Plaża to nie pustynia. To doskonały biologiczny filtr, zamieszkany przez wiele organizmów. To darmowa ekologiczna pralnia, przez której porowatą strukturę przesączają się hektolitry wody.

NAUKA POD ŻAGLAMI

Artur Wolski

Nie każdy instytut naukowy może pochwalić się pływającym laboratorium. Żaglowy statek badawczy r/v „Oceania”, zbudowany w Stoczni Gdańskiej w 1985 według projektu inżyniera Zygmunta Chorenia, jest dumą Instytutu Oceanologii PAN w Sopocie. Przystępując do budowy statku, wybrano koncepcję nowoczesnego żaglowca z hydraulicznym systemem operowania żaglami, by zapewnić niedużej jednostce maksymalny zasięg i wysoką ekonomikę eksploatacji. Nazwę statku zaproponował profesor chemii morza Leonard Falkowski. Każdego roku „Oceania” przebywa 230−250 dni w morzu, realizując trzymiesięczną ekspedycję badawczą na morza północne i Spitsbergen (czerwiec – sierpień) oraz kilkanaście rejsów bałtyckich.

Wlewy i przepływy

W czasie tych wypraw prowadzone są prawie wszystkie tematy badawcze i programy międzynarodowe Instytutu. Jednym z nich jest obserwacja wlewów do Bałtyku z Morza Północnego. Polacy, Niemcy, Szwedzi i Duńczycy obserwują i opisują to zjawisko, tak istotne dla funkcjonowania i zrozumienia ekosystemu polskiego morza. Bałtyk przypomina słonawe, półzamknięte jezioro. Gdyby nie wlewy, udusiłby się sam sobą, a nieregularne dostawy obcej, natlenionej wody co parę lat ratują morze od śmierci. Niestety, to trudny i kapryśny przedmiot badawczy, porównywany do przepowiadania pogody. Przejście takiej fali trwa nawet kilka miesięcy. Miliony ton zasolonej i ciężkiej wody przelewają się po dnie morza. Każde państwo dokładnie monitoruje na swoim terenie przebieg tego procesu. Dzięki temu można uzyskać wiele ciekawych i istotnych informacji na temat produktywności morza, jego natlenienia i temperatury oraz rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń.

„Oceania” pozwala też na penetracje wód pozabałtyckich. Ciekawym rejonem badań jest sektor północnego Atlantyku, od Islandii po Spitsbergen. Jego obserwacja pozwala wzbogacić wiedzę o umiejętności modelowania i interpretacji klimatu Europy i północnej półkuli. Co się tam dzieje? Ciepła woda z Atlantyku spotyka się z zimnym powietrzem. Wiosną woda ma około +6° C i wpływa w obszar powietrza o temperaturze około −20°. Wtedy ciepło gwałtownie ucieka z wody do atmosfery, tworząc masy wilgotnego, ciepłego powietrza na północnym Atlantyku. Te masy przesuwane są ku wybrzeżom Europy i dlatego stary kontynent ma temperaturę wyższą o około 10° od tej, jaka by mu się należała. Gdyby nie było tego zjawiska, Europa miałaby pogodę i klimat o wiele chłodniejszy. Klimat zależny od układu prądów morskich nie jest stałą wartością i zmieniał się w historii. To proces długofalowy i dynamiczny, czego dowodzą prowadzone przez naukowców obserwacje.

Jesteśmy uczestnikami europejskiego programu oceny przepływu wody z Atlantyku do Arktyki. Na statku w czasie rejsu muszą pomieścić się specjaliści z wielu dziedzin: fizycy, chemicy, biolodzy, ekolodzy od planktonu i bentosu, czyli tego, co żyje na dnie, a nawet ornitolodzy, bo bytowanie wielu gatunków ptaków skorelowane jest z określonym miejscem i pogodą. W Zakładzie Ekologii Morza, którego kierownikiem jest prof. Jan Marcin Węsławski, prowadzi się badania bioróżnorodności w morzu związane z klimatem i jego zmianami, bada się struktury i populacje organizmów w Bałtyku, morzach Arktyki i morzach tropikalnych. W Zakładzie Chemii wykorzystuje się markery chemiczne i biologiczne do badań procesów zachodzących w środowisku morskim. Oddziaływania morza i atmosfery, zaobserwowane na „Oceanii”, pozwalają skrystalizować wiedzę w praktyczną teorię. Dokonują tego specjaliści z Zakładu Dynamiki Morza, interpretując takie zjawiska, jak: wymiana aerozolowa masy i ciepła, przenoszenie masy i energii w morzu, turbulencja i cyrkulacja wód, rozkład temperatur, zasoleń i gęstości. Sporządzają właściwe do badanych procesów modele matematyczne. Dzięki tej wiedzy i wykorzystaniu badań pokrewnych istnieje możliwość zapobieżenia tragediom.

Wyścig z tsunami

Przypomnijmy katastrofalne trzęsienie ziemi, które 26 grudnia 2004 nawiedziło Azję Południowo−Wschodnią. Miało siłę 9 stopni w skali Richtera. Analiza zdjęć, wykonanych przez satelitę JASON dwie godziny po serii drgań dna morskiego w pobliżu Sumatry, pokazała, że powstały w wyniku wstrząsów uskok tektoniczny osiągnął 1200 kilometrów długości. Skorupa ziemska, która pod dnem morskim pękała z prędkością 2,5 kilometra na sekundę, wygenerowała falę tsunami o wysokości około 1−1,5 metra. Po kilkunastu godzinach fala dotarła do większości wybrzeży Oceanu Indyjskiego i uległa spiętrzeniu w zetknięciu z lądem, osiągając w wielu miejscach 9 metrów wysokości. Dla 300 tysięcy ludzi w Indonezji, Tajlandii, Indiach i Sri Lance, których w porę nie ostrzeżono, był to wyrok śmierci. Nikt nie spodziewał się tak wielkich rozmiarów katastrofy. Można jednak było je znacznie zmniejszyć, gdyby udało się w porę ostrzec ludzi o grożącym niebezpieczeństwie. Od zarejestrowania trzęsienia do chwili uderzenia fali tsunami w ląd, było dość czasu na ewakuację. Niestety, w tym rejonie świata takiego systemu ostrzegania zabrakło – twierdzą Witold Szczuciński i Grzegorz Rachlewicz z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, którzy jako jedyni Polacy rozpoczęli badania jednego z miejsc katastrofy miesiąc po jej wystąpieniu.

Dr Witold Szczuciński z Instytutu Geologii UAM, zajmujący się geologią morza, zwłaszcza rejonów Azji Południowo−Wschodniej i Arktyki, oraz dr Grzegorz Rachlewicz z Instytutu Paleogeografii i Geoekologii UAM, specjalizujący się w geomorfologii i wykorzystaniu technik geodezji satelitarnej DGPS, dzięki inicjatywie rektora UAM, przy współpracy ambasadora RP w Tajlandii, uzyskali możliwość włączenia się do uruchomionego na początku 2005 międzynarodowego programu (Post Tsunami Coordination Framework – Taskforce II – Geohazard Management), skoncentrowanego na inwentaryzacji skutków tsunami na wybranych wybrzeżach Oceanu Indyjskiego. Stan na dziś jest taki, że stronie tajskiej zostały przedłożone dwa raporty: pierwszy oparty na badaniach terenowych i drugi – na badaniach analitycznych (analizy chemiczne, sedymentologiczne, biologiczne). Polska zaproponowała stronie tajskiej rozszerzenie współpracy, w którą, poza poznańskim UAM, są zaangażowane: Instytut Oceanologii PAN w Sopocie oraz Instytut Geofizyki UW i Instytut Geofizyki PAN w Warszawie.

Trzęsień ziemi i fal tsunami nie można uniknąć. Można się jednak przed nimi bronić, podejmując działania prowadzące do minimalizacji ewentualnych strat, m.in. budując systemy wczesnego ostrzegania przed zagrożeniem. Od wielu lat taki system, o nazwie DART, działa w dobrze zdiagnozowanym basenie Pacyfiku (umieszczone na dnie morskim boje informują satelity o wszelkich zmianach ciśnienia znajdującego się nad nimi słupa wody). W rejonie Oceanu Indyjskiego takiego rozwiązania zabrakło.

Powróćmy jednak do Sopotu. Okazuje się, że wdzięcznym tematem badań są akustyczne i optyczne właściwości środowiska morskiego. Bada się i modeluje matematycznie dopływy energii słonecznej do toni morskiej, podwodne pola światła i dźwięku w morzu oraz oddziaływanie tych pól na biosferę morską.

Pralnia i filtr

Zaskakujące są wyniki obserwacji i badań plaż. Okazało się, że nie sprawdziły się poglądy geologów co do nieaktywnego chemicznie, kwarcowego piasku zalegającego na płyciznach Bałtyku. Dla wielu biologów plaże i piaszczyste płycizny były pustynią – „tu nie ma co badać, skoro na piasku nic nie rośnie i nic w nim nie żyje”. Dopiero wspólne badania z Niemcami wykazały, że nic bardziej błędnego. Plaża to nie pustynia. To doskonały biologiczny filtr, zamieszkany przez wiele organizmów. To darmowa ekologiczna pralnia, przez której porowatą strukturę przesączają się hektolitry wody. Na dnie mulistym taki proces zachodzi wyjątkowo opornie i wolno. Tu, dzięki sporym przestrzeniom między cząsteczkami piasku i ciągłym ruchom zasysania i pompowania, woda wlewa się do głębokich warstw piachu. A woda jest natleniona i zapewnia mikroorganizmom doskonałe warunki do życia na głębokości do 1 metra (w mule – do kilku centymetrów). Brudna, zanieczyszczona woda wsiąka w piasek plaży, jak w gąbkę, filtruje się przy pomocy żyjących mikroorganizmów i wpływa oczyszczona ponownie do morza.

Modelowaniem dynamiki przepływu wód zajmuje się prof. Stanisław Massel, dyrektor Instytutu Oceanologii PAN. Ten rodzaj badań charakteryzuje się jeszcze dodatkowym atutem. Jest wyjątkowo tani. Wystarczy badaczowi łopatka, wiaderko i komputer. Może też spełniać rolę edukacyjną. Plaża staje się wielką salą lekcyjną. Zaprzyjaźnione szkoły razem z uczonymi przekopują plażę w poszukiwaniu ginących gatunków, na przykład skorupiaka zmieraczka, popularnie zwanego pchłą piaskową. We wrześniu, przy ładnej pogodzie, setki młodych poszukiwaczy wiedzy kopały dołki na plażach od Władysławowa do Helu w poszukiwaniu zmieraczka. Każdy znaleziony okaz był odnotowany i zapisany w dzienniku badawczym. To wielka pomoc w ustalaniu wielkości zachowanej populacji, bo który profesor wykopałby 2,5 tysiąca dołków jednego dnia?

Morze to także fascynujący teren obserwacji współżycia oraz rywalizacji wielu zwierząt ze sobą. Zakład Genetyki i Biotechnologii bada zjawiska występujące tylko w Bałtyku. Na przykład omółki (małże) mają odmienny od innych organizmów system dziedziczenia mitochondrialnego DNA. Inne organizmy dziedziczą po obojgu rodzicach, a omółki tylko po ojcu. Dlaczego? Nadal pozostaje to zagadką. Dziś badania morza są popularyzowane przez znane i cenione ośrodki światowe. Ich wartość oceniana jest jako misja cywilizacyjna ludzkości. Polska czynnie uczestniczy w tych programach i sponsorowanych przez Unię Europejską tak zwanych sieciach doskonałości, czyli konsorcjach najlepszych europejskich instytutów badawczych z danej dziedziny. W naukach o morzu IO PAN został zakwalifikowany do trzech sieci doskonałości UE: różnorodności biologicznej, genomiki oraz związków klimatu z oceanem i obiegiem węgla.

Równocześnie trwają intensywne przygotowania do wielkiego skoordynowanego programu naukowego państw bałtyckich European Research Area BONUS, w którym polskie instytuty badawcze (a w szczególności IO PAN, Uniwersytet Gdański i Morski Instytut Rybacki) odegrały ważną rolę koordynatora i inicjatora nowych projektów.