Daugiau

6.4: Jūros dugno žemėlapis - geomokslai


Ankstesniuose skyriuose buvo keletas informacijos apie vandenynų gylį įvairiose vietose. Taigi, kaip mes sugebėsime nustatyti vandenyno dugną, kad išsiaiškintume šias didžiules gelmes?

Norėdami nustatyti vandenyno dugną, turime žinoti gylį daugelyje vietų. Gylio matavimo procesas yra žinomas kaip batimetrija. Šie matavimai pirmiausia buvo atlikti zondavimai, kur svertinė linija (švino linija) buvo išleista rankomis, kol ji palietė dugną, ir gylį buvo galima užfiksuoti iš linijos ilgio (pav. ( PageIndex {1} )). Ši technika paskatino suvokti kaip gylio vienetą; jūreiviai, traukiami įgarsinimo linija, juos ištiesdavo, kad uždengtų rankų ilgį. Vidutinis jūreivio rankų ilgis buvo apie šešias pėdas, taigi vienas nuopelnas yra lygus šešioms pėdoms, o jūreiviai tiesiog galėjo suskaičiuoti „rankos ilgių“ skaičių, kai jie traukėsi į eilę.

Ši technika turėjo daug trūkumų ir paprastai apsiribojo seklesniu vandeniu. Tai užtruko daug laiko ir suteikė tik vieno taško gylio duomenis, todėl vietovei žemėlapiuoti reikėjo daugybės atskirų zondavimų. Tai taip pat gali būti linkusi į klaidas; giliame vandenyje gali būti sunku nustatyti, kada svoris atsitrenkė į dugną, nes dėl paties valelio svorio valas galėjo nuolat skęsti, o srovės galėjo nukreipti liniją nuo vertikalės, todėl pervertinamas gylis. Vėlesniais metais gervės ir sunkieji plieniniai kabeliai buvo naudojami gilesniam vandeniui, tačiau tai neišsprendė visų problemų, būdingų zondavimo metodui, taip pat padidino pernelyg didelio įrangos svorio suvaržymą.

XIX amžiuje buvo atlikta nemažai šio paprasto dizaino modifikacijų. 1802 m. Britų laikrodininkas Edwardas Massey išrado mechaninį įtaisą, pritvirtintą prie įgarsinimo linijos; prietaisui nuskendus, rotorius pasuko ratuką, kuris užsifiksavo vietoje, kai linija pateko į apačią (pav. ( PageIndex {2} )). Tada liniją buvo galima suvynioti ir iš ciferblato nuskaityti gylį. 1853 m. Amerikiečių jūreivis Johnas Merceris Brooke'as sukūrė patrankos sviedinį, pritvirtintą prie špagato ritės. Patrankos sviedinys buvo numestas per šoną ir leistas laisvai nukristi iki dugno; suskaičiuojant kritimo greitį (greitį, kuriuo virvė nesuvyniojo) ir atkreipiant dėmesį, kai greitis pasikeitė patrankos sviediniui pataikius į dugną, buvo galima apskaičiuoti vandens gylį. Kai jis pataikė į dugną, patrankos sviedinys buvo paleistas ir valą buvo galima grąžinti atgal, o geležinėje juostoje, kurioje laikyta patrankos sviedinys, atsinešė purvo mėginį, taip patvirtindamas, kad dugnas pasiektas.

Po to, kai „Titanikas“ įvykus nelaimei, buvo stengiamasi sukurti geresnius ledkalnių aptikimo iš laivo metodus. Tai paskatino sonaras (SOund Navigation And Ranging) technologija, kuri netrukus buvo pritaikyta kartografuojant batimetrą. Echosoundu vadinamas sonaro įtaisas siunčia garso impulsą, tada klauso grįžtančio aido. Gyliui apskaičiuoti naudojamas grįžtančio aido laikas. Mes žinome, kad garso greitis vandenyje yra maždaug 1500 m / s (žr. 6.4 skyrių). Kadangi grįžtantis aidas keliavo į dugną ir atgal, vandens gylis atitinka pusę laiko, kurio prireikia aidui grįžti, padaugintą iš garso greičio vandenyje ( ( PageIndex {3} ) pav.):

gylis = 1/2 * (kelionės į abi puses laikas) * (garso greitis vandenyje)

Echosoundai leido greitai ir nuolat užfiksuoti batimetrą po judančiu laivu. Tačiau jie suteikia gylį tik tiesiai po laivo keliu. Šiandien didelės raiškos jūros dugno žemėlapiai daromi naudojant daugialypį arba šoninį nuskaitymo sonarą iš laivo arba iš velkamo siųstuvo (pav. ( PageIndex {4} )). Daugiabučiai sonarai sukuria ventiliatoriaus formos akustinį lauką, leidžiantį žymėti žymiai platesnį plotą (> 10 km pločio) vienu metu.

Plataus masto vandenyno dugno žemėlapius taip pat atlieka palydovai (iš pradžių SEASAT, tada GEOSAT, dabar „Jason“ palydovai), kurie radijo bangomis matuoja jūros paviršiaus aukštį (radaro altimetrija). Jūros paviršius nėra lygus; dėl gravitacijos jis yra šiek tiek didesnis, palyginti su aukštesnėmis vandenyno dugno savybėmis, ir šiek tiek žemesnis virš tranšėjų ir kitų įdubimų. Palydovai siunčia radijo bangas ir panašiai kaip echolotas gali naudoti grįžtančias bangas, kad nustatytų jūros paviršiaus aukščio skirtumus iki 3-6 cm (pav. ( PageIndex {5} )). Šie jūros paviršiaus aukščio skirtumai leidžia nustatyti topografiją po paviršiumi. Skirtingai nuo senosios švino linijos technologijos, kai norint nustatyti nedidelį plotą, reikalingi šimtai zondavimų, kurių kiekvienas užtrunka valandą ar ilgiau, dabartiniai palydovai kas 10 dienų gali atvaizduoti daugiau kaip 90% Žemės be ledo Žemės paviršiaus!



6.4: Jūros dugno žemėlapis - geomokslai

Plitimo greitis = jūros dugno judėjimo atstumas / laiko trukmė
arba R = d / t

Paprastai išreiškiama cm / m

taigi 1 km = 100 000 cm arba 10 5 cm

1. Šiaurės Atlanto vandenynui (naudojant žemėlapį laboratorijoje)

  • Išmatuokite atstumą tarp barstymo centro centro (raudona) ir ribos tarp tamsiai geltonos ir šviesiai žalios (65 Ma taško)
    • Išmatavau 2 cm
    • 2 cm * 475 km / cm = 950 km = 95 000 000 cm = 9,5 * 10 7 cm
    • 65 milijonai metų = 65 000 000 metų = 6,5 * 10 7 metai
    • R = d / t arba R = 9,5 * 10 7 cm / 6,5 * 10 7 metų = 1,46 cm / m

    Pastabos: Plitimo diapazonai visame pasaulio vandenynuose: nuo 1 cm / m iki 10 cm / m

    Matuokite nuo barstymo centro centro iki žinomo plokštelės amžiaus taško, o ne nuo 65 Ma rytinėje plokštėje iki 65 Ma vakarinėje plokštelėje. Kodėl? Nes norite sužinoti, kaip greitai judėjo 1 plokštė.


    6.4: Jūros dugno žemėlapis - geomokslai

    Visi MDPI paskelbti straipsniai yra nedelsiant prieinami visame pasaulyje pagal atviros prieigos licenciją. Norint pakartotinai panaudoti visą MDPI paskelbtą straipsnį ar jo dalį, įskaitant paveikslus ir lenteles, nereikia specialaus leidimo. Straipsniai, paskelbti pagal atviros prieigos „Creative Common CC BY“ licenciją, bet kurią straipsnio dalį gali būti pakartotinai naudojami be leidimo, jei aiškiai nurodomas originalus straipsnis.

    „Feature Papers“ yra pažangiausi moksliniai tyrimai, turintys reikšmingą didelį poveikį šioje srityje potencialą. Teminiai straipsniai pateikiami atskiriems mokslo redaktorių kvietimams ar rekomendacijoms ir prieš publikuojant juos peržiūrima.

    „Feature Paper“ gali būti originalus mokslinis straipsnis, esminis naujas tyrimo tyrimas, kuriame dažnai naudojami keli metodai ar metodai, arba išsamus apžvalgos dokumentas, kuriame glaustai ir tiksliai atnaujinama naujausia šios srities pažanga, kuriame sistemingai apžvelgiami įdomiausi mokslo pasiekimai. literatūra. Šio tipo dokumentuose pateikiamos ateities tyrimų kryptys arba galimos taikymo perspektyvos.

    „Editor's Choice“ straipsniai yra pagrįsti MDPI žurnalų iš viso pasaulio mokslinių redaktorių rekomendacijomis. Redaktoriai pasirenka nedidelį skaičių neseniai žurnale paskelbtų straipsnių, kurie, jų manymu, bus ypač įdomūs autoriams ar svarbūs šioje srityje. Tikslas yra pateikti įdomiausių darbų, paskelbtų įvairiose žurnalo tyrimų srityse, vaizdą.


    Jūros dugno gedimai prie Pietų Kalifornijos

    Pietų Kalifornijos pakrantėje gyvena daugiau nei 22 milijonai žmonių, o kasmet ten daug daugiau migruoja. Šio regiono gedimai ir grėsmės šiame regione buvo labai ištirti sausumoje. USGS siekia išplėsti mūsų žinias apie jūros dugno gedimus, todėl juos galima įtraukti į pavojaus vertinimus.

    USGS geologas Jamie Conradas naudoja jūros dugno žemėlapį prie Pietų Kalifornijos, norėdamas suplanuoti didelės raiškos žemėlapį į pietvakarius nuo Santa Catalina salos. Mažas įdėklas rodo laivo surinktus jūros dugno duomenis, kurie atskleidžia kalvas, užutekius ir baseinus.

    Mokslininkai iki 2008 m. Nerinko labai išsamių jūros dugno žemėlapių ir seisminių duomenų už 25 mylių nuo Pietų Kalifornijos krantų. Manoma, kad už šio atstumo esantys gedimai neturės įtakos JAV pakrantėms, kurios pasirodė neteisingos. Iki 1990-ųjų pabaigos labai brangiai kainavo jūros dugno žemėlapių technologijos. USGS geologas Jamie Conradas atkreipia dėmesį į tai, kad dar 2009 m. Pietų Kalifornijos jūrų gedimų žemėlapiai neparodė, kad San Diego lovio gedimas - vienas ilgiausių Pietų Kalifornijoje - jungiasi prie San Pedro kaltės netoli Santa Monikos įlankos. Bet šie gedimai tikrai jungiasi. Šie ankstesni žemėlapiai taip pat parodė, kad „Palos Verdes“ kaltė, gerai žinoma dėl to, kad ji iš dalies eina ant kranto, siejasi su „Coronado Bank“ kalte. Bet šios gedimai nesujungia. Ilgesnės gedimai padidina didesnių žemės drebėjimų grėsmę palei šią gausiai apgyvendintą pakrantę, įskaitant Conrado vaikystės namus Palos Verdes kalvose.

    „San Andreas“ kaltė yra bene žinomiausia Pietų Kalifornijos klaida. Tai dalis daug didesnės gedimų sistemos, kurią generuoja Ramiojo vandenyno ir Šiaurės Amerikos tektoninės plokštės, šlifuojančios viena kitą maždaug 50 milimetrų per metus. Kiti gedimai, besitęsiantys visoje Pietų Kalifornijoje, taip pat leidžia judėti šiai sienai. Iki 20 procentų judėjimo įvyksta atviroje jūroje esančiuose gedimuose 75 mylių atstumu nuo kranto.

    Dėl šių jūros dugno gedimų įvyko keletas žymių žemės drebėjimų Pietų Kalifornijoje. Dėl Niuporto ir Inglewoodo kaltės įvykusio 1933 m. 6,4 balų ilgio paplūdimio žemės drebėjimas žuvo 115 žmonių ir padarė 40 mln. 1986 m. 5,4 balų stiprumo žemės drebėjimas vandenyno pakrantėje nežinomame San Diego lovio ruožo segmente sukėlė mažiausiai 29 sužeidimus, 1 mirtį ir 1 milijono dolerių žalą. Dėl San Clemente salos 1951 m. Įvykusio 5,9 balų žemės drebėjimo, įvykusio San Clemente kalte, padaryta tam tikra žala Santa Barbaros ir Venturos apskrityse.

    Žemės drebėjimo rizikos įvertinimas priklauso nuo gedimo charakteristikų, tokių kaip ilgio slydimo greitis (vidutinis atstumas, kurį gedimas juda kiekvienais metais), kaip slydimas kinta pagal gedimo segmentus, vidutinis laikas tarp žemės drebėjimų, kai paskutinis gedimas judėjo, ir kaip jis susiejamas su kitais aktyviais gedimais. . Šias savybes sunku nustatyti, ar nėra gedimų, esančių po keliais tūkstančiais metrų jūros vandens. Dar neseniai jūros dugno žemėlapiuose, apimančiuose didelę Pietų Kalifornijos dalį, trūko tinkamos raiškos, kad būtų galima išsiaiškinti esmines gedimų judėjimo ir jūros dugno deformacijos detales, susijusias su šiais apsemtais gedimais.

    Žemės drebėjimo tikimybės prognozėse iki 2014 m. Net nebuvo gedimų, esančių visiškai jūroje, nepaisant šių gedimų galimybės sukelti destruktyvius žemės drebėjimus. Šios prognozės padeda organizacijoms nustatyti žemės drebėjimo draudimo tarifus, kurti statybos kodeksus ir pasirengti nelaimėms Kalifornijoje.

    Laivas vilks šį žalią kabelį, kuriame yra povandeniniai mikrofonai, įrašantys garsą, atsispindintį nuo sluoksnių po jūros dugnu. USGS mokslininkai naudos duomenis, kad nustatytų gedimų vietą.

    Ką daro USGS

    USGS 1999 m. Pradėjo daug išsamiau tirti gedimus Pietų Kalifornijoje, rinkdamas naujus seisminius duomenis: dvimačius vaizdus, ​​kurie atskleidė gedimus ir iškreiptus nuosėdų sluoksnius po jūros dugnu. Po septynerių metų didesnės skiriamosios gebos seisminiai tyrimai užpildė trūkstamus duomenis iš kai kurių gedimų pagrindinių skyrių. Šie duomenys buvo gauti iš naujo, vos keletą metrų žemiau paviršiaus nutempto instrumento, kuris skleidžia garso impulsus, prasiskverbiančius į jūros dugną ir atspindinčius gilesnius nuosėdų bei uolienų sluoksnius. Šis mini žymeklis naudoja elektrinę kibirkštį kaip garso šaltinį ir vieną hidrofoną (povandeninį mikrofoną), kad įrašytų aidus.

    Skleisdamas ventiliatoriaus formos impulsus, kurie atsimušė į dugną, daugiašakis sonaras galėjo pakankamai detaliai atvaizduoti vandenyno dugno pluoštus, kad atsirastų gedimai ir iškreipta aplinka aplink juos. Bendradarbiaudamas su kitomis agentūromis 1999 m., USGS naudojo šią metodiką vandenyno dugnui prie Los Andželo ir San Diego atvaizduoti kur kas didesne raiška nei bet kada anksčiau.

    Naudodamiesi giliavandenių šerdžių įtaisais 2003 ir 2009 m., USGS mokslininkai šalia gedimų surinko jūros dugno nuosėdų mėginius, kad apskaičiuotų gedimo amžių.

    2007 m. USGS pradėjo bendradarbiauti su Monterėjaus įlankos akvariumo tyrimų institutu (MBARI), siekdamas ištirti jūros dugną. Tyrėjai naudojo MBARI autonominę povandeninę transporto priemonę (AUV) skrisdami apie 50 metrų virš vandenyno dugno. Šis robotinis povandeninis laivas, naudodamas daugialypį sonarą, atvaizdavo jūros dugną, kad atskleistų net 1 metro bruožus. Priešingai, laive sumontuotas prietaisas, veikiantis šimtus metrų virš dugno, paprastai gali skirti 15–20 metrų skersmens bruožus. AUV apklausė kruopščiai parinktas ypatybes, tokias kaip gedimų išstumti jūros dugno kanalai, kurie mokslininkams suteikė užuominų apie gedimo slydimo greitį. AUV taip pat atliko čiulbėjimo sistemą, kuri siunčia aukšto dažnio „čiulbėjimo“ garsą ir klausosi su nedidele hidrofonų kolekcija. Jis renka duomenis apačioje jūros dugnas, atsiskleidžiantis nuo 2 iki 3 centimetrų plonais sluoksniais.

    2010–2011 m. USGS rinko daugiašonę batimetriją 100–800 metrų gylyje, nuo pakrantės nuo Dana Point iki La Jolla - vienos iš paskutinių sričių, likusių Pietų Kalifornijoje, kurios žemėlapiai buvo aukštos raiškos žemėlapiai.

    Ką USGS sužinojo

    USGS sukūrė naują jūros kalnų žemėlapį Pietų Kalifornijoje. Žemėlapis rodo aktyvų ryšį tarp San Pedro baseino ir San Diego lovio gedimo, kuris anksčiau buvo laikomas atskiru gedimu. Šis nuolatinis gedimas tęsiasi 260 kilometrų nuo jūroje esančios Santa Monikos iki Meksikos ir yra vienas ilgiausių gedimų Pietų Kalifornijoje. Apskritai, kuo ilgesnis gedimas, tuo didesnis jo žemės drebėjimo potencialas.

    Perspektyvus jūros dugno atkarpos pietinėje Kalifornijos dalyje žemėlapis, padarytas su gylio duomenimis. Žemėlapyje rodoma kanalo siena, kuri buvo nukirsta dėl San Diego lovio kaltės ir perkelta apie 20 metrų. Ši savybė yra maždaug 1 000 metrų žemiau jūros lygio.

    Iš jūros dugno atkarpos prie pietinės Kalifornijos dalies vaizdas iš paukščio skrydžio, padarytas su gylio duomenimis. Žemėlapyje rodoma kanalo siena, kuri buvo nukirsta dėl San Diego lovio kaltės ir perkelta apie 20 metrų. Ši savybė yra maždaug 1 000 metrų žemiau jūros lygio.

    Apskaičiuojant slydimo greitį arba kiek gedimas juda laikui bėgant, labai svarbu nustatyti gedimo žemės drebėjimo pavojų. Naudodamiesi naujais didelės skiriamosios gebos jūros dugno žemėlapiais ir seisminiais duomenimis, USGS mokslininkai pirmą kartą nustatė slydimo greitį dėl San Diego lovio gedimo ir „Palos Verdes“ gedimo povandeninę dalį, kuri skyrėsi nuo kranto normų, o tai rodo, kad slydimo greitis gali pasikeisti kartu su gedimu. „Palos Verdes“ kaltė eina per povandeninės nuošliaužos, datuojamos 31 000 metų, viršų. Išmatavus, kiek jūros dugnas pasislinko nuo šios aiškios ribos, mokslininkai padėjo nustatyti, kad kaltės amžius būtų 3–5 milijonai metų.

    Netoli 1986 m. Okeanso krašto žemės drebėjimo epicentro USGS mokslininkai nustatė 5 kilometrų ilgio laiptelį (arba trumpą tarpą) San Diego lovio kalte. Jūros dugno poslinkis palei šį žingsnį skiriasi nuo įprasto smūgio-slydimo gedimo judėjimo, kuris galėtų paaiškinti kai kurias neįprastas to žemės drebėjimo savybes, pavyzdžiui, ilgus požeminius smūgius, kurie netipiški šiam žemės drebėjimui.

    Nauji 2008–2011 m. Jūros dugno duomenys parodo neaiškią gedimų grupę, lygiagrečią pakrantei apie 15–20 kilometrų nuo San Onofre, o tai gali sąveikauti su Niuporto – Inglewoodo klaida.

    Išsamūs jūros dugno vaizdai labai pagerino supratimą apie aktyvius gedimus prie Pietų Kalifornijos ir patobulino pavojaus vertinimą regione. Pavyzdžiui, ši informacija padėjo atnaujinti San Onofre atominės elektrinės seisminio pavojaus vertinimą 2014 m. Ir 2014 m. Nacionalinį seisminio pavojaus kartografavimo projektą, kuris apėmė gedimus, pirmą kartą esančius jūroje.

    Žvelgdami į Katalinos baseino jūros dugno žemėlapį, geofizikai Emily Roland (Vašingtono universitetas, kairėje), Jamie Conrad (USGS, sėdi) ir Danny Brothers (USGS) išsamiau aptaria, kurias sritis apžiūrėti.

    Šis atviros Kalifornijos pietų žemėlapis rodo aktyvius gedimus (linijas) ir žemės drebėjimus nuo 1933 m., Kurie buvo didesni nei 5 balų (apskritimai).

    Žiniasklaidos aprėptis

    Seisminiai apmąstymai, Garso bangos, 2021

    USGS darbo ir galimų žemės drebėjimų Pietų Kalifornijoje, Smithsonian, 2015 m. Gegužės mėn

    San Andreas žemės drebėjimai, susieti su Kolorado upe, „LA Times“, „SFGate“, „Discovery.com“ir JAV šiandien, 2011 m. Birželio ir liepos mėn

    „Catalina“ arba „Krūtinė“: „USGS Group Maps Maps“ gedimai Los Andželo jūroje, Garso bangos, 2009


    Tektoninis atsparumas

    1959 m. Amerikos geologijos draugija išleido Heezeno, Tharpo ir Lamonto observatorijos, kurioje jie dirbo, direktoriaus „Doc“ Ewingo knygą „Vandenynų grindys: I. Šiaurės Atlantas“. Jame buvo „Tharp“ vandenynų profiliai, idėjos ir prieiga prie „Tharp“ fiziografinių žemėlapių.

    Kai kurie mokslininkai manė, kad darbas buvo puikus, tačiau dauguma tuo netikėjo. Prancūzijos povandeninis tyrinėtojas Jacquesas Cousteau buvo pasiryžęs įrodyti, kad Tharpas klydo. Plaukdamas savo tyrimų laivu „Calypso“, jis tyčia perplaukė Atlanto vidurio kalvagūbrį ir nuleido povandeninę filmavimo kamerą. Cousteau nuostabai, filmas parodė, kad plyšo slėnis.

    "Yra tiesa senoje klišėje, kad paveikslėlis vertas tūkstančio žodžių ir kad matymas yra tikėjimas", - pastebėjo Tharpas 1999 m. Retrospektyvinėje esė.

    Kas galėjo sukurti plyšį? Princetono Hessas pasiūlė keletą idėjų 1962 m. Joje teigiama, kad karšta magma plyšyje iškilo iš Žemės vidaus, išsiplėtė atvėsdama ir nustūmė dvi gretimas plokštes toliau. Ši idėja buvo pagrindinis indėlis į plokštelinės tektonikos teoriją, tačiau Hessas nenurodė kritinio darbo, pateikto „Vandenynų grindyse“ - viename iš nedaugelio leidinių, kuriuose „Tharp“ buvo bendraautorius.

    Marie Tharp 2001 m. Liepos mėn. Bruce Gilbert, Lamont-Doherty Žemės observatorija


    Tralavimo ir gilinimo poveikis jūros dugno buveinėms (2002)

    3 skyriuje aprašomas nepaprastas stebimas žvejybos mobiliaisiais įrankiais poveikis. Dauguma tyrimų apėmė mažas teritorijas ir daugiausia dėmesio skyrė ūmiam poveikiui, tačiau keliuose tyrimuose buvo nagrinėjamas lėtinis poveikis ir jie nustatė tuos pačius modelius (sumažėjo buveinių sudėtingumas, pasikeitė bendruomenės sudėtis, sumažėjo įvairovė). Norint apskaičiuoti ekosistemos poveikį ir atsigavimo laiką, reikia naudoti daugiau informacijos, kad būtų galima panaudoti nedidelio masto atsako modelius. Du pagrindiniai duomenų poreikiai, norint pastebėtą tralavimo ir gilinimo poveikį jūros buveinėms pritaikyti ekosistemos lygiui, yra konkrečių įrankių poveikio rūšis ir mastas skirtingoms buveinėms, žvejybos veiklos erdvinis ir laiko mastas.

    Nors atsargumo metodus galima įgyvendinti naudojant esamus duomenis, tikslas yra turėti pakankamai informacijos taktiniam sprendimų priėmimui paremti. Daugumoje vietovių buveinės ir žvejybos pastangos buvo suskirstytos gana plačiai, palyginti su mažesniu mastu, kuriame aprašomas ekologinis poveikis. Žemsiurbių ir tralų žvejybos plotai užima šimtus kvadratinių kilometrų, tačiau daugumos tiriamų zonų plotai yra & lt1 km 2. Dėl tokio erdvinio neatitikimo esamais duomenimis paremtais vertinimais gali būti pervertintas arba nuvertintas tikrasis mobiliųjų žvejybos įrankių poveikis.

    Buveinė

    1 skyriuje buveinė apibrėžiama kaip aplinka, reikalinga tiesiogiai ar netiesiogiai palaikyti organizmų, gyvenančių organizme, gyvenimo procesus. Žuvims išgyventi, augti ir daugintis reikia daugybės buveinių procesų įvairovės. Paprastai fizinės savybės buvo naudojamos kaip pagrindinis kriterijus klasifikuojant buveines (Allee ir kt., 2000) ir apibūdinant daugelio žvejybos poveikio tyrimų lokalę (3 skyrius). Tačiau biologinės savybės, įskaitant biologinių bendrijų sudėtį, yra vienodai svarbios vertinant pakeistų buveinių poveikį žuvų populiacijoms.

    Valstybiniuose ir federaliniuose vandenyse, besiribojančiuose su kiekviena JAV pakrantės valstybe, žvejojama dugniniais tralais arba dragomis. Daugiausia dugno žvejyba vyksta žemyniniame šelfe ir viršutiniame šlaite, kai vandens gylis yra mažesnis nei 500 m, nors kai kurie tęsiasi net 2000 m. Jūros dugnas, kurį paveikė arba gali paveikti mobilūs dugninės žvejybos įrankiai, apima daugybę buveinių, pradedant palyginti be smėlio ir dumblo dugnais, baigiant labai struktūrizuotais jūros žolių dugnais ir koralų rifais. Kadangi tralavimo ir gilinimo poveikis nėra vienodas visose buveinėse, būtina žinoti buveinių tipų erdvinį pasiskirstymą vietovėse, kuriose žvejojama dugnu.

    Buveinių klasifikacija

    Buveinių klasifikavimui reikalinga sistema, naudojanti bendrą terminologiją ir kurią vienodai priima federalinės, valstijos ir vietos agentūros. Logiškas ir nuoseklus aplinkos klasifikavimas suteikia pagrindą įvertinti kiekvieno buveinės tipo trikdymo mastą ir reikšmingumą. Žvejybos valdymui labai reikalingi buveinių žemėlapiai, tačiau šiuo metu nėra sistemingų didelių regionų žemėlapių. Kai kurie vidutiniškai dideli plotai (keli šimtai kvadratinių mylių) buvo neseniai pažymėti (žr., Pavyzdžiui, Reynolds ir kt., 2001 m.

    entine ir kt., 2001 Wakefield ir kt., 1998), tačiau net ir jie yra nedideli, palyginti su vietovėmis, kuriose priimami daugybė žuvininkystės valdymo sprendimų. Paprastai buveinių žemėlapiai buvo sudaryti tik ad hoc mažiems plotams. Iš dalies taip yra dėl to, kad nėra patvirtintos jūros dugno buveinių klasifikavimo schemos JAV.

    Siūlomos kelios klasifikavimo sistemos (Allee ir kt., 2000 m. Tarptautinė jūrų tyrinėjimo taryba, 2001 m. Roff ir Taylor, 2000). Šios sistemos yra hierarchinės: jos prasideda dideliu mastu (1000 km), susidedančia iš nuolatinių fizinių ypatybių, ir mažėja iki mikrobangų. Kiekviena sistema apima ilgalaikius fizinius aplinkos bruožus, tokius kaip dugno reljefas, substratas, temperatūra, stratifikacija ir poveikis. Natūralios fizinės savybės laikui bėgant yra gana stabilios ir jas galima išmatuoti atliekant plataus masto apklausas. Tačiau vien fiziniai ypatumai neapibrėžia buveinės. Pavyzdžiui, biologinės savybės, jūros žolių lysvių, rudadumblių miškų ir koralų rifų buvimas taip pat apibrėžia buveines.

    Pasaulio laukinės gamtos fondas Kanadoje siekė taikyti sausumos buveinių kartografavimo sąvokas Kanados jūrų vandenyse (Roff ir Taylor, 2000). Kanados klasifikavimo schema pagrįsta ilgalaikiais fiziniais aplinkos bruožais. Dėl labai ilgos pakrantės ypač svarbu naudoti fizines savybes, suderinamas su plataus masto tyrimais Kanadoje ir JAV. Loginis pagrindas yra apibrėžti ryšius tarp biologinės bendruomenės sudėties ir fizinių kintamųjų, kuriuos galima lengviau išmatuoti dideliuose plotuose. Šis Pasaulio laukinės gamtos fondo metodas buvo naudojamas reprezentatyvioms ir skiriamosioms buveinėms identifikuoti prie Naujosios Škotijos krantų, o Apsaugos įstatymo fondas ją naudoja Meino įlankos buveinėms apibūdinti.

    Kartu buvo taikomas jūrų buveinių žemėlapis ir klasifikavimas Europos vandenyse. Europos gamtos informacijos sistema (EUNIS) sukurta Europos aplinkos agentūrai (Tarptautinė jūrų tyrinėjimo taryba, 2001). Europos jūrų buveines apibrėžia geografinės, abiotinės ir biotinės savybės, visiškai natūralios arba iš dalies modifikuotos. Šis platesnis apibrėžimas pripažįsta, kad buveines galima apibrėžti pagal biogeninius požymius ir kad jūrų buveines formavo žmogaus veikla (pvz., Dirbtiniai rifai ir laivo nuolaužos). EUNIS klasifikaciją sudaro penki hierarchiniai lygiai (4.1 langelis).

    Skirtumas tarp Kanados ir Europos

    4.1 langelis Europos gamtos informacijos sistemos klasifikacija

    Europos aplinkos agentūra kuria bendrą parametrų buveinių klasifikavimo sistemą jūrų ir sausumos sistemoms. Tai yra neatskiriama EUNIS dalis. Jūrų komponentas buvo gautas iš „BioMar“ projekto (Connor ir kt., 1997) ir turi penkis pagrindinius lygius, remiantis šiais kriterijais: 1) jūrų ir pakrančių buveinės, palyginti su gėlavandenėmis ir sausumos buveinėmis, 2) gylio zona, 3) substrato tipas 4) biologinės savybės ir 5) dominuojančios rūšys.

    Dėl biotinių bendruomenių skirtumų 4 ir 5 lygiuose naudojami ekotipai nėra pakankamai platūs, kad būtų galima atsižvelgti į jūrų buveinių, esančių JAV vandenyse, įvairovę. Bendrieji šios klasifikavimo sistemos bruožai atitinka tuos, kurie buvo sukurti JAV (Allee et al., 2000).

    požiūrį daugiausia remiasi turimais duomenimis. Iš dalies dėl vienodesnės Europos vandenų geografijos buveinės buvo nuodugniau pažymėtos, leidžiant išsamesnei klasifikacijai. JAV padėtis yra panašesnė į Kanadą, nes Jungtinėse Valstijose yra plati pakrantė, apimanti dar didesnę buveinių tipų įvairovę. Pagal esamus duomenis neįmanoma suskirstyti visos JAV išskirtinės ekonominės zonos net pagal substrato tipą (EUNIS 3 lygis). Buveinės JAV išskirtinėje ekonominėje zonoje svyruoja nuo arktinės iki atogrąžų, todėl sunku sukurti standartizuotą visų buveinių klasifikavimo schemą. Erdvė valdoma pagal km 2 skalę, todėl reikia suskaidyti nuosėdų tipą (EUNIS 3 lygis). Nors dugninės žūklės ekologinis poveikis buvo užfiksuotas kvadratinių metrų mastu (EUNIS 4 ir 5 lygiai), susirūpinimas dėl antropogeninio poveikio yra kur kas didesnis ekologinių bendruomenių mastas. Todėl Tarptautinė jūrų tyrinėjimo tarybos darbo grupė dėl žvejybos veiklos ekosistemos poveikio rekomendavo nustatyti buveines, kurias įtakoja žmogaus veikla, ir įtraukti biologines savybes į EUNIS klasifikavimo sistemą.

    Jungtinėse Valstijose - dvi gana plačios jūrų

    buvo pasiūlytos buveinių klasifikavimo schemos. Greene ir kt. (1999) pasiūlė sistemą, pagrįstą geofiziniu nuotoliniu stebėjimu ir apimančią buveinių požymių skalių hierarchiją. Sistema neatsižvelgia į negilias jūrų buveines (& lt30 m). Jis buvo sukurtas specialiai uolienų buveinėms, esančioms 30 & ndash300 m vandens išilgai vakarinės Šiaurės Amerikos pakrantės, tačiau ją galima pritaikyti apibūdinant kitas buveines. Neseniai Amerikos ekologinės draugijos ir Nacionalinės vandenynų ir atmosferos administracijos ir rsquos buveinių apsaugos biuro (Allee et al., 2000) remiamas komitetas sukūrė išsamią jūrų buveinių klasifikavimo sistemą JAV vandenims. Ši hierarchinė sistema apima visas jūrų buveines ir bandymus leisti praktiškai klasifikuoti buveines bendru ir smulkiu mastu, atsižvelgiant į turimų duomenų išsiskyrimą. Nors iš esmės panaši į EUNIS sistemą (Allee ir kt., 2000), naujojoje sistemoje atsižvelgiama į daug daugiau buveinių tipų. Jis išskiria fotiką nuo apotinės aplinkos, atsižvelgia į vandens stulpelių buveines, išskiria jūrų buveines, kurios yra susijusios su žemynine mase, ir tas, kurios nėra, ir pabrėžia gylio zonas bei vėjo ir bangų energijos poveikį. Į antropogeninius sutrikimus atsižvelgiama naudojant aukščiausio lygio klasifikatorių & ldquolocal modifikatorius & rdquo. Kadangi ši klasifikavimo sistema yra palyginti nauja, ji nesulaukė didelio dėmesio. Tačiau tai perspektyvi pradžia įvairioms jūrų buveinėms JAV vandenyse, nors šią sistemą turi išbandyti, aptarti ir modifikuoti platesnė mokslo ir valdymo bendruomenė.

    Tolesniuose trijuose skyriuose aprašoma, kaip dugno buveinėms gali būti būdinga batimetrija, geologinės struktūros ir biogeniniai substratai (t. Y. Augalų ir gyvūnų struktūra). Po to aprašoma geografinės informacinės sistemos (GIS) vertė kaupiant buveinių informaciją ir aptariama mastelio svarba apibrėžiant ir kartografuojant buveinę. C priede trumpai aptariamos buveinių kartografavimo priemonės.

    BATIMETRIJA

    Pagrindinis jūros dugno žemėlapis yra vandens gylio arba batimetrijos žemėlapis, parodantis jūros dugno formą. Paprastai jie gaminami akustiškai, iš atskirų įgarsinimų, ištisinių įgarsinimo linijų ar plačių įgarsinimų. Žemėlapyje batimetrinę informaciją galima rodyti kaip skaičius kiekvieno skambėjimo vietose, kaip kontūrus, apibrėžiančius vienodo gylio zonas, arba kaip tamsesnį reljefinį vaizdą. Praktiškai visos JAV lentynos batimetrija buvo užfiksuota 1: 250 000 masteliu su 2 m kontūrais (Nacionalinis geofizikos duomenų centras, 2002). Vietoje, ypač uostuose ir privažiavimuose, yra išsamesnė informacija. Kai kuriose vietovėse, ypač ten, kur yra didelė pramoginė žvejyba, pradiniai substratų žemėlapiai (Nacionalinis geofizikos duomenų centras, 2002), kuriuose matomas dugno tipas, padengtas batimetrijoje, buvo paskelbti 1: 100 000 masteliu ir 2 kontūrų intervalu. m. Didesnės skiriamosios gebos žemėlapius taip pat daugelyje upių žiočių, įlankų ir pakrančių teritorijose padarė įvairios federalinės ir valstybinės agentūros, akademinės įstaigos ir privačios įmonės, turinčios vietinių interesų (pavyzdžiui, kasyba, taršos tyrimai, pakrančių erozijos tyrimai ar švelninimas). Yra išsamių batimetrinių žemėlapių, skirtų kai kurioms ypatingos svarbos jūrinėms vietovėms, pavyzdžiui, Nacionalinėms jūrų draustinėms (4.1 ir 4.2 pav.). Tačiau daugumoje kontinentinio šelfo, kur vykdoma federaliniu mastu reguliuojama žvejybos veikla, batimetriniai žemėlapiai su 2 m kontūrais siūlo didžiausią įmanomą skiriamąją gebą. Šios skalės nepakanka kai kuriems žuvininkystės valdymo tikslams, nes kai kurios savybės (pvz., Atbrailos, rieduliai, įdubos), kurių reljefas yra daug mažesnis nei 2 m, gali būti reikšminga žuvų buveinė.

    GEOLOGINĖ STRUKTŪRA IR PAGRINDAS

    Geologinis jūros dugno pobūdis (tekstūra, morfologija, sudėtis, nuosėdų substrato storis, uolienų atodangų kietojo dugno litologija, pasiskirstymas) apibrėžia jūrų buveines ir įtakoja, kokie organizmai gyvens toje teritorijoje. Pavyzdžiui, sėdimieji organizmai negali prisitvirtinti prie smulkiagrūdžio purvo substrato, o duobantys organizmai gali nesugebėti palaikyti savo urvų puriame smėlyje. Karstinis kalkakmenis su savo skalsiais, ištirpusiais dariniais suteikia daugybę slėptuvių daugelio dydžių organizmams, o masyvios kvarcinio smiltainio lovos gali ne. Norint nustatyti jūros dugno geologinį pobūdį, reikia rinktis duomenų tipų rinkinį. Sidescan-sonaro vaizdai gali parodyti dugno tipų plotą, tačiau nuosėdų ir uolienų pavyzdžiai yra būtini norint nustatyti, kokie yra dugno tipai, ir išanalizuoti substrato tekstūrą ir sudėtį. Seisminio atspindžio dugno profiliai naudojami vertinant nuosėdų nuosėdas ir požeminių sluoksnių geometriją.

    Kelias dideles jūrų nuosėdų struktūros duomenų bazes tvarko federalinės agentūros (JAV geologijos tarnyba, Minerals Management Service ir National

    4.1 PAVEIKSLAS Batimetrijos ir atgalinio sklaidos žemėlapiai iš daugybinių sonarų duomenų. Daugialypės kartografavimo priemonės leidžia greičiau rinkti didelės skiriamosios gebos batimetrinius duomenis dideliuose jūros dugno plotuose, nei tai buvo įmanoma anksčiau naudojant senesnes vieno pluošto sistemas. Čia pateikti duomenys apima maždaug 1 300 kvadratinių jūrmylių jūros dugną prie Bostono (Masačusetso valstija) ir užtruko apie 55 24 valandų tyrimo dienas. (A) parodo jūros dugno morfologiją, tarsi ją apšviestų iš šiaurės žemyn sklindanti šviesa. (B) rodo signalo, kuris atsispindi atgal į prietaisą, intensyvumą. Didesnis intensyvumas rodomas raudonai ir atitinka labiau atspindinčias nuosėdas, tokias kaip smėlis ir žvyras ar uolėtos atodangos. Mėlyna spalva rodo apatinę atbulinę sklaidą ir atitinka mažiau atspindinčias smulkiagrūdes nuosėdas, tokias kaip dumblas ir molis. Plotas, pažymėtas „6“, parodyta išplėsta 4.2 paveiksle (modifikuota iš Valentine et al., 2001 ir Butman et al., Spaudoje).

    4.2 PAVEIKSLAS „Stellwagen Bank“, 6 rajone, žinių apie jūros dugną pažanga (vietą žr. 4.1 paveiksle). (A) rodo plačiai išdėstytus zondus, gautus švino linija 1855 m., Kai buvo atrastas „Stellwagen Bank“. Taip pat daromos pastabos apie pagrindo tipą (pvz., S - smėlis, G - žvyras). Nuosėdų mėginiai tikriausiai buvo gauti uždėjus vašką ant švino svorio, kuris buvo nuleistas vandens gyliui matuoti. (B) parodyta batimetrija pagrįsta glaudžiai išdėstytomis akustinių įgarsinimų linijomis (Schlee ir kt., 1973). Pagrindo tipas rodomas kaip spalvotas plotas, tačiau buvo atlikta daug interpoliacijos tarp nuosėdų mėginių (juodų taškų). (C) shows the same area, with highly detailed multibeam bathymetry and the substrate types shown in color are based on a combination of numerous sediment samples, sidescan-sonar data, and bottom photo and video data (Valentine et al., in press).

    Geophysical Data Center). Some also include composition and other descriptive or analytical data. In some areas, the databases can provide a large-scale estimate of substrate types, but the distribution of existing sediment samples is highly variable. Some areas, such as the Atlantic continental shelf, have been systematically sampled approximately every 10 nautical miles (Poppe and Polloni, 2000). Smaller areas such as Long Island Sound, can have a mile or less between samples (Figure 4.3). Other areas, such as large parts of the Bering Shelf, have not been sampled at all. It should be noted that even for areas with relatively closely spaced

    FIGURE 4.3 Map showing distribution of sediment samples catalogued in U.S. Geological Survey database for the Atlantic Continental Margin (Poppe and Polloni, 2000).

    samples, the sampling density may not adequately characterize the bottom. Gravel substrate, for example, is more difficult to sample than finer-grained sediments, so it is often underrepresented and sediment texture says nothing about hardbottom or rock outcrops.

    Many smaller studies of specific areas have been carried out by federal and state agencies and academic institutions. As is the case with bathymetric data, greater detail is available for nearshore areas, bays, and estuaries less for the continental shelf and very little for the continental slope.

    GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEM

    Significant amounts of data exist that are useful for fishery management, such as the distribution and frequency of trawling, bathymetry, and substrate composition and texture. These data reside in a variety of places, are not always easy to access, and often are highly variable both within and between regions.

    GIS has become the standard way to represent geospatial data (i.e., any data that has a position associated with it). GIS does digitally what scientists have long done with tracing paper or clear acetate&mdashit allows layers of information to be overlaid in various combinations so that relationships between the different data sets can be seen. Many types of data useful to fishery management are appropriate for use in GIS: bathymetry, substrate composition or texture, habitat types, current speed and direction, catch and effort data, species distributions, and bottom photographs. Because GIS allows the user to expand or contract the field of view, data of various resolutions can be used together more effectively. This is very important in fishery management because the resolution of available data varies widely and because, as discussed above, different resolutions might be appropriate to address different issues.

    Because the marine waters of the United States include a wide range of habitats, fishery management issues differ regionally. Differences in the seafloor geology and regional climate result in different species assemblages and lead to different fishing practices. Specific management questions require higher resolution data of one type in one area and lower resolution elsewhere. In an ideal world, we might create uniform, high-resolution habitat maps of all U.S. continental shelf areas, but limitations of technology, time, and funding make that impractical, if not impossible.

    This dilemma can be addressed by constructing a standard system for habitat classification and by compiling all relevant existing data into a single, readily available GIS format. This will allow managers to make the best use of existing data and to see where data gaps exist. Fishing effort data superimposed on habitat maps, for example, would help identify regions where more study is needed or where problems could arise. Presentation of data sets of differing scales is not a problem in GIS: The user can zoom in where the data density warrants a close-up view or zoom out for a regional view. As new data become available they can be added.

    QUESTIONS OF SCALE

    The scale at which an area is studied is critical to the eventual utility of the outcomes (products, maps, data) of the study. For example, an issue involving larvae in benthic infaunal structures must be addressed with more detailed information than does one involving schools of fish that aggregate in a broad depth range. Conversely, sediment samples to &ldquoground truth&rdquo kilometer-wide areas of differing backscatter in a sidescan mosaic need not be spaced every 10 m. In choosing an appropriate scale for mapping, three interrelated issues must be addressed:

    What is the purpose of the map? What questions are you trying to answer? What attributes of habitat influence the distribution and abundance of the species of interest? Do you need to know precise locations of objects (e.g., gravel, coral, artificial reefs) and if so, how big are they? Would it suffice to know that an area is composed of gravel, and know the extent of that area, but not whether the gravel is mostly boulders, cobbles or pebbles?

    How homogeneous, or patchy, are the things to be mapped? This might not be known before you begin to map, but usually some indication&mdash anecdotal information, a detailed map of a small portion of the area to be mapped, a few bottom photographs&mdashis available or can be obtained before a commitment to a mapping plan is made.

    Is the technology or approach to be used appropriate to the scale of information needed? There is no one right way to map the seafloor. If you need to know about hazards to navigation, you must have bathymetry. If you need to know the distribution of gravel substrate, bathymetry alone will be of little help. Sidescan or multibeam back

    scatter data and bottom sampling would give this information. If you also need to know the abundance of particular sessile organisms that form important components of habitat (sponges, coral), you will need to add photographic or video data.

    Obviously, the scale needed for various data types will vary from region to region and from issue to issue. Characteristics of the substrate are more homogeneous in some areas than in others.

    DISTRIBUTION AND INTENSITY OF FISHING EFFORT

    The second component of geographic-based information required for assessing the effects of trawling and dredging is the spatial distribution and intensity of fishing effort. As described earlier, potential changes at the ecosystem level caused by trawling or dredging are a function of the extent and distribution of fishing activities in various habitats.

    To give some appreciation of the scale of trawling and dredging effects in terms of frequency and area covered, rough approximations of the relative intensity of effort in the fishery management regions are presented in Table 4.1. These estimates are based on data provided by the various state and federal fishery management agencies and make several assumptions regarding the areas swept, the estimated total fishing area, and the total number of trawl or dredge tows, as described below.

    There is considerable regional variation in the collection of data on bottom trawling and dredging activities conducted on the continental shelf and slope off the U.S. Coast. Depending on the region and the fishery this information is collected either by the National Marine Fisheries Service or by state agencies. During the latter part of the past decade, trawl fishing effort was documented in statistical blocks that encompassed about 231,200 nautical square miles of the continental shelf and slope. A statistical block (or reporting region) defines a geographic area that is used for reporting the location and duration of individual trawl tows during a given time period. The statistical block may be based on a grid or other feature, and often varies in size among regions (Table 4.1). Trawl fishing effort, as monitored by various national and international fisheries agencies, is normally defined as the number and duration of tows (drags) made in a particular area (statistical block or region), over a specified period. Effort data is frequently reported as the number of tows per area, along with information on tow duration. In the Gulf of Mexico and along the northeastern Atlantic seaboard, the trawl effort is reported as the number of 24-hour fishing days (excluding steaming time). In the Pacific regions the number of tows and the associated towing time is logged. The regional differences in gear and in effort reporting methods and the variation in the geographic resolution of the effort data make exact comparisons among regions unrealistic. Furthermore, the estimates in Table 4.1 of the total number of tows have been extrapolated in all areas from observer data, log books, shore side vessel sampling, and other sources.

    For a given area or region it is nevertheless possible to calculate the potential area swept by dragged gear using the sum of the approximate area covered by individual tows. This calculation provides an upper estimate of the coverage of a reporting area by trawl or dredge gear, or assuming that the individual tows are evenly distributed throughout the area. However, some tows in a statistical block may overlap or be concentrated in one portion of the reporting area (Figure 4.4). If tows are clustered in a fraction of the statistical block, the swept area will be smaller, but the intensity of effort will be higher in the subarea where fishing is concentrated.

    Because effort data have not been collected continuously, it is impossible to compare regions for any given year. However, data collection at various times during the 1990s for four of the six fishery management regions with significant trawl or dredge fisheries has allowed the trawl and dredge effort to be mapped by statistical reporting areas for that period. Appendix B contains detailed descriptions and maps of the bottom trawl and dredge effort data for major fisheries. The swept area estimates in Table 4.1 are based on the intensity of effort in defined statistical areas in the fishery management regions based on available data. Even though the existing effort data precludes precise comparisons, estimates of the frequency of effort per unit area suggest that, at times during the 1990s, the highest intensity of trawling occurred in the Gulf of Mexico and New England.

    In response to the collapse of the groundfish stocks in New England, managers instituted effort controls and closed three large areas to trawl and dredge gear in 1994. In 1999, a fraction of the closed areas were opened for limited scallop dredging when surveys indicated that the closed areas contained abundant beds


    Scientists Map Tectonic Structure Below the Seafloor of Puerto Rico

    The USGS is working to identify and map faults in southern Puerto Rico, to estimate the location and magnitude of potential earthquakes.

    USGS marine technicians Alex Nichols (L) and Eric Moore (R) deploy the hydrophone array on a seismic research cruise off the southwest coast of Puerto Rico aboard the R/V Sultana in March 2020.

    (Credit: Uri ten Brink, USGS. Public domain.)

    Starting in December 2019, residents of southern Puerto Rico were startled by a sequence of earthquakes that included a magnitude 6.4 quake on January 7, 2020. Aftershocks are expected to continue for years, including some relatively strong ones, like a more recent May 2 magnitude 5.4 temblor.

    USGS seismologists were surprised too—not by the fact that the earthquakes occurred but by where they occurred. Puerto Rico lies on an active tectonic boundary between the Caribbean and North American plates, with the northeast corner of the Caribbean plate moving eastward about two centimeters per year along a strike-slip fault. There is geologic evidence of earthquakes that probably took place millennia ago, whereas history records earthquakes and tsunamis in Puerto Rico as far back as the 1500s. But most seismic activity has been on the north side of the island, not the south side, where previously unknown undersea faults may have triggered this latest earthquake series.

    The USGS is working to identify and map faults in the region to estimate the location and magnitude of potential earthquakes. With more than 3 million U.S. citizens in Puerto Rico and the Virgin Islands, the risk to lives and property from earthquakes and tsunamis is significant. USGS seismic research can help inform better building codes, safer zoning, and public education about earthquake hazards.

    When USGS research geophysicist Uri ten Brink, learned about the Puerto Rico quakes, he quickly made plans to launch a seismic research cruise off the island’s south coast. In the past 15 years, as project lead for a marine geohazards project focused on documenting undersea tectonic processes and assessing the landslide, tsunami, and earthquake hazards they pose, his team has mapped faults off the island’s north coast. But the seafloor close to the south coast was largely unexplored.

    “This data will eventually help seismologists develop a clearer picture of tectonic activity in the area,” ten Brink said. “Ultimately, we hope the USGS’ work in this region will help give the public a clearer sense of the potential for future earthquakes. The USGS’ research findings are being used to improve building codes that will help Puerto Rico better withstand future earthquakes and to better prepare for tsunamis.”

    Locations of multichannel seismic reflection profiles (in black), collected during cruise FA2020-14. The profiles are overlain on colored and shaded multibeam bathymetry, Lidar topography (green and white) and near-shore bathymetry (darker blue), and NOAA coastal relief model (light blue and white). Dashed purple lines – hypothesized faults from the distribution of earthquake epicenters. Red markers – Preliminary identification of possible faults on the seismic reflection data.


    Mapping seafloor topography of gulf of Guinea using an adaptive meshed gravity-geologic method

    An adaptive mesh form of the gravity-geologic method, known as improved Gravity-Geologic Method (iGGM), was implemented on free-air gravity anomalies and shipborne depths to obtain an improved 1′ × 1′ bathymetry model of the Gulf of Guinea (15°W–5°E, 4 ° S–4°N). An optimal density contrast of 8000 kg/m 3 was used for the whole area. The iGGM model compared well with NGDC, ETOPO1, and SIO models with difference standard deviations and correlation coefficients being 180.20 m, 0.9248, 184.34 m, 0.9551, and 179.84 m, 0.8886, respectively. These prove generally that iGGM is efficient for estimating bathymetry with limited shipborne depths. The influence of shipborne depths quantity and optimal density contrast on bathymetry inversion are analysed, respectively, for the whole region and three subregions (15°W–8°W, 4°S–2°N 7°W–2°E, 2°S–2°N and 1°E–5°E, 4°S–0°N). Results showed that, compared with the mountainous areas, higher inversion accuracy (standard deviation of test differences less than 50 m) is achievable in the low-lying region using fewer shipborne depths. With 75% of shipborne depths used for the entire model, the standard deviation of differences between iGGM and shipborne depths at test points was 184.74 m. This indicates that to further improve the region’s bathymetry, more ship sounding is required in the mountainous areas. Numerical results showed different optimal densities should be selected for different areas, especially for the mountainous areas. Using a common density contrast in the whole region may limit the accuracy of the bathymetry inversion.

    Tai yra prenumeratos turinio peržiūra, prieiga per jūsų įstaigą.


    Marie Tharp’s groundbreaking maps brought the seafloor to the world

    Barred from ocean expeditions for most of her career, Marie Tharp poured all of her energy into mapping the seafloor — creating the most comprehensive views available.

    Pasidalinti:

    January 13, 2021 at 11:00 am

    Walk the halls of an academic earth sciences department, and you’ll likely find displayed on a wall somewhere a strikingly beautiful map of the world’s ocean floors. Completed in 1977, the map represents the culmination of the unlikely, and underappreciated, career of Marie Tharp. Her three decades of work as a geologist and cartographer at Columbia University gave scientists and the public alike their first glimpse of what the seafloor looks like.

    In the middle of the 20th century, when many American scientists were in revolt against continental drift — the controversial idea that the continents are not fixed in place — Tharp’s groundbreaking maps helped tilt the scientific view toward acceptance and clear a path for the emerging theory of plate tectonics.

    Tharp was the right person in the right place at the right time to make the first detailed maps of the seafloor. Specifically, she was the right woman. Her gender meant certain professional avenues were essentially off-limits. But she was able to take advantage of doors cracked open by historical circumstances, becoming uniquely qualified to make significant contributions to both science and cartography. Without her, the maps may never have come to be.

    “It was a once-in-a-lifetime — a once-in-the-history-of-the-world — opportunity for anyone, but especially for a woman in the 1940s,” Tharp recalled in a 1999 perspective. “The nature of the times, the state of the science, and events large and small, logical and illogical, combined to make it all happen.”

    With funding from the U.S. Navy, Marie Tharp and Bruce Heezen produced this 1977 map with Austrian painter Heinrich Berann. It has become iconic among cartographers and earth scientists. Library of Congress, Geography and Map Division

    Tharp’s cartographic roots ran deep. She was born in Michigan in 1920 and as a young girl would accompany her father on field trips to survey land and make maps for the U.S. Department of Agriculture’s Bureau of Soils, a job that kept the family on the move. “By the time I finished high school I had attended nearly two dozen schools and I had seen a lot of different landscapes,” Tharp recalled. “I guess I had map-making in my blood, though I hadn’t planned to follow in my father’s footsteps.”

    Tharp was a student at the University of Ohio in 1941 when the attack on Pearl Harbor emptied campuses of young men, who were joining the military in droves. This sudden scarcity of male students prompted the University of Michigan’s geology department to open its doors to women. Tharp had taken a couple of geology classes and jumped at the opportunity. “There were 10 or 12 of us that appeared from all over the United States, girls. With a sense of adventure,” she recalled in an oral history interview in 1994. Tharp earned a master’s degree in 1943, completing a summer field course in geologic mapping and working as a part-time draftsperson for the U.S. Geological Survey along the way. Upon graduating she took a job with an oil company in Oklahoma but was bored by work that involved neither fieldwork nor research. So she enrolled in night classes to earn a second master’s degree in mathematics from the University of Tulsa.

    To celebrate our upcoming 100th anniversary, we’re launching a series that highlights some of the biggest advances in science over the last century. For more on the story of plate tectonics, visit Century of Science: Shaking up Earth.

    Looking for more excitement, she moved to New York City in 1948. When she walked into the Columbia University geology department looking for a job, her advanced degrees got her an interview, but the only position available to a woman was that of a draftsperson assisting male graduate students working toward a degree in geology that she had already earned. Still, it seemed more promising than the other job she had inquired about — studying fossils at the American Museum of Natural History — so she took it.

    The following year Tharp became one of the first women employed by Columbia’s newly founded Lamont Geological Observatory and soon was working exclusively with geologist Bruce Heezen, a newly minted Ph.D. Like many of the male scientists at Lamont, Heezen was primarily occupied with collecting ocean data, which Tharp would then analyze, plot and map — work she was more than qualified to do.

    “These men considered it glamorous and pleasurable to go to sea, far more so than staying at home to analyze [the data],” writes science historian Naomi Oreskes of Harvard University in her forthcoming book Science on a Mission: How Military Funding Shaped What We Do and Don’t Know About the Ocean. “This is one reason data analysis was often left to women.” In fact, women often weren’t allowed on the research ships at all.

    To generate the seafloor maps, Marie Tharp started with two-dimensional ocean profiles (top) and then used her extensive geologic knowledge to decipher landforms and fill in the blank spaces (bottom). B.C. Heezen, M. Tharp, and M. Ewing/Lamont-Doherty Earth Observatory/Geological Society of America Special Paper 1965

    Barred from ocean expeditions, Tharp poured all of her energy into mapping the seafloor starting with the North Atlantic, work that would lead to two important discoveries. To make a map, she first translated the echo soundings gathered by ships crossing the ocean into depths and then created two-dimensional vertical slices of the terrain beneath the ships’ tracks. These ocean-floor profiles showed a broad ridge running down the middle of the Atlantic. Though the feature had been roughly mapped in the 19th century, Tharp noticed a notch near the top of the ridge in each of the profiles. She believed the notches represented a continuous, deep valley running down the center of the mid-ocean ridge. If she was right, the valley might be a rift where molten material came up from below, forming new crust and pushing the ocean floor apart — evidence that could support continental drift.

    The idea that the continents were not fixed in place had gained traction in Europe, but Heezen, like most U.S. scientists at the time, “considered it to be almost a form of scientific heresy,” Tharp later wrote in Natural History magazine. It took her a year or so to convince Heezen that the rift was real, and it took the two several more years to finish their first map of the North Atlantic in 1957.

    In order to publish that first map and share their work with other scientists, Tharp and Heezen had to get around the U.S. Navy’s Cold War–inspired decision to classify detailed topographic maps that used contour lines to indicate depths. This was one of the reasons the pair chose to adapt a relatively new cartographic style known as a physiographic diagram, a sort of three-dimensional sketch of terrain as if seen from an airplane window. To do this, Tharp had to use her training as a geologist and experience with mapping on land — knowledge and skills that a typical research assistant or draftsperson wouldn’t have had.

    Physiographic maps had previously been used to represent continental landforms with standardized symbols. Each type of mountain, valley, plain and desert was sketched in a specific way. Tharp and Heezen were the first to use the technique to show what unknown, unseeable terrain might look like. Tharp first sketched a strip of seafloor along each profile, deciphering what type of landform each bump and dip was likely to be. Then she identified patterns to fill in the blank spaces between the profiles.

    Bruce Heezen and Marie Tharp’s physiographic maps, this one of the North Atlantic first published in 1957 and again in 1959, gave scientists a compelling visual comparison to continental landforms they understood. Physiographic Diagram of the North Atlantic Ocean (1959) by Heezen and Tharp reproduced by permission of Marie Tharp Maps LLC and the Lamont-Doherty Earth Observatory

    “The amount of work involved in taking it from just from those soundings and being able to create that is just amazing,” says historian Judith Tyner, author of Women in American Cartography.

    As Tharp was creating her map, an unrelated project was taking shape on the drafting table next to hers. Heezen had hired a recent art school graduate to plot thousands of earthquake epicenters in the Atlantic Ocean to help Bell Labs find the safest places to lay transoceanic cables. The epicenters he was plotting lined up with Tharp’s rift valley. The correlation lent weight to the idea that the rift was where the crust was pulling apart, and gave Tharp a way to accurately locate the rift between the ship tracks.

    Heezen and Tharp’s 1957 diagram of the north Atlantic Ocean was by far the most exhaustive seafloor map ever produced.

    “The marvelous thing about that map is how comprehensive it looked on rather limited data,” says science historian Ronald Doel of Florida State University in Tallahassee. “But the earthquake data also helped to make clear just where the ridges are oriented and where the associated geological features are.”

    The American scientific community was initially skeptical, wary of the speculative nature of their map. But as the pair continued mapping the rest of the Atlantic and moved on to other oceans, evidence accumulated for a continuous ridge, with a rift valley at its center, stretching for some 60,000 kilometers across the globe.

    Tharp and Heezen’s innovative use of the physiographic method gave scientists a compelling visual comparison to continental landforms they understood. This helped convince them that just as the East African Rift was splitting that continent, the submarine rift valley marked where the continents on either side of the Atlantic had pulled away from each other.

    “That’s why her map is so powerful,” says historian of geology David Spanagel of Worcester Polytechnic Institute in Worcester, Mass. “It allows people to see the bottom of the ocean as if it were a piece of land, and then reason about it. That’s a transformative thing that she’s able to accomplish.”

    National Geographic also took notice of the maps and invited Heezen and Tharp to collaborate on some ocean illustrations with the Austrian painter Heinrich Berann, who would become famous for his mountain panoramas. The gorgeous ocean-floor depictions were included as poster-sized supplements in issues of National Geographic magazine between 1967 and 1971. The magazine had a circulation of 6 million or 7 million at the time, giving a sizable swathe of the public a window into the ocean.

    In 1973, Heezen and Tharp received a grant from the U.S. Navy to work with Berann on a complete map of the world’s ocean floors. It took the trio four years to create their iconic cartographic masterpiece, an unparalleled, panoramic visualization that continues to shape how both scientists and the public think about the seafloor.

    The map was finished just weeks before Heezen died of a heart attack at age 53, while in a submarine exploring the mid-ocean ridge near Iceland. His death left Tharp without a source of funding and data, essentially ending her remarkable career. It would be decades before her contributions were fully recognized. But unlike many other unsung figures in the history of science, the accolades began rolling in before she died of cancer in 2006. During the last decade of her life, Tharp received prestigious awards from several institutions including Lamont — now known as the Lamont-Doherty Earth Observatory — and the Library of Congress, which named her one of the four greatest cartographers of the 20th century.

    “Can you imagine what heights she would have risen to in her profession,” says Tyner, “if she’d been a man?”

    Though hers was always the second name, after Heezen’s, on the maps they made, and doesn’t appear at all on many of the papers her work contributed to, Tharp never expressed any regrets about her path. “I thought I was lucky to have a job that was so interesting,” she recalled in 1999. “Establishing the rift valley and the mid-ocean ridge that went all the way around the world for 40,000 miles — that was something important… You can’t find anything bigger than that, at least on this planet.”

    Sign Up For the Latest from Science News

    Headlines and summaries of the latest Science News articles, delivered to your inbox


    Seafloor Maps Reveal Underwater Caves, Slopes—and Fault Lines

    To revist this article, visit My Profile, then View saved stories.

    To revist this article, visit My Profile, then View saved stories.

    Larry Mayer is headed out this week on a ship to explore the Channel Islands off the Southern California coast. Well, he’s actually exploring seafloor formations near the islands, looking for evidence that ancient peoples might have camped out in the caves as they migrated south some 15,000 years ago, a time when the sea level was 600 feet lower than today.

    To do that, Mayer and a team led by famed Titantic explorer Robert Ballard will be using a new type of technology to provide three-dimensional imagery of the caves, a kind of acoustic camera. The device uses existing multibeam sonar technology—which helped oceanographers scan the seafloor for the past 30 years—with improved resolution, computer processing speeds, and visualization software in one off-the-shelf package.

    “This device can now give you a picture-like view made with sound,” says Mayer, director of the Center for Coastal and Ocean Mapping at the University of New Hampshire. “The idea is to look for places that look like a beach and a cliff but are underwater. If there are sea caves there, that’s where these people would inhabit.”

    The researchers have made several previous trips to these formations, but on this trip they will examine them in greater detail with the new acoustic camera mounted on a new drone surface ship. Once they find the caves, they will send down a remote-operated vehicle called Hercules that has a high-definition video camera and robotic arms to grab samples.

    The mission is just one of many recently in which ocean scientists have deployed new seafloor mapping technology and advanced autonomous vehicles to uncover startling new information about the ocean bottom. There are discoveries like the underwater sea caves, deepwater coral formations off the East Coast, and new species of marine life clustered around hydrothermal vents spewing out methane and other chemicals from the Earth’s crust. The new mapping techniques are also revealing hazards like seafloor faults, volcanoes, or unstable underwater slopes that could generate deadly tsunamis near coastal cities.

    That’s what H. Gary Green and colleagues from the Canadian Geologic Service found during recent mapping of the Salish Sea, an inland waterway between the US mainland and Vancouver Island, British Columbia. They detected two active fault zones—one of them newly discovered—that could trigger rockfalls and slumps of sediment that might lead to tsunamis that could be directed toward the San Juan Islands and Bellingham, Washington.

    “You don’t want to scare the public, but it’s something that should be incorporated into any analysis for hazards,” says Greene, a marine geologist at the Moss Marine Laboratories in Moss Landing, California. Greene and colleagues explored the Salish Sea with multibeam sonar sensors attached to the bottom of the research ship and seismic sensors on a small torpedo-like instrument towed 100 feet off the seafloor. Their findings were reported in April at the annual meeting of the Seismological Society of America.

    Though the surface of Mars is some 34 million miles away, scientists know more about that planet’s surface than the bottom of Earth's own oceans. Many marine scientists hope that might change in the next decade, mainly by using more robots and fewer human-staffed ships. “What you have to do is take the ship out of the equation,” says Carl Kaiser, program manager at the Woods Hole Oceanographic Institution. Running a large research vessel costs from $25,000 to $60,000 per day, and research cruises can last up to six weeks for mid-ocean expeditions.

    Kaiser and members of his team are developing a shore-launched autonomous vehicle that could survey deeper waters of the US exclusive economic zone, a region that stretches 200 miles from the shoreline, at a lower cost and greater resolution than ship-based surveys. Better mapping means more information about all kinds of strange environments, such as the methane seeps that attract sea life to deep plumes of minerals. “In 2013, there was a paper that found there was one naturally occurring methane seep on the US East Coast,” Kaiser says. “Today the number is north of 800, just because we have learned how to look for them and map them.”


    Seafloor Mapping

    Phase-measuring sidescan sonar. Image showing bathymetry (submarine topography) overlaying backscatter imagery. Without bathymetric data this could have been misinterpreted as eelgrass growing northeastward into featureless seafloor. Eelgrass bed is being buried by southwestward migrating sand sheet.

    Bathymetry, by definition is the measurement of depth in a body of water, but is commonly referred to as the topography of underwater terrain. Until the 1920s water depth was measured by the lead and line method in which a lead weight attached to a line was dropped from the deck of a ship into the ocean. The weight would sink to the bottom and the length of the line was measured to get the water depth. Echo sounding devices, first developed in 1915, eventually replaced the lead and line method for the measurement of water depth. The term sonar was first used in WWII and comes from the acronym So und N avigation a nd R anging.

    Active sonar, used for the collection of bathymetric data, creates a pulse of sound, or ‘ping’, and then measures the angle and the return time of the echo to get depth soundings. A cross-track profile of the seafloor is generated from thousands of soundings per acoustic ping. Bathymetric maps are derived from the three-dimensional data associated with each sounding comprising a horizontal component (x, y), and depth (z).

    Along with bathymetry, the Cape Lab also collects sidescan sonar data. Sidescan sonar refers to paired conical-beam transducers that use sound to image the seafloor. By measuring the backscatter intensity (the sound signals returning to the transducer), objects can be identified along the seafloor. Different objects on the seafloor will either absorb (mud) or reflect (rocky material) the sound produced by the transducers, which is recorded as different intensities to create the image. We use an Edgetech 6205 Phase-Measuring Sidescan Sonar to collect coincident swath bathymetry and sidescan sonar imagery at high resolution. As a duel frequency sidescan sonar, it operates at both 550 khz and 1600 khz.

    Dual-Frequency Sidescan Sonar. The above images show the starboard channel of the same stretch of seafloor collected at 600 kHz (left) and 1600 kHz (right). Note the different bottom types in the higher frequency.


    Žiūrėti video įrašą: Lietuva žemėlapiuose 1-4 klasei.Dirba ir planšetėse (Rugsėjis 2021).