바다는 지구에서 가장 크고 거칠고 가장 잘 이해되는 부분입니다. 그러나 우리는 새롭고 독창적 인 방식으로 깊이를 훼손하는 다양한 기술 덕분에 매일 더 잘 알게됩니다.
일부 연구자들은 바다에서 물건을 사로 잡아 실험실로 옮기고 자세히 연구하고 있습니다. 다른 사람들은 새로운 센서와 장치로 바다를 조작하거나 알고리즘으로 조사하고 있습니다. 이러한 접근 방식은 함께 바다의 내부 작업을 해독하는 것이 더 중요하지 않은시기에 수중 세계에 대한 새로운 견해를 제공합니다.
.산호초에서 깊은 거주 젤리에 이르기까지 바다의 살아있는 주민들은 그 어느 때보 다 인간의 활동으로 인해 더 큰 위협에 처해 있습니다. 바다는 오염되고 과도하게 다가오고, 해양 서식지가 파괴되고 있으며, 심해 광업과 같은 새로운 영향이 빠르게 다가오고 있습니다.
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또한 지구상의 남은 생애 동안 바다가 얼마나 중요한지가 점점 더 분명 해지고 있습니다. 이 거대한 변화하는 물은 날씨와 기후 시스템에서 중요한 역할을하고 전 세계 인간 인구를위한 음식과 생계를 제공하며, 알려지지 않은 생물 다양성의 위대한 뭉치가 있습니다. 이 행성의 생명을 이해하고 보호하기 위해서는 바다를 바라보아야합니다.
가상 e-Reef Builders
얼마 전, 해양 생물 학자들이 Coral Reefs를 연구 한 주요 방법은 한 번에 한 시간 정도 스쿠버 다이빙을하고 방수 슬레이트에서 본 것을 기록하는 것이 었습니다. 이제 한 번의 다이빙 중에, 그들은 암초의 복잡한 3 차원 전망으로 함께 꿰매어 줄 수있는 사진을 찍을 수 있습니다.
.UC San Diego의 Scripps Oceanography의 해양 생물학자인 Stuart Sandin 교수는“수중 가상 현실입니다. "그것은 당신이 몰입하는 것처럼 느끼게합니다."
2 개의 카메라가 다른 각도로 조작 된 시스템을 사용하여 다이버는 마치‘잔디밭을 깎는’것처럼 암초를 위아래로 수영합니다. 표준 10 x 10m 플롯에서 찍은 약 3,000 개의 이미지는 '모션 구조'로 알려진 기술을 사용하여 컴퓨터로 분석됩니다.
10 x 10m 플롯의 결과는 10 억 개의 색상의 도트로 구성된 3 차원 디지털 모델입니다.
컴퓨터 과학자 및 엔지니어 팀과 협력하여 Sandin이 몇 년이 걸렸던이 기술은 현재 전 세계에서 출시되고 있습니다.
지금까지 30 헥타르의 암초가 1 밀리미터의 해상도로 수십 개의 도시 블록과 동등한 매핑되었습니다. 놀라운 수중 경치를 생산하는 것 외에도 모든 종류의 귀중한 정보를 이러한 e-reefs에서 추출 할 수 있습니다.
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보스턴 대학교 (Boston University)에서 학부생 연구원 인 코레타 그랜 베리 (Coretta Granberry)는 디지털 태블릿에서 개별 산호의 윤곽선을 세 심하게 흔적으로하여 지역을 계산하고 시간이 지남에 따라 비교할 수 있습니다. "당신은 암초의 매우 상세하고 친밀한 이미지와 모든 것이 어떻게 연결되어 있는지를 얻습니다."라고 그녀는 말합니다.
.그녀가 연구하는 산호는 태평양 한가운데의 피닉스 제도에서 수천 마일 떨어진 곳에 자라고 있습니다. 그녀의 교수 인 Randi Rotjan 박사는이 매우 먼 외초로 3 ~ 5 년마다 원정대를 이끌고 있습니다. Rotjan은“저기서 가장 가까운 사람들은 국제 우주 정거장에 있습니다.
이 고립되고 보호 된 섬은 암초가 해수 온도 상승에 어떻게 반응하는지 보여줍니다. "현지에서 암초를 내버려두면 글로벌 변화가 유일한 스트레스 요인 일 때 어떻게 생겼습니까?" Rotjan이라고 말합니다.
2012 년과 2015 년에 같은 음모에서 찍은 이미지로 무장 한 Granberry와 그녀의 동료들은 Phoenix Islands의 개별 산호가 어떻게 변하는 지 추적하여 다른 무언가에 의해 축소, 자라거나 자란 것인지 확인합니다.
Time Capsules로서, E-Reefs는 미래의 과학자들이 시계를 되살리고 아무도 예상 할 수없는 새로운 질문에 대답 할 수있게 해줄 것입니다. Sandin은“본질적으로 4 차원으로 탐험하고 있습니다
E-Reefs는 또한 암초의 모습을 보여주는 강력한 도구입니다. Sandin은“가장 노련한 과학자, 정치인, 지역 사회 지도자, 아이에 이르기까지 모든 사람의 눈이 빛나는 것을 지켜보십시오.
이것은 보존 노력을 운전 한 키리 바티 지역 사람들이 거대한 군도를 가로 지르는 암초를 방문하기에는 너무 멀리 살고있는 피닉스 제도 보호 지역에서 특히 중요합니다. Rotjan은“e-reefs는 국가의 사람들이 자신이 보호하고있는 것을 보여주는 메커니즘이되었습니다.
기후 변화 예측 자
스코틀랜드, 그린란드 및 캐나다 동부 해안 사이에 수중 센서가 3,000km 이상 뻗어 있습니다. 영국 국립 해양학 센터의 페니 홀데이 교수는 배열을 피켓 울타리로 묘사합니다.
그녀는 2014 년에 58 개의 센서를 설치 한 Subpolar North Atlantic Program의 전복 인 Osnap의 영국 교장 수사관입니다. 각 센서는 바다 표면 근처에있는 거대한 공기로 채워진 공으로 구성됩니다.
.공은 계류 선을 통해 수천 미터 아래 해저에 고정되어 있습니다. 공의 부력은 계류선을 똑바로 유지하며, 선 길이는 수온과 염분을 측정하는 다양한 도구뿐만 아니라 과거 흐르는 전류의 속도와 방향입니다. 목표는 북대서양 전역에서 시계 방향으로 소용돌이 치는 따뜻한 물의 대규모 전류 인 하위 곡물 기이를 모니터링하는 것입니다.
Gyre는 영국과 유럽으로 흐르는 대기로의 열을 방출합니다. Holliday는“이것이 우리를 따뜻하게 유지하는 것입니다. 우리는 영국이나 유럽의 온도를 캐나다에서 동일한 위도와 비교 하여이 효과를 볼 수 있습니다. 차이는 대규모 해양 순환으로 우리에게 가져온 열로 인해 발생합니다.
대서양의 하위 극성기는 '전복 순환'이라는 글로벌 프로세스의 일부입니다. 이것은 따뜻하고 얕은 바닷물이 열대에서 극을 향한 기둥으로 흐르는 과정입니다. 점차 식히고 밀도가 높아져 가라 앉은 다음 열대쪽으로 다시 흐릅니다.
기후 모델에서 핵심적인 역할을하며 지구 주변에 열과 탄소를 분배하지만 북대서양에서는 잘 이해되지 않습니다. 배열이 설치 될 때까지 과학자들은 전복 순환 이이 위도에 얼마나 강한 지, 시간이 지남에 따라 어떻게 변했는지 전혀 몰랐습니다.
처음 몇 년간의 데이터에서 Holliday와 그녀의 팀은이를 처리하기 시작했습니다. "[첫 번째] 숫자를 얻는 것만으로도 큰 진전처럼 느껴집니다."라고 그녀는 말합니다. "우리가 찾은 흥미로운 것은 그것이 얼마나 가변적인지입니다."
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그들은 또한 전복 순환의 가장 중요한 장소가 래브라도 해의 캐나다와 그린란드 사이에 있다고 가정하면서 잘못되었다는 것을 깨달았습니다. 실제로 행동의 중심은 그린란드와 스코틀랜드 사이에 있습니다. "이것은 그다지 흥미롭지 않지만 기후 모델을 해석하는 방식과 기후 변화에 대한 예측에 중요합니다."라고 그녀는 말합니다.
.OSNAP 배열은 2024 년까지 기존 기후 변화 예측에 대한 신뢰를 높이기 위해 최소 2024 년까지 제자리에 유지됩니다. Holliday의 팀은 또한 산소 수준을 측정하기 위해 새로운 장치를 볼링하고 있습니다.
그녀는“현재 세계의 큰 질문 중 하나는 바다와 일부 선반 바다가 산소를 잃고 있는지에 대한 문제입니다. "우리는 추가 정보를 얻기 위해 다른 목적을 위해 설계된이 배열을 구축 할 수 있습니다. 정말 흥미 롭습니다."
.심해 큐레이터
심해를 떠 다니는 것은 연구하기가 매우 어려운 복잡한 젤라틴 동물입니다. 그들은 투명하고 너무 섬세하여 그물에 걸릴 때 쉽게 무너집니다. 그러나 이제 캘리포니아의 MBARI (Monterey Bay Aquarium Research Institute)의 팀이 새로운 방법을 개발했습니다.
Mbari의 주요 엔지니어 인 Kakani Katija 박사는 DeepPIV (입자 이미징 속도)를 설계했습니다. 딥 다이빙 로봇에 부착 된이 장치는 레이저 시트를 사용하여 자연 환경에서 투명하고 복잡한 동물의 3D 스캔을 구축합니다.
Katija의 첫 번째 대상은 10cm 길이의 올드 폴 같은 동물이었으며 거대한 유충과 같은 동물은 복잡한 점막 구조를 만들어 작은 식품 입자 용 해수를 여과합니다. 동물의 주먹 크기의 필터는 한 쌍의 플루트 천사 날개처럼 보입니다. Katija는“엔지니어링의 관점에서 볼 때 이것은 내가 본 것 중 가장 놀라운 건축 구조 중 일부입니다.
Mbari 's Bioinspiration Lab의 그녀의 팀은 DeepPiv를 사용하여 유충 필터의 내부 모양을 스캔했으며 동물이 꼬리를 이기고 물에 뽑아서 입자를 추적했습니다. 이 정보는 필터의 작동 방식과 동물이 어떻게 건설하는지 파악하는 데 도움이됩니다.
이미 DeepPiv는 유충이 시간당 80 리터의 물을 여과하고 탄소가 풍부한 음식을 흡수한다는 것을 밝혀 냈습니다. 그들이 막히면, 유충은 필터를 제조 한 다음 바다가 탄소를 깊이 들어가도록 도와줍니다. 사실, 유충은 바다 전체에 너무 풍부하여 탄소 사이클에서 중요한 역할을합니다.
다른 연구자들은 바다를 탐험하는 방법을 다시 생각하는 사람들을 포함하여 DeepPIV를 사용하는 데 관심이 있습니다. Katija는“DNA 추출과 결합 된이 3D 시각화 기술은 수명을 설명하고 카탈로그로 만들기에 충분할 수 있습니다. 
미래에, 죽은 동물 표본을 수집하고 보존하기보다는 섬세하고 젤라틴 생명체에 특히 까다로운 박물관은 3D 스캔을 디지털 아카이브로 사용할 수 있으며 이전에 알려지지 않은 종을 설명하고 광대 한 심해의 생명을 문서화 할 수 있습니다.
.검색 및 구조
누군가가 바다에서 실종되면, 수색 및 구조 계획은 일반적으로 날씨, 전류 및 물 조건에 대한 데이터를 사용하여 궤적을 예측합니다. 문제는 예측 된 경로가 실제로 바다에서 일어나는 일에서 먼 길을 차지할 때까지 오류가 빠르게 축적 될 수 있다는 것입니다.
.새로운 알고리즘은 자신의 궤적이 아니라 어디로 갈지 예측함으로써 사람들을 찾을 가능성을 향상시킬 수 있습니다. 알고리즘은 해류, 파도 및 지표 바람의 강도와 방향을 분석하고 실시간으로 식별합니다. 트랩 (일시적 유인 프로파일)이라고 불리는 바다의 영역은 수렴 될 가능성이 있습니다.
현재 하버드의 슈미트 과학 연구원 인 Mattia Serra 박사는 ETH 취리히의 George Haller 교수와 박사 과정에서 알고리즘을 개발했습니다. 그는 자석이 계속 튀어 나와 사라지고 움직이는 테이블에 함정을 비유합니다.
"그런 다음 테이블에 동전을 던지십시오"라고 그는 말합니다. "동전의 궤적은이 모든 자석의 영향을 느끼기 때문에 매우 혼란 스럽습니다." 테이블은 바다 표면, 자석은 함정이고 동전은 표류하는 사람입니다.
테스트 중에 알고리즘은 매사추세츠 해안의 난류 해에서 잘 작동하는 것으로 밝혀졌습니다. MIT 교수 Thomas Peacock이 이끄는이 팀은 현지 조건의 스냅 샷을 사용하여 바다의 행동을 모델링하고 함정이 형성 될 수있는 곳을 찾습니다.
그런 다음 검색 및 구조 임무를 시뮬레이션하여 부표와 마네킹을 바다로 캐스팅하여 각 GPS 추적기를 운반했습니다. 예측 된 바와 같이, 물체는 식별 된 트랩을 향해 표류했다.
Serra와 그의 동료들은 이제 검색 및 구조 작업에서 알고리즘을 사용하여 미국 해안 가드의 가능성에 대해 논의하고 있습니다. 알고리즘은 오일 유출의 움직임을보다 정확하게 예측하는 데 사용될 수 있습니다.
미세 유체 검출기
바다에서 플라스틱 오염 문제가 증가하는 문제를 해결하려면 플라스틱이 어디에 있는지, 어디에서 움직이는 지, 특히 미세 플라스틱의 희미성을 아는 것이 중요합니다. 이 작은 플라스틱 입자는 크기가 5mm보다 작고 찾기가 어려울 수 있습니다.
일본 해양 지구 과학 기술 (JAMSTEC)의 일본 기관의 박사후 연구원 인 Tomoko Takahashi 박사는“현재 심해에서 입자 분포를 알고 싶다면 샘플을 샘플링해야합니다.
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네트 나 물병을 사용하여 시간이 걸리며, 선박으로 끌어와 실험실 분석을 위해 보내야합니다. 사우 샘프 턴 대학교, 애버딘 대학교, JAMSTEC 및 도쿄 대학의 연구원들은 곧 과정을 자동화하고 플라스틱을 모니터링 할 수있는 프로토 타입 입자 탐지기를 개발하고 있습니다.
그들의 장치는 20cm 챔버로 구성되어 해수가 흐릅니다. 챔버에는 단일 레이저가 포함되어 있으며 입자가 존재하면 레이저 표시등이 산란하여 고해상도 홀로그램 이미지를 만듭니다. 이것은 플라스틱 또는 플랑크톤 등 입자를 식별하는 데 도움이 될 수 있습니다.
동일한 레이저는 또한 라만 분광법이라는 방법을 사용하여 입자의 화학적 구성을 분석합니다. 테스트 에서이 장치는 폴리스티렌과 아크릴의 3mm 펠릿을 성공적으로 구별했습니다.
팀의 궁극적 인 목표는 바다를 지속적으로 모니터링 할 수있는 완전 자동화 된 장치를 생산하는 것입니다. 해양 수집 데이터 주위를 순항하는 부유물이나 글라이더에 고정 된 입자 탐지기는 한 번에 몇 달, 몇 년 동안 배치되어 플라스틱 및 기타 입자의 유형과 풍부에 대한 정보를 바다를 통해 전개 할 수 있습니다.
- 이 기사는 BBC Science Focus Magazine의 353 호에 처음 등장했습니다. - 여기에서 구독하는 방법을 알아보십시오
