Sateliţi utilizaţi în oceanografie

Începând cu 1978 cercetarea oceanografică intră în perioada satelitară, odată cu apariţia de noi produse puse la dispoziţie de sateliţi ca: Seasat, Noaa 6–10, Nimbus–7,Geosat, Topex/Poseidon, ERS–1 şi 2.

1978: NASA lansează SeaSat
1992: NASA şi CNES lansează Topex/Poseidon care urmăreşte curenţii de suprafaţă, valuri şi mare la fiecare 10 zile. Înălţimea suprafeţei mării este măsurată cu o precizie de ±0,05 m.

Principalele misiuni cu aplicaţii oceanografice: Geosat (1985–1988), Ers–1 (1991–1996), Ers-2 (1995-)
Topex/Poseidon (1996-2006), Jason (2002-), Envisat (2002)

Seasat, Geosat, Ers–1 şi 2 au funcţionat pe orbite distanţate la sol între 3-10km. Pe baza datelor oferite de Geosat şi Ers-1, la care s-au adăugat şi date din sondaje acustice, Smith şi Sandwell au realizat în anul 1997 prima hartă batimetrică a Oceanului Planetar. Rezoluţia pe orizontală este de între 5-10km, iar precizia medie a adâncimilor este de ±100 m. În prezent, rezoluţia spaţială pentru produse globale de batimetrie a coborât la ± 3km.

Analiza vântului la suprafaţa mării se face la ora actuală sateliatar: ERS 1 şi 2 măsoară parametrii vântului din 1991; ADEOS a funcţionat 6 luni din noiembrie 1996, fiind înlocuit de QuikScat din iunie 1999. Acesta acoperă 93 % din suprafaţa Oceanului Planetar, o dată la 24h, cu o rezoluţie spaţială de 25 km, şi o precizie de ±1m/s. Deoarece aceste date se obţin doar o singură dată în 24h, ele trebuie integrate în modele climatice pentru a rezulta în final hărţi ale vânturilor din 6 în 6 ore.

Windsat: a fost lansat în anul 2003 la bordul satelitului Coriolis. Este un proiect experimental dezvoltat de US Navy care urmăreşte calcularea vitezei şi direcţiei vîntului la suprafaţa mării, a temperaturii apei, cantitatea de apă precipitabilă etc. Radiometrul polarimetric permite o rezoluţie spaţială de 25km, la fiecare 24h, precizia vitezei vântului fiind de ±2m/s, iar a direcţiei de ±20◦ într-un ecart al observaţiilor cuprins între 5-25m/s.

Special Sensor Microwave SSM/I (Special-Sensor Microwave/Imager) este un alt instrument destinat măsurării parametrilor de vânt, fiind lansat în anul 1987. Precizia este de ±2m/s pentru viteză şi de ±22◦ pentru direcţie. Un grid global este disponibil o dată la 6h, cu o rezoluţie de 0,25◦ dar pentru că o instrumental vede o anumită regiune doar o dată pe zi gridul prezintă goluri mari (gaps).

Datele de vând rezultate din observaţii satelitare sunt calibrate cu măsurători făcute pe mare de nave care prezintă la bordul lor anemometre. Precizia acestora este undeva la ±2m/s, însă marea problemă o constituie numărul mic al navelor raportat la suprafaţa oceanului. O altă sursă de calibrare a datelor satelitare este oferită de anemometrele amplasate pe balize staţionare. Distribuţia acestora este însă neuniformă, iar numărul lor se cifrează undeva la valoare de 100 pe tot globul.

European Centre for Mediumrange Weather Forecasts (ECMWF) realizează un model al vremii din 6 în 6h pe un grid cu rezoluţia de 1◦ × 1◦ Precizia datelor de viteză este de ±1,5m/s iar a direcţiei de 0,18◦ .

Din 1995 cea mai importantă sursă pentru măsurători globale de vânt, cu repetiţie zilnică, la suprafaţa mării, este pe baza datelor satelitare, la o rezoluţie de 25km.
Datele rezultate pe baza observaţiilor satelitare sunt ierarhizate pe difeite niveluri de prelucrare:

Nivel	Nivel de procesare
1	Date satelitare în unităţi de măsură inginereşti (volţi)
2	Date satelitare procesate în unităţi geofizice (viteza vântului) la momentul şi locul de observaţie al satelitului.
3	Date de nivel 2 interpolate pentru fixarea coordonatelor în timp şi spaţiu
4	Date de nivel 3 mediate în timp şi spaţiu

Sateliţii meteorologici care observă suprafaţa oceanului sunt:

• seria NOAA de sateliţi cu orbită polară
• U.S. Defense Meteorological Satellite Program DMSP cu orbită polară care transportă Special Sensor Microwave/ Imager (SSM/I)
• sateliţi meteorologici geostaţionari ce operează prin NOAA (GOES, Japonia (GMS) şi ESA (METEOSATS)

Sateliţi experimentali cu aplicaţii oceanografice:

• Nimbus-7, Earth Radiation Budget Instruments;
• Earth Radiation Budget Satellite, Earth Radiation Budget Experiment;
• ESA ERS-1 şi 2.
• Japanese ADvanced Earth Observing System (ADEOS) and Midori;
• QuikScat
• Earth-Observing System sateliţii Terra, Aqua, and Envisat;
• Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM);
• Topex/Poseidon şi înlocuitorul său Jason-1.

Componentele ţărmurilor cu faleză

Aparent mai simple decât elementele ţărmurilor joase, formele grafate aici dovedesc o mare compexitate.Se diferenţiază astfel mai multe tipuri de ţărmuri înalte, în funcţie de prezenţa sau absenţa unor subunităţi: ţărmuri cu faleză care prezintă o terasă de abraziune (terasă de maree joasă sau de maree înaltă) şi ţărmurile fără terasă (plunging cliff).

Platformă de maree înaltă: reprezintă forma cea mai simplă a unei coaste cu faleză. Apare pe roci omogene relativ rezistente, şi se extinde de la nivelul pe care îl atinge mareea maximă pâna sub nivelul mareei minime. Exemple de astfel de terase tipice apar în Scarborough, Noua Galie de Sud-Australia.

Platformă de maree joasă: poate fi definită ca o suprafaţă cvasiorizontală, emersă numai pentru o scurtă perioadă de timp, când nivelul mării scade sub nivelul mediu mareic. Se dezvoltă cel mai bine pe coastele calcaroase, unde poate fi extinsă şi aproape plată, cu excepţia porţiunii de la baza falezei care înclină diferit şi poate prezenta firide în bază.

Există o porţiune uşor înaltă cu care terasa se termină spre mare, denumită rim (cf.Webster’s Dict. rim:”muchie circulară care bordează ceva”). Aceasta s-a format prin fixarea în această porţiune mai ales a algelor Lithothamnion, sectorul fiind măturat de valuri chiar şi la mareea minimă (ex.:coastele sudice şi vestice ale Australiei).

Plunging cliff: faleză dezvoltată în roci dure (ex.: granitele,cuarţitele din SE Australiei), care nu prezintă nici o terasă a ţărmului, versantul coborând uniform şi abrupt în mare. Formarea lor se datorează prezenţei unei linii de falie (faleze tectonice) sau unei modelări glaciare anterioare fazei de transgresiune (cazul fiordurilor).

Alte forme de relief dezvoltate în cadrul ţărmului cu faleză sunt: firidele (notch), grote marine (cave), arce (arch), conuri coluviale (debris), martori de eroziune cu aspect de stâlpi (stack), sanţuri de scurgere (furrow), suprafeţe în contrapantă instalate pe platforma cvasiorizontală a ţărmului (rampart), mici cavităţi umplute cu apă având aspect circular (potholes, pool), rampe de trecere de la baza falezei la alte forme (ramps), mici creste ascuţite formate prin procese de dizolvare chimică pe ţărmurile calcaroase (pinnacles), tafoni.

Sea stack: în calcare jurasice. Insula Capri

Insula Okneys

Firidele reprezintă cel mai bun indicator al eroziunii care afectează un ţărm, fiind localizate în baza falezei. Adâncirea lor ulterioară va duce la destabilizarea versantului şi apariţia prăbuşirilor. Acest proces implică automat şi distrugerea firidei, materialul deplasat în baza falezei schimbând profilul versantului. Ulterior, o nouă generaţie de firide se pot instala în aceste materiale coluvio-proluviale.

Neumann (1966) a restrîns termenul notch, înţelegînd prin acesta crestarea în baza falezei produsă sub niveleul mareei minime (subtidal zone), firida apărută având un tavan (visor-cf.Wenthworth 1939) drept. Prin termenul nip autorul defineşte crestarea produsă în porţiunea intermareică (foreshore), firida având un tavan înclinat. Sunamura preferă să desemneze prin nip acele firide cu dimensiuni mai mici.

În general cele mai tipice forme de tip notch şi visor se întâlnesc pe coastele cu regim micromareic. (Bird 1969, Davies 1973). 

Coastele expuse tind să prezinte o bază a firidei drepte, iar tavanul înclinat la 450. Coastele adăpostite prezintă firide cu un tavan drept. Distanţa dintre baza firidei şi tavan tinde să crească direct proporţional cu creşterea mareei şi gradul de expunere la furtuni (Russell 1963). Valorile de creştere a firidei variază foarte mult, Neumann (1968) înregistrând valori ce variază între 1-10 m/an.

O crestere de nivel a oceanului poate duce la aparitia unor firide submerse, cum este si cea din fotografia urmatoare:

Hărţile de navigaţie

Adâncimile sunt reprezentate punctat, distribuţia acestora la nivelul hărţii nefiind una uniformă. Cea mai mare desime a punctelor apare în zonele de ţărm. Vaorile adâncimii pot fi exprimate de cele mai multe ori în metri sau în picioare. Pe fiecare hartă în parte vor exista precizări asupra unităţilor de măsură folosite precum şi asupra nivelului mediu al mării la care se face raportarea.

Uscatul este redat de cele mai multe ori prin culoarea galbenă. Pe unele hărţi pot exista informaţii legate de natura reliefului întâlnit pe uscat: cote altimetrice ale vârfurilor vizibile de pe mare, curbe de nivel.

Farurile şi toate semnalele luminoase existente pe ţărm vor fi redate prin simboluri. Se precizează tipul de lumină, periodicitatea acestora exprimată în secunde (perioadă de lumină, întuneric), distanţa exprimată în mile marine de vizibilitate a acestora. Unele hărţi de navigaţie pot avea desenate în cartuşe separate chiar schiţe ale farurilor respective.

Izobatele sunt linii care unesc puncte cu aceiaşi valoare a adâncimii. În funcţie de scara hărţii sunt redate principalele izobate folosite în navigaţie: -2, -5, -10, -20, -50, etc. Unele hărţi batimetrice pot avea izobate cu aceiaşi echidistanţă (de ex. de 2m). Sectorul apelor de ţărm va fi accentuat şi printr-o tentă de culoare albastră, care umple spaţiul dintre izobatele respective.

Nautical Chart Symbols and Abbreviations

Titlul hărţii. Legenda.

Indicativul hărţilor va fi trasat în conformitate cu standardele naţionale, existând o continuitate între materialele destinate uscatului şi cele ale apelor costiere. Scara hărţii poate fi redată numeric sau grafic. De cele mai multe ori scara grafică este exprimată în mile marine. Sistemul de coordonate este unul geografic (latitudine, longitudine), dar nu este exclus apariţia caroiajului rectangular specific proiecţiei folosite (valori exprimate în metri de exemplu pentru proiecţia UTM).

În fiecare ţară există o autoritate responsabilă cu producerea hărţilor de navigaţie la standarde internaţionale. În România Direcţia Hidrografică a Marinei este responsabilă de această activitate. Toate celelalte hărţi produse de alte instituţii sau persoane fizice, au obligaţia trecerii următoarei specificaţii: a nu se folosi în navigaţie.

Hărţile de navigaţie în format electronic.

În prezent se folosesc hărţi în format electronic, cunoscute mai ales prin prescurtarea ENC (Electronic Navigational Charts). Ele permit raportarea poziţiei navei în timp real, stabilirea traseului, atenţionarea asupra sectoarelor cu adâncime mică sau a altor puncte de interes. Pentru coastele SUA aceste hărţi se pot obţine gratuit de la NOAA. Pentru vizualizarea lor există mai multe programe, unele gratuite. Unul dintre acestea este SeeMyENC.

Pentru sectorul dunărean românesc hărţi de tip ENC pot fi obţinute de la AFDJ.

3. Bazinele oceanice

Cunoaşterea reliefului bazinelor oceanice a început din a doua jumătate a secolului al XIX-lea, fiind impulsionată de trasarea cablului de telegraf. Această activitate a dus la identificarea dorsalei trans-atlantice şi a ridicat noi probleme legate de relieful submers, până atunci existând ideea că aspectul general este de câmpie uniformă.

Progrese mari s-au înregistrat o dată cu inventarea sistemului de sondare acustică (echo-sounder) în perioada anilor 1920. Prin determinarea timpului de răspuns al unui semnal care se întoarce la navă, cunoscând viteza de propagare a sunetului în apă, se poate afla automat adâncimea.

Hărţi noi ale fundurilor oceanice au reuşit să fie elaborate, combinând sute de profile trasate cu sonarul. Din anii 1970 s-au dezvoltat sisteme complexe de măturare a reliefului oceanic, folosind mai multe semnale care lucrează simultan. Cu toate acestea, doar o mică parte din relieful oceanic a reuşit să fie cartat.

Trecerea de la relieful continental la cel al bazinelor oceanice se face prin intermediul MARGINILOR CONTINETALE. Prin această noţiune înţelegem relieful grefat pe crustă continentală ce racordează continentele cu bazinele oceanice prin forme de relief majore, cu profil general convex/concav, cu dimensiuni de mii de km şi cu evoluţii perceptibile în intervale de timp de ordinul milioanelor de ani. (E. Vespremeanu, 1989).

Componentele M.C.

Şelful continental: este o veche câmpie acoperită în prezent de apă, care are lăţimi medii globale de 65 km. Panta sa este redusă şi se extinde până la adâncimi medii de 180m. El se termină printr-o ruptură de pantă (muchia şelfului), care face trecerea spre unitatea următoare, versantul continetal. Numit impropriu povârniş, această unitate prezintă pante mai mari, între 3-6 gr. remarcându-se ca cele mai extinse suprafeţe înclinate de pe Terra. În cadrul lor se întâlnesc canioane submerse cu energii de relief de peste 1000m. Dimensiunile canioanelor întrec de multe ori valorile celor dezvoltate pe continente. Printre cele mai cunoscute canioane amintim: canionul Monterrey, canionul Indusului etc. Scurgerile turbiditice stau la baza modelării permanente a acestora, manifestându-se prin curenţi descendenţi, încărcaţi cu sedimente de diferite dimensiuni.V.C. coboră până la adâncimi de 3000-4000m, fâcând trecerea către câmpiile abisale prin intermediul unor forme de tranziţie, glacisurile continetale. În cadrul acestor unităţi se remarcă prezenţa conurilor abisale, cu formă generală de evantai (deep sea fan). Toate fluviile au mari conuri abisale, cel mai impresionant fiind cel al sistemului Gange-Brahmaputra. În Marea Neagră Dunărea a format conul abisal euxinic.

Coasta: formă de relief din cadrul M.C. alcătuită din câmpii costiere, câmpii litorale, front litoral şi şelf. Întregul profil al acesteia s-a aflat sub acţiunea directă a mării la un moment dat. Pe un nivel mai scăzut râurile îşi dezvoltau albiile pe şelful actual. În prezent sectoarele respective de vale sunt relicte şi acoperite de mare.

Câmpiile costiere: se dezvoltă până la altitudini de 200-300m, limita lor inferioară fiind în jur de 30m. Au aspect tabular în cea mai mare parte şi se află sub modelare subaeriană încă de la sfârşitul Pliocenului.

Câmpiile litorale: coboară de la valori de ~30m până la 2-5m. S-au format în Holocen, iar în cadrul lor putem diferenţia câmpii deltaice, lagunare etc.

Frontul litoral racordează câmpiile litorale de şelful continental. Subunităţile sale sunt: ţărmul, versantul litoral şi glacisul litoral.

Subunităţile frontului litoral

Ţărmul: formă de relief din cadrul frontului litoral, creată sub acţiunea valurilor care prezintă o morfodinamică accentuată. În cadrul său pot fi identificate cordoane dunicole de generaţii diferite, cu înălţimi ce variază în funcţie de gradul de acoperire cu vegetaţie, tipul acesteia, cantitatea de precipitaţii disponibilă, regimul eolian etc. Pe litoralul românesc altitudinea lor nu trece de 2-3m. Atunci când există o sursă considerabilă de nisip dunele pot atinge înălţimi de 20-40m (ţărmul Cape Cod-coasta atlantică a SUA), sau în cazuri excepţionale, valori de peste 200m (I. Fraser aflată pe coastele estice ale Australiei). Pe un ţărm eroziv profilul este mult simplificat, plaja putând avea lăţimi reduse (4-5m), sau poate lipsi cu desăvârşire.

Tipuri de insule.

Insulele continetale pot fi clasificate în următoarele categorii:

1) părţi continetale izolate în timpul evoluţiei bazinelor oceanice (ex: Madagascar, Groenlanda, Marea Britanie, Ceylon)

2) insule formate din morene glaciare în timpul glaciaţiunii Wurmiene. Depozitele morenaice transportate de gheţari pe şelfuri au fost înconjurate de apă în postglaciar, atunci când nivelul oceanului a crescut. (ex: Long Island)

3) insule barieră formate din nisipuri transportate de curenţi în lungul ţărmului. Sunt situate în imediate apropiere a gurilor de vărsare (ex: I. Sacalin, I. Musura)

Insule vulcanice pot fi întâlnite pe margini de arce insulare sau pot fi independente.

Insule coraligene de tipul atolilor. Cuvântul atol în limba băştinaşilor din Maldive înseamnă inel. Modelul de evoluţie al acestora a fost elaborat de către Charles Darwin.

.

În funcţie de caracteristicile subunităţilor sale, de tectonica specifică, marginile continentale se pot clasifica în: M.C. pasive şi active. M.C. pasive au un profil aproape complet, cu subunităţi bine dezvoltate, coastele fiind larg extinse. V.C. este bine dezvoltat, iar pantele sale nu sunt foarte mari. G.C. sunt larg extinse, frecvent cu mai multe trepte. M.C. pasive nu sunt afectate de fenomene de vulcanism sau seismicitate. Se întâlnesc pe coastele atlantice americane, africane sau antarctice. M.C. active sunt suprapuse contactelor convergente dintre plăcile tectonice, cu o seismicitate ridicată, deseori însoţite de fenomene vulcanice. Unele dintre ele pot fi vechi (cele est pacifice) sau noi (dezvoltate pe arce insulare).