OCEANOGRAFIE: GESCHIEDENIS, VAKGEBIED, BRANCHES EN ONDERZOEK - WETENSCHAP - 2025

De oceanografie is de wetenschap die de oceanen en zeeën bestudeert in hun fysische, chemische, geologische en biologische. Kennis van de oceanen en zeeën is essentieel, omdat volgens aanvaarde theorieën de zeeën het centrum van oorsprong van het leven op aarde zijn.

Het woord oceanografie komt van het Griekse okeanos (water dat de aarde omringt) en graphein (beschrijven), en werd bedacht in 1584. Het wordt gebruikt als synoniem oceanologie (studie van watermassa's), voor het eerst gebruikt in 1864.

Oceanografisch vaartuig en autonoom voertuig, in Lorne, Schotland. Bron: StifynTonna, van Wikimedia Commons

Het begon zich te ontwikkelen vanuit het oude Griekenland met de werken van Aristoteles. Later, in de 17e eeuw, voerde Isaac Newton de eerste oceanografische studies uit. Uit deze studies hebben verschillende onderzoekers een belangrijke bijdrage geleverd aan de ontwikkeling van oceanografie.

Oceanografie is onderverdeeld in vier hoofdtakken: natuurkunde, scheikunde, geologie en mariene biologie. Alles bij elkaar stellen deze studietakken ons in staat om de complexiteit van de oceanen uitgebreid aan te pakken.

Het meest recente onderzoek in oceanografie heeft zich gericht op de effecten van wereldwijde klimaatverandering op de dynamiek van de oceanen. Evenzo was de studie van ecosystemen die aanwezig zijn in mariene loopgraven van belang.

Geschiedenis

Het begin

Vanaf het allereerste begin heeft de mens een relatie gehad met de zeeën en oceanen. Zijn eerste benaderingen om de mariene wereld te begrijpen waren praktisch en utilitair, aangezien het een bron van voedsel en communicatiekanalen was.

De matrozen waren geïnteresseerd in het vaststellen van de zeeroutes door middel van het opstellen van navigatiekaarten. Evenzo was het in het begin van de oceanografie van groot belang om de beweging van zeestromingen te kennen.

Op biologisch gebied beschreef de filosoof Aristoteles al in het oude Griekenland 180 soorten zeedieren.

Enkele van de eerste oceanografische theoretische studies zijn te danken aan Newton (1687) en Laplace (1775), die het getij bestudeerden. Evenzo deden zeevaarders zoals Cook en Vancouver aan het einde van de 18e eeuw belangrijke wetenschappelijke waarnemingen.

XIX eeuw

De vader van de biologische oceanografie wordt beschouwd als de Britse natuuronderzoeker Edward Forbes (1815-1854). Deze auteur was de eerste die onderzoek deed naar mariene biota op verschillende diepten. Zo kon ik vaststellen dat de organismen op deze niveaus anders waren verdeeld.

Veel andere wetenschappers van die tijd hebben een belangrijke bijdrage geleverd aan de oceanografie. Onder hen was Charles Darwin de eerste die uitlegde hoe de atollen (eilanden van de koraalzee) ontstonden, terwijl Benjamin Franklin en Louis Antoine de Bougainville bijdroegen aan de kennis van de zeestromingen van respectievelijk de Noord- en Zuid-Atlantische Oceaan.

Mathew Fontaine Maury was een Noord-Amerikaanse wetenschapper die wordt beschouwd als de vader van de fysische oceanografie. Deze onderzoeker was de eerste die systematisch grootschalige oceaangegevens verzamelde. Hun gegevens werden voornamelijk verkregen uit scheepsnavigatierecords.

Mathew Fontaine. Bron: Maury Brendann, via Wikimedia Commons

In deze periode werden er maritieme expedities georganiseerd voor wetenschappelijke doeleinden. De eerste hiervan was die van het Engelse schip HMS Challenger, geleid door de Schot Charles Wyville Thomson. Dit schip voer van 1872 tot 1876, en de resultaten die erin zijn behaald zijn vervat in een werk van 50 delen.

Twintigste eeuw

Tijdens de Tweede Wereldoorlog had oceanografie een grote toepasbaarheid om de mobilisatie van vloten en landingen te plannen. Van daaruit kwam onder meer onderzoek naar golfdynamica, geluidsvoortplanting in water, kustmorfologie.

In 1957 werd het Internationaal Geofysisch Jaar gevierd, dat van grote betekenis was voor het promoten van oceanografisch onderzoek. Dit evenement was doorslaggevend bij het bevorderen van internationale samenwerking bij het uitvoeren van oceanografisch onderzoek wereldwijd.

Als onderdeel van deze samenwerking werd in 1960 een gezamenlijke onderzeese expeditie uitgevoerd tussen Zwitserland en de Verenigde Staten; de bathyscaaf (klein diepduikend vaartuig) Trieste bereikte een diepte van 10.916 meter in de Mariana Trench.

Bathyscaaf Triëst. Bron: zie pagina voor auteur, via Wikimedia Commons.

Een andere belangrijke onderwaterexpeditie werd in 1977 uitgevoerd met de Amerikaanse onderzeeboot Alvin. Deze expeditie maakte het mogelijk om diepzee hydrothermale weiden te ontdekken en te bestuderen.

Ten slotte is het de moeite waard om de rol van commandant Jacques-Yves Cousteau in de kennis en verspreiding van oceanografie te benadrukken. Cousteau leidde jarenlang het Franse oceanografische schip Calypso, waar talloze oceanografische expedities werden uitgevoerd. Evenzo werden op het informatieve gebied verschillende documentaires gefilmd die deel uitmaakten van de serie die bekend staat als The Underwater World van Jacques Cousteau.

Studierichting

Het studiegebied van oceanografie omvat alle aspecten van de oceanen en zeeën van de wereld, inclusief kustgebieden.

De oceanen en zeeën zijn fysisch-chemische omgevingen met een grote diversiteit aan leven. Ze vertegenwoordigen een aquatische omgeving die ongeveer 70% van het aardoppervlak beslaat. Het water en zijn uitbreiding, plus astronomische en klimatologische krachten die het beïnvloeden, bepalen zijn specifieke kenmerken.

Er zijn drie grote oceanen op de planeet; de Stille Oceaan, de Atlantische Oceaan en de Indische Oceaan. Deze oceanen zijn onderling verbonden en scheiden grote continentale regio's. De Atlantische Oceaan scheidt Azië en Europa van Amerika, terwijl de Stille Oceaan Azië en Oceanië scheidt van Amerika. De Indische Oceaan scheidt Afrika van Azië in het gebied bij India.

Oceaanbekkens beginnen aan de kust van het continentale plat (ondergedompeld deel van de continenten). Het platformoppervlak bereikt een maximale diepte van 200 m en eindigt in een steile helling die aansluit op de zeebodem.

De oceaanbodem heeft bergen met een gemiddelde hoogte van 2000 m (ruggen) en een centrale groef. Van hieruit komt het magma dat uit de asthenosfeer komt (binnenste laag van de aarde gevormd uit stroperige materialen), dat wordt afgezet en de oceaanbodem vormt.

Takken van oceanografie

Moderne oceanografie is onderverdeeld in vier studietakken. Het mariene milieu is echter sterk geïntegreerd en daarom beheren oceanografen deze gebieden zonder al te gespecialiseerd te worden.

Fysische oceanografie

Deze tak van oceanografie bestudeert de fysische en dynamische eigenschappen van water in oceanen en zeeën. Het belangrijkste doel is om de oceaancirculatie te begrijpen en hoe warmte wordt verspreid in deze watermassa's.

Houd rekening met aspecten als temperatuur, zoutgehalte en de dichtheid van het water. Andere relevante eigenschappen zijn kleur, licht en de voortplanting van geluid in de oceanen en zeeën.

Deze tak van oceanografie bestudeert ook de interactie van atmosferische dynamiek met watermassa's. Bovendien omvat het de beweging van zeestromingen op verschillende schalen.

Chemische oceanografie

Het bestudeert de chemische samenstelling van zeewater en sedimenten, de fundamentele chemische cycli en hun interacties met de atmosfeer en de lithosfeer. Aan de andere kant behandelt het de studie van de veranderingen die worden veroorzaakt door de toevoeging van antropische stoffen.

Evenzo bestudeert chemische oceanografie hoe de chemische samenstelling van water de fysische, geologische en biologische processen van de oceanen beïnvloedt. In het specifieke geval van mariene biologie interpreteert het hoe chemische dynamica levende organismen beïnvloedt (mariene biochemie).

Geologische oceanografie of mariene geologie

Deze tak is verantwoordelijk voor de studie van het oceanische substraat, inclusief de diepste lagen. De dynamische processen van dit substraat en hun invloed op de structuur van de zeebodem en kusten komen aan bod.

Mariene geologie onderzoekt de mineralogische samenstelling, structuur en dynamica van de verschillende oceanische lagen, vooral die welke verband houden met onderzeese vulkanische activiteiten en de subductie-fenomenen die betrokken zijn bij continentale drift.

De onderzoeken die op dit gebied werden uitgevoerd, maakten het mogelijk de benaderingen van de theorie van continentale drift te verifiëren.

Aan de andere kant heeft deze tak een uiterst relevante praktische toepassing in de moderne wereld, vanwege het grote belang dat het heeft voor het verkrijgen van minerale hulpbronnen.

Geologische prospectiestudies op de zeebodem maken de exploitatie van offshore-velden mogelijk, met name aardgas en olie.

Biologische oceanografie of mariene biologie

Deze tak van oceanografie bestudeert het leven in zee en omvat daarom alle takken van de biologie die op het mariene milieu worden toegepast.

Het gebied van de mariene biologie bestudeert zowel de classificatie van levende wezens en hun omgeving, hun morfologie en fysiologie. Daarnaast houdt het rekening met de ecologische aspecten die deze biodiversiteit in verband brengen met zijn fysieke omgeving.

Koraalrif op de Andaman-eilanden (India) Ritiks, van Wikimedia Commons

Mariene biologie is verdeeld in vier takken volgens het gebied van de zeeën en oceanen dat je bestudeert. Dit zijn:

• Pelagische oceanografie : het richt zich op de studie van ecosystemen die aanwezig zijn in open wateren, ver van het continentaal plat.
• Neritische oceanografie : er wordt rekening gehouden met levende organismen die aanwezig zijn in gebieden nabij de kust, binnen het continentaal plat.
• Benthische oceanografie : verwijst naar de studie van de ecosystemen op het oppervlak van de zeebodem.
• Demersale oceanografie : levende organismen die nabij de zeebodem in kustgebieden en op het continentaal plat leven, worden bestudeerd. Een maximale diepte van 500 m wordt overwogen.

Recent onderzoek

Fysische oceanografie en klimaatverandering

Recent onderzoek omvat onderzoek naar de effecten van wereldwijde klimaatverandering op de oceaandynamiek. Er is bijvoorbeeld vastgesteld dat het belangrijkste oceaanstromingssysteem (de Atlantische stroom) zijn dynamiek aan het veranderen is.

Het is bekend dat het systeem van zeestromingen wordt gegenereerd door verschillen in de dichtheid van watermassa's, voornamelijk bepaald door temperatuurgradiënten. Warmwatermassa's zijn dus lichter en blijven in de oppervlakkige lagen, terwijl koude massa's zinken.

In de Atlantische Oceaan verplaatsen warme watermassa's zich vanuit het Caribisch gebied door de Golfstroom naar het noorden en als ze naar het noorden trekken, koelen ze af, zinken ze en keren ze terug naar het zuiden. Volgens de redactie van het tijdschrift Nature (556, 2018) is dit mechanisme vertraagd.

Er wordt gesuggereerd dat de vertraging van het huidige systeem te wijten is aan het ontdooien als gevolg van de opwarming van de aarde. Dit zorgt ervoor dat de toevoer van zoet water groter is en de concentratie van zouten en de dichtheid van het water verandert, wat de beweging van watermassa's beïnvloedt.

De stroming van stromingen draagt ​​bij aan de regulering van de wereldtemperatuur, de distributie van voedingsstoffen en gassen, en de wijziging ervan heeft ernstige gevolgen voor het planetaire systeem.

Chemische oceanografie

Een van de onderzoekslijnen die momenteel de aandacht van oceanografen trekken, is de studie van de verzuring van de zeeën, voornamelijk als gevolg van het effect van de pH-waarde op het zeeleven.

De hoeveelheid CO ₂ in de atmosfeer is de afgelopen jaren sterk gestegen door het hoge verbruik van fossiele brandstoffen door verschillende menselijke activiteiten.

Deze CO ₂ lost op in zeewater, waardoor de pH van de oceanen daalt. De verzuring van de oceanen heeft een negatieve invloed op het voortbestaan ​​van veel mariene soorten.

In 2016 voerden Albright en collega's het eerste oceaanverzuringsexperiment uit in een natuurlijk ecosysteem. In dit onderzoek is gevonden dat verzuring de verkalking van koralen tot wel 34% kan verminderen.

Mariene geologie

Deze tak van oceanografie heeft de beweging van tektonische platen onderzocht. Deze platen zijn fragmenten van lithosfeer (stijve buitenste laag van de aardmantel) die over de asthenosfeer bewegen.

Recent onderzoek, door Li en collega's, gepubliceerd in 2018, toonde aan dat grote tektonische platen kunnen ontstaan ​​door de versmelting van kleinere platen. De auteurs maken een classificatie van deze microplaten op basis van hun oorsprong en bestuderen de dynamiek van hun bewegingen.

Bovendien ontdekken ze dat er een groot aantal microplaten is die verband houden met de grote tektonische platen van de aarde. Er wordt aangegeven dat de relatie tussen deze twee soorten platen kan helpen om de theorie van continentale drift te consolideren.

Biologische oceanografie of mariene biologie

Een van de meest schokkende ontdekkingen in de mariene biologie in de afgelopen jaren was de aanwezigheid van organismen in zeetroggen. Een van deze onderzoeken werd uitgevoerd in de loopgraaf van de Galapagos-eilanden en toonde een complex ecosysteem waar talloze ongewervelde dieren en bacteriën aanwezig zijn (Yong-Jin 2006).

Mariene loopgraven hebben gezien hun diepte (2.500 meter boven zeeniveau) geen toegang tot zonlicht, dus de trofische ketting is afhankelijk van chemosynthetische autotrofe bacteriën. Deze organismen leggen CO _{2 vast} uit waterstofsulfide verkregen uit hydrothermale ventilatieopeningen.

Macro-invertebratengemeenschappen die in diepe wateren leven, blijken zeer divers te zijn. Bovendien wordt voorgesteld dat de compressie van deze ecosystemen relevante informatie zal opleveren om het ontstaan ​​van leven op de planeet te verhelderen.

Referenties

1. Albright et al. (2017). Omkering van oceaanverzuring verbetert de netto verkalking van koraalriffen. Nature 531: 362-365.
2. Caldeira K en ME Wickett (2003) Antropogene koolstof en oceaan-pH. Natuur 425: 365-365
3. Editoral (2018) Bekijk de oceaan. Nature 556: 149
4. Lalli CM en TR Parsons (1997) Biologische oceanografie. Een introductie. Tweede druk. De Open Universiteit. ELSEVIER. Oxford, VK. 574 blz.
5. Li S, Y Suo, X Lia, B Liu, L Dai, G Wang, J Zhou, Y Li, Y Liu, X Cao, I Somerville, D Mu, S Zhao, J Liu, F Meng, L Zhen, L Zhao , J Zhu, S Yu, Y Liu en G Zhang (2018) Microplate tektoniek: nieuwe inzichten uit microblokken in de mondiale oceanen, continentale marges en diepe mantel Earth-Science Reviews 185: 1029-1064
6. Pickerd GL en WL Emery. (1990) Beschrijvende fysische oceanografie. Een introductie. Vijfde vergrote editie. Pergamon Press. Oxford, VK. 551 blz.
7. Riley JP en R Chester (1976). Chemische oceanografie. 2e editie. Deel 6. Academic Press. London, Verenigd Koninkrijk. 391 blz.
8. Wiebe PH en MC Benfield (2003) Van het Hensen-net naar vierdimensionale biologische oceanografie. Vooruitgang in oceanografie. 56: 7-136.
9. Zamorano P en ME Hendrickx. (2007) Biocenose en verspreiding van diepzeeschaaldieren in de Mexicaanse Stille Oceaan: een evaluatie van de vooruitgang. Blz.48-49. In: Ríos-Jara E, MC Esqueda-González en CM Galvín-Villa (eds.). Studies over malacologie en conchiliologie in Mexico. Universiteit van Guadalajara, Mexico.
10. Yong-Jin W (2006) Hydrothermale diepzee-openingen: ecologie en evolutie J. Ecol Field Biol.29: 175-183.