Mořské dno známe méně než cizí planety. Odhalí jeho tajemství nový sonar?

Článek si také můžete poslechnout v audioverzi.

Hluboké oceány – tedy s hloubkou přes 200 metrů – tvoří 66 % povrchu naší planety a život, jak jej známe, by bez nich nemohl existovat. Mimo jiné proto, že za 80 % veškerého kyslíku v atmosféře vděčíme mořským organismům.

Oceán jako celek poskytuje obživu pro pětinu lidstva a zaměstnává na 60 milionů lidí. Jeho celkové ekologické a další služby lidstvu jeden ekonomický odhad vyčísluje na zhruba 160 miliard dolarů ročně.

Přitom naše znalosti o tomto klíčovém prostředí stojí v řadě ohledů na překvapivě vratkých základech. Často se říká, že dna moří známe méně než povrch většiny planet Sluneční soustavy, ale ve skutečnosti je tento nepoměr v mnoha ohledech ještě větší, než byste čekali: Nedávná analýza v odborném časopise Science Advances odhaduje, že lidstvo dosud vizuálně prozkoumalo méně než 0,001 % hlubokomořského dna.

Základní problém je pochopitelně v tom, že dna oceánů nejde vidět tak dobře jako třeba povrch Měsíce nebo i vzdálenějších těles. Ale i přes tuto zcela pochopitelnou potíž – kterou se snad daří překonávat, jak ještě uvidíme – je až překvapivé, jak jednostranné a zkreslené naše znalosti jsou.

Plných 65 % všech vizuálních pozorování dna pochází z vod pouhých tří zemí: Spojených států, Japonska a Nového Zélandu. Drtivá většina průzkumu se tak logicky soustředí do exkluzivních ekonomických zón těchto bohatých zemí, zatímco obrovské oblasti v mezinárodních vodách zůstávají naprosto nepopsané.

Další zkreslení má co do činění s hloubkou. S rozvojem technologií a obecným pokrokem byste možná očekávali, že při průzkumu oceánů se budeme pouštět do stále větších a větších hloubek. Opak je ale pravdou.

Zatímco v 60. letech minulého století se více než polovina všech ponorů uskutečnila v hloubkách pod 2000 metrů, v dekádě mezi lety 2010 a 2019 to byla už jen čtvrtina. A to přesto, že celých 75 % rozlohy světového oceánu má hloubku mezi 2000 a 6000 metry. Místo toho, abychom prozkoumávali celý největší ekosystém planety, soustředíme se na jeho mělčí části.

Třetí zkreslení má co do činění se zajímavostí – alespoň tedy na pohled. Veřejnost i vědce přirozeně fascinují dramatické útvary. Náš průzkum se tak nepřiměřeně zaměřuje na místa, jako jsou podmořské kaňony, hory nebo hydrotermální průduchy. Tyto útvary jsou pozorovány násobně častěji, než odpovídá jejich skutečnému plošnému zastoupení. Naopak rozlehlé a na první pohled možná monotónní plošiny, které tvoří naprostou většinu mořského dna, do velké míry ignorujeme.

Extrémním příkladem tohoto zkreslení je podmořský kaňon Monterey u pobřeží Kalifornie. Na tomto jediném místě z různých příčin (atraktivita, dostupnost a fakt, že USA byly největším sponzorem tohoto druhu výzkumu) proběhla téměř polovina všech ponorů do podmořských kaňonů, které kdy lidstvo podniklo. O zbývajících 9000 kaňonech, o jejichž existenci jsme se dozvěděli z dálkového měření, nevíme ve srovnání s Monterey prakticky vůbec nic.

Objem našich znalostí se ale může v příštích letech rychle zvyšovat, především díky technologii syntetického aperturního sonaru (SAS). Pro průzkum dna představuje podobný skok, jaký znamenaly velké teleskopy pro astronomii.

Systémy SAS dnes nabízí obraz v centimetrovém rozlišení a výsledek mírou podrobností připomíná fotografii. Izraelští vědci nedávno použili technologii k průzkumu podmořského hřebene u pobřeží své země. Zmapování pěti kilometrů čtverečních trvalo na poměry oboru velmi krátkých šest hodin. „Můžete vidět, kde na jednotlivých kamenech rostou řasy,“ popsal pro časopis Science výsledek geolog Jizak Makovsky z univerzity v Haifě.

Na snímcích byl vidět každý kámen a každá prasklina na dně. Dokonce se dala rozeznat ústí podmořských chodeb vyhloubených živočichy. V oblasti odhalil průzkum oázu života – výrony plynů obklopené norami živočichů, „jezírka“ s extrémně slanou vodou u dna (je těžší než okolní, a tak se drží v prohlubních) a také líheň hlubokomořských žraloků. Nálezy pomohly v roce 2022 prosadit vyhlášení nové podmořské chráněné oblasti.

Tým vědců také tuto technologii využil v Severním moři k hledání vraků spojeneckých lodí, potopených po druhé světové válce i s nákladem bomb a sudů s yperitem. Během průzkumu oblasti našli 54 vraků, dokonce identifikovali jednotlivé barely rozeseté po dně, které by pro jiné sonarové systémy byly příliš malé.

Zjednodušeně si SAS můžeme představit jako obří akustickou kameru. Zatímco běžné sonary vysílají jeden široký zvukový paprsek a kreslí spíše hrubou mapu, SAS funguje jinak. Je to obdoba satelitního radaru (SAR), který dnes s vysokou přesností mapuje zemský povrch.

Základní princip sonaru je jednoduchý: Vyšle zvukový signál a naslouchá jeho ozvěně. U běžného sonaru závisí kvalita obrazu, především takzvané podélné rozlišení (schopnost rozlišit objekty vedle sebe ve směru pohybu), na frekvenci a délce fyzické antény. Platí zde kompromis: Vyšší frekvence znamená lepší rozlišení, ale zvuk se rychleji utlumí a má kratší dosah.

SAS tento problém obchází. Nosič sonaru (obvykle podmořský dron) se pohybuje vpřed a opakovaně vysílá signály tak, aby jedna a tatáž oblast na dně byla zasažena mnohokrát z mírně odlišných úhlů. Software všechna jednotlivá měření poskládá dohromady, jako by pocházela z jediné obrovské virtuální antény – takzvané syntetické apertury.

Zkuste si to představit tak, že chcete z velké dálky přečíst nápis na ceduli. Běžným dalekohledem (ekvivalentem klasického sonaru) by byl obraz při velkém přiblížení neostrý. SAS je naproti tomu jako fotograf, který pořídí desítky snímků z mírně odlišných pozic a následně je v počítači složí do jediné, dokonale ostré fotografie. Právě tento princip – vytvoření velkého virtuálního senzoru z mnoha malých měření – je jádrem technologie.

Díky tomu má SAS jednu zásadní výhodu: Jeho podélné rozlišení je prakticky nezávislé na vzdálenosti od cíle. Objekt ve vzdálenosti 300 metrů je na výsledném obraze stejně ostrý jako objekt vzdálený 50 metrů. To je u klasického sonaru, jehož rozlišení s rostoucí vzdáleností klesá, nemyslitelné.

Kořeny technologie SAS sahají, podobně jako u jejího radarového protějšku, do doby studené války. Armády potřebovaly nástroj, který by dokázal z bezpečné vzdálenosti odhalit malé objekty, jako jsou námořní miny. Po desítkách let vývoje se technologie stala dostatečně robustní pro komerční nasazení.

Vytvoření takto přesného obrazu klade obrovské nároky na navigaci. Systém musí znát polohu senzoru s milimetrovou přesností. Další výzvou je obrovský objem dat (běžně 60–90 GB za hodinu) a nutnost komplexního zpracování, které vyžaduje výkonné počítače. SAS tedy neposkytuje obraz v reálném čase, jeho výsledky jsou však o řád kvalitnější.

Jak to také u novinek bývá, technologie je v současné době velmi nákladná. Samotné zařízení a podmořský dron mohou stát několik milionů dolarů. K tomu je potřeba připočítat náklady na loď, posádku a specialisty. Prvními, kdo si ji osvojí ve velkém, tak budou zřejmě těžařské společnosti a dobře financovaní lovci vraků.

Pokles ceny je nevyhnutelný, ale bude spíše postupný. Samotná technologie v každém případě problém neprozkoumaného mořského dna nevyřeší. Pokud ji budeme používat jen k tomu, abychom se znovu a znovu vraceli na ta samá, dobře známá místa, náš obraz světa se příliš nezmění.

V plné verzi newsletteru TechMIX toho najdete ještě mnohem víc. Přihlaste se k odběru a budete ho dostávat každou středu přímo do své e-mailové schránky.