في تاهيتي
311هيدرات الغاز في هامش كاسكاديا
312معدل انتشار فائق السرعة للقشرة 3
313رف ضحل في نيو جيرسي
314المرحلة الأولى من نانترو سايز: مقطع عرضي بتقنية الحفر العميق
315المرحلة الأولى من نانترو سايز: طيار منصة العرض الضخمة
316المرحلة الأولى من نانترو سايز: اللعب الضخم السطحي والدفعات الأمامية
317مستوى سطح البحر في حوض كانتربري
318تاريخ العصر الجليدي في أرض ويلكس
319NanTroSEIZE المرحلة 2: مراقبة الناهض/غير الناهض
320المقطع العرضي الأول للعصر الاستوائي في المحيط الهادئ
321المقطع العرضي الثاني للعصر الاستوائي في المحيط الهادئ / خوان دي فوكا
322المرحلة الثانية من نانترو سايز: مدخل الانغماس
323علم المحيطات القديمة في بحر بيرينغ
324تكوين شاتسكي رايز
325التغيرات البيئية في الحاجز المرجاني العظيم
326المرحلة الثالثة من مشروع نانترو سايز: رافع عميق عند حدود الصفيحة 1
327خوان دي فوكا - علم المياه الجوفية
328مرصد كاسكاديا أكورك
329الحياة تحت قاع المحيط في دوامة جنوب المحيط الهادئ
330لويزفيل ريدج
331المحيط الحيوي الساخن العميق
332نانترو سايز المرحلة الثانية: مرصد بدون رافعات
333المرحلة الثانية من مشروع NanTroSEIZE: مدخلات الانغماس 2 وتدفق الحرارة
334مشروع كوستاريكا لتكوين الزلازل (CRISP)
335معدل انتشار فائق السرعة للقشرة 4
336علم الأحياء الدقيقة في سلسلة جبال منتصف المحيط الأطلسي
337محمية ديب كولبد بيوسفير قبالة شيموكيتا
338المرحلة الثالثة من مشروع نانترو سايز: رافع عميق 2 عند حدود الصفيحة
339التدفق الخارج من البحر الأبيض المتوسط
340النشاط البركاني والانهيارات الأرضية في جزر الأنتيل الصغرى
340Tمجمع أتلانتس ماسيف المحيطي الأساسي
341تكتونيات ومناخ وترسبات هامش جنوب ألاسكا
341Sسكيمبي
342انجرافات الرواسب في نيوفاوندلاند خلال العصر الباليوجيني
343مشروع الحفر السريع في اليابان
343Tمشروع الحفر السريع للخندق الياباني الثاني
344مشروع كوستاريكا لتوليد الزلازل - المرحلة الثانية
345قشرة هيس البلوتونية العميقة
346الرياح الموسمية الآسيوية
347البيئة القديمة لبحر البلطيق
348المرحلة الثالثة من تجربة منطقة نانكاي الزلزالية، حدود الصفيحة، الصاعد العميق

سفن ومنصات الحفر

قرار جويدس

استخدم برنامج الحفر المحيطي المتكامل سفينتي حفر مخصصتين، ترعا كل منهما وكالة رائدة وتديرها المنظمة المنفذة التابعة لها:

JOIDES Resolution – بدون رافعات

تم تشغيل سفينة الحفر التي ترعاها الولايات المتحدة طوال برنامج الحفر المحيطي والمرحلة الأولى من برنامج الحفر المحيطي المتكامل. ثم خضعت السفينة لعملية إعادة بناء، مما أتاح زيادة مساحة المختبر؛ وتحسين قدرات الحفر وأخذ العينات؛ وتعزيز أنظمة الصحة والسلامة وحماية البيئة على متنها. [ 4 ]

تشيكيو – مزود بمنصة رفع

تشيكيو

بدأت اليابان في عام 2001 ببناء سفينة حفر علمية متطورة لأغراض البحث، بهدف الوصول إلى باطن الأرض والحفر في منطقة نشطة زلزاليًا. تتميز سفينة الحفر الناتجة، تشيكيو (وتعني "كوكب الأرض" باليابانية)، بنظام حفر رأسي، ونظام تحديد المواقع الديناميكي، ونظام تدوير طين عالي الكثافة لمنع انهيار البئر أثناء الحفر، بالإضافة إلى مزايا أخرى. تتسع تشيكيو لـ 150 شخصًا، وتبحر بسرعة 12 عقدة (22 كم/ساعة؛ 14 ميل/ساعة) ، وتحفر لأكثر من 7000 متر (23000 قدم) تحت قاع البحر في أعماق مائية تتجاوز 2000 متر (6600 قدم) . تضررت تشيكيو خلال تسونامي 11 مارس 2011، وتوقفت عن الخدمة لعدة أشهر. [ 5 ] عادت تشيكيو إلى الحفر في المحيط في أبريل 2012.    

منصات خاصة بالمهام

قامت شركة إيكورد بتكليف السفن على أساس كل رحلة استكشافية على حدة، وذلك تبعًا للمتطلبات العلمية المحددة والبيئة. تعاقدت إيكورد على استخدام ثلاث كاسحات جليد لرحلة الحفر في القطب الشمالي (2004)، وسفن حفر غاطسة للاستخدام في المياه الضحلة لتاهيتي (2005) والمياه الأسترالية (2010)، حيث قام العلماء بأخذ عينات من الشعاب المرجانية الأحفورية لدراسة ارتفاع مستويات سطح البحر العالمية منذ العصر الجليدي الأخير، وقارب رفع لأخذ عينات من الجرف القاري الضحل لنيوجيرسي (2009). تطلبت الرحلات الاستكشافية ذات المهام المحددة مرونة كبيرة.

توسيع نطاق برنامج الحفر المحيطي المتكامل ليشمل المجتمع العلمي

يجري تطوير المنشورات وإدارة البيانات والأدوات عبر الإنترنت وقواعد البيانات لدعم تبادل المعلومات والموارد، وذلك لتوسيع صفوف العلماء الذين يشاركون في تحقيقات الحفر في المحيطات.

النشر وإدارة البيانات

تُتاح منشورات برنامج الاستكشاف الاستكشافي الدولي (IODP) مجانًا عبر الإنترنت، ويُدمج نظام إدارة البيانات البيانات الأساسية والمخبرية التي جمعتها المنظمات الثلاث المنفذة وبرنامجا الاستكشاف الاستكشافي الدولي السابقان. وسيعمل نظام بحث إلكتروني على تجميع بيانات ما بعد الرحلات الاستكشافية والمنشورات ذات الصلة. ويمكن تقديم طلبات البيانات والعينات عبر الإنترنت.

بنك بيانات مسح الموقع (SSDB)

أتاح بنك بيانات مسح المواقع عبر الإنترنت للمُقترحين الوصول إلى كميات كبيرة من البيانات اللازمة لتوثيق مواقع الحفر المحتملة وتقييمها، وإيداعها. وقد خضعت هذه البيانات للمراجعة لضمان قدرة بعثات برنامج الحفر الاستكشافي المتكامل (IODP) على تحقيق أهدافها والامتثال لمتطلبات السلامة والبيئة.

المستودعات الأساسية

تُحفظ عينات اللبّات في ثلاثة مستودعات تابعة لبرنامج الحفر المحيطي المتكامل (IODP)، تقع في بريمن بألمانيا (مستودع بريمن للعينات الأساسية) ، وكوليدج ستيشن بولاية تكساس (مستودع ساحل الخليج للعينات الأساسية) ، وكوتشي باليابان، وذلك بناءً على المنشأ الجغرافي. ويمكن للعلماء زيارة أيٍّ من هذه المرافق لإجراء البحوث الميدانية، أو طلب استعارة العينات لأغراض التحليل أو التدريس. ولا تقتصر العينات المحفوظة على عينات برنامج الحفر المحيطي المتكامل فحسب، بل تشمل أيضًا العينات التي تم استخراجها في برنامجي الحفر المحيطي المتكاملين السابقين (DSDP وODP).

انظر أيضاً

مراجع

  1. "صفحة مهمة برنامج الحفريات المتكامل" . iodp.org . مؤرشفة من الأصل في 7 مايو 2011.
  2. "خطة العلوم لبرنامج الاستكشاف المتكامل للمحيطات 2013-2023 | حول برنامج الاستكشاف المتكامل للمحيطات | برنامج الاستكشاف المتكامل للمحيطات" . iodp.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 سبتمبر 2020 .
  3. سويني، آرون. "البعثات المكتملة لبرنامج الحفر المحيطي المتكامل - IODP" . iodp.org . مؤرشف من الأصل في 7 مارس 2016. تم الاطلاع عليه في 29 فبراير 2016 .
  4. "سفينة الحفر بدون أنبوب صاعد JOIDES Resolution" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 9 يوليو 2007.
  5. أوينز، برايان (16 مارس 2011). "سفينة أبحاث يابانية تتضرر جراء تسونامي" . nature.com . مؤرشف من الأصل في 17 مارس 2011.