ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 1: ΒΑΘΥΜΕΤΡΙΑ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΠΑΡΑΚΤΙΑΣ ΩΚΕΑΝΟΓΡΑΦΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 1: ΒΑΘΥΜΕΤΡΙΑ ΑΓΡΙΝΙΟ, 2016

2 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 1: ΒΑΘΥΜΕΤΡΙΑ Είμαστε όλοι ενήμεροι για την ποικιλία των μορφών του εδάφους που απαντώνται στη γη, από τις κολοσσιαίες οροσειρές μέχρι τα βαθιά φαράγγια. Ωστόσο, η πλειονότητα των γεωμορφολογικών χαρακτηριστικών, σε ολόκληρη τη γη, καλύπτονται από νερό. Μολονότι η άμεση παρατήρηση και μέτρηση αυτών των σχηματισμών είναι αδύνατη, οι πληροφορίες που έχουμε φανερώνουν ότι στο βυθό οι μορφές του πυθμένα υπερτερούν από την ξηρά, υπάρχουν, για παράδειγμα, υποθαλάσσιες οροσειρές μακρύτερες και ψηλότερες από τα Rockies, και μεγαλοπρεπή φαράγγια στα οποία τα Grand Canyon χωρούν και περισσεύουν. 1. ΒΑΘΥΜΕΤΡΙΑ Ο όρος βαθυμετρία, ορίζεται ως η μέτρηση και η χαρτογράφηση της τοπογραφίας του θαλάσσιου πυθμένα. Κάποτε οι βυθομετρήσεις πραγματοποιούταν ρίχνοντας ένα βαθμονομημένο σχοινί από το σκάφος, μία διαδικασία που συχνά απαιτούσε αρκετές ώρες, ειδικά στα βαθειά νερά. Σήμερα μία πιο πρακτική ηλεκτρονική συσκευή, η οποία παρουσιάστηκε το 1922 από το Ναυτικό των Ηνωμένων Πολιτειών, μας διευκολύνει στη συλλογή ενός επαρκούς αριθμού προσδιοριζόμενων με ακρίβεια βαθών, τα οποία αποκαλύπτουν τοπογραφικές λεπτομέρειες του θαλάσσιου πυθμένα. Η συσκευή, γνωστή ως ηχοβολιστής, ή βυθόμετρο, καταγράφει το χρόνο που απαιτείται για να κινηθεί ένας ηχητικός παλμός από το καράβι στον πυθμένα και ξανά πίσω. Γνωρίζοντας την ταχύτητα του ήχου στο θαλασσινό νερό (περίπου 1493 μέτρα ανά δευτερόλεπτο), εύκολα μπορούμε να υπολογίσουμε το βάθος, εάν ο χρόνος που κάνει για να διανύσει την απόσταση είναι γνωστός (εικόνα 1-1). Το βυθόμετρο είναι απλά ένα πολύ ακριβές ηλεκτρονικό χρονόμετρο που καταγράφει τους χρόνους κίνησης των ανακλώμενων παλμών ήχου και τους αποτυπώνει πάνω σε ένα διάγραμμα, ή σε ένα καταγραφικό όργανο, σε μέτρα, πόδια, ή οργιές. Η αποτύπωση που προκύπτει πάνω στο καταγραφικό όργανο είναι γνωστή ως ηχόγραμμα (εικόνα 1-2). Στην εφαρμογή, οι βυθομετρήσεις καταγράφονται συνεχώς από το όργανο. Η περιοδική σημείωση του χρόνου της μέρας, της ταχύτητας του πλοίου και της διεύθυνσης της κίνησης γράφονται από τον ερευνητή απευθείας στο χαρτί καταγραφής ή στο καταγραφικό όργανο. Αργότερα οι βυθομετρήσεις σημειώνονται σε διάγραμμα ή σε χάρτη. Η θέση του κάθε ηχοβολιστή καθορίζεται από το διάγραμμα πλοήγησης και τις σημειώσεις στο καταγραφικό όργανο. Από αυτή τη διαδικασία ένας μεγάλος αριθμός από αξιόπιστες βυθομετρήσεις διαφορετικών σκαφών έχουν συλλεχθεί και έχουν κατασκευαστεί έγκυρα διαγράμματα που εξυπηρετούν τους σκοπούς της ναυσιπλοΐας αλλά και επιστημονικούς σκοπούς. Βαθυμετρία - Σελ. 2

3 Εικόνα 1-1. Οι ηχοβολιστές καταγράφουν την υποθαλάσσια τοπογραφία μέσω της εκπομπής κατευθυνόμενων ηχητικών κυμάτων στον πυθμένα και μετρώντας τον χρόνο που απαιτείται για να επιστρέψει πίσω στο πλοίο το σήμα αυτό. Εικόνα 1-2. Ηχόγραμμα στον Πατραϊκό κόλπο. Οι οριζόντιες γραμμές είναι διαστήματα βάθους 20 μέτρων, ενώ ιθ κάθετες γραμμές είναι διαστήματα των 500 μέτρων. Βαθυμετρία - Σελ. 3

4 Από τη στιγμή που οι βυθομετρήσεις έχουν σημειωθεί στον χάρτη, οι ισοβαθείς μπορούν να σχεδιαστούν ενώνοντας τα σημεία με το ίδιο βάθος. Το σχήμα και η ισοδιάσταση των ισοβαθών θα αποκαλύψουν τα χαρακτηριστικά της περιοχής του ωκεάνιου πυθμένα. Ένα διάγραμμα ή ένας χάρτης πρέπει επίσης να έχει μία κλίμακα. Αυτό μπορεί να είναι ένα διαβαθμιζόμενο τμήμα που παρουσιάζει τη σχέση ανάμεσα στις μονάδες μήκους που χρησιμοποιούνται στον συγκεκριμένο χάρτη και στις πραγματικές μονάδες που αυτές αντιπροσωπεύουν, όπως ναυτικά μίλια ή χιλιόμετρα. Η κλίμακα μπορεί επίσης να παρουσιάζεται με κλασματική μορφή: για παράδειγμα η κλίμακα 1: δηλώνει ότι μία μονάδα στον χάρτη (εκατοστά, χιλιοστά, ή ίντσες) είναι ίση με ίδιες μονάδες πραγματικής απόστασης. 2. Η ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΒΑΘΥΜΕΤΡΙΚΟΥ ΧΑΡΤΗ Για την δημιουργία ενός βαθυμετρικού χάρτη από βυθομετρικές καταγραφές, τηρούνται οι ακόλουθοι απλοί κανόνες. 1. Οι ισοβαθείς καμπύλες ποτέ δεν τέμνονται. 2. Όταν οι ισοβαθείς διασταυρώσουν ένα φαράγγι ή μία βαθειά χαραγμένη κοιλάδα, έχουν σχήμα V, με την κορυφή του V στραμμένη ανάποδα. 3. Εάν μία ισοβαθής είναι έγκυρη, πρέπει να χωρίζει ολοκληρωτικά τις ζώνες βάθους. Για παράδειγμα, εάν η ισοβαθής των 100 μέτρων σχεδιάστηκε παραθαλάσσια για να επεκταθεί κατά μήκος της ακτογραμμής, όλα τα βάθη των 100 μέτρων πρέπει να είναι στην καμπύλη, και όλες οι βυθομετρήσεις που είναι χαμηλότερες των 100 μέτρων πρέπει να βρίσκονται μεταξύ της ισοβαθούς και της ακτής. Εάν μία βυθομέτρηση μεγαλύτερη των 100 μέτρων βρισκόταν μέσα στην περιοχή που σκιαγραφείται από την ισοβαθή, η θέση της καμπύλης θα πρέπει να προσαρμοστεί έτσι ώστε να αποκλείσει τη βαθύτερη περιοχή. Η ίδια αρχή εφαρμόζεται σε αυξητικώς βαθύτερη περιοχή καμπυλών. Η περιοχή ανάμεσα στην ισοβαθή των 100 μέτρων και αυτή των 200 μέτρων δεν θα πρέπει να περιέχει σημεία μικρότερα των 100 μέτρων βάθους ή μεγαλύτερα από 200. Η μικρή κλιμάκωση μεταξύ των ισοβαθών υποδεικνύει ένα απότομο πρανές ή μία απότομη αλλαγή στο βάθος, δεδομένου ότι οι αραιές ισοβαθείς αντιπροσωπεύουν ένα πιο ομαλό πρανές ή μία σταδιακή αλλαγή του βάθους. Στο τέλος η ισοβαθής καμπύλη κλείνει. 4. Οι ισοβαθείς μικρότερων χαρακτηριστικών μπορούν να κλείσουν μέσα στην περιοχή του χάρτη, έτσι ώστε οι δύο άκρες να ενωθούν, ενώ οι ισοβαθείς μεγαλύτερων χαρακτηριστικών θα κλείσουν εκτός της περιοχής του χάρτη. Η εικόνα 1-3α είναι ένα σκαρίφημα δύο υποθαλάσσιων λόφων που χωρίζονται από μία κοιλάδα. Ο λόφος στα δεξιά είναι χαμηλός και στρογγυλεμένος και εκτείνεται από 900 έως 250 μέτρα κάτω από το επίπεδο της θάλασσας. Ο λόφος στην αριστερή πλευρά αποτελείται από Βαθυμετρία - Σελ. 4

5 δύο κορυφές με ένα απότομο πρανές στα ανατολικά και πολυάριθμα χαντάκια στα χαμηλότερα πρανή. Η εικόνα 1-3β είναι το βαθυμετρικό διάγραμμα της ίδιας περιοχής. Εικόνα 1-3. Αναπαράσταση μίας περιοχής του θαλάσσιου πυθμένα με δύο λόφους που χωρίζονται από μία κοιλάδα. Το α) είναι ένα σκαρίφημα με προοπτική το β) είναι ένας βαθυμετρικός χάρτης στον οποίο τα χαρακτηριστικά του αντιπροσωπεύονται από τις υψομετρικές καμπύλες. Τα βάθη που σημειώνονται κατά μήκος των καμπυλών είναι σε μέτρα. Η πιο ακριβής συσκευή για μετρήσεις και για χάρτες υποθαλάσσιας τοπογραφίας είναι ο ακριβής καταγραφέας βάθους. Η συσκευή αυτή είναι παρόμοια με το βυθόμετρο, όσον αφορά την κατασκευή και τοποθέτηση του επί του πλοίου εκτός από το γεγονός, ότι η χρονομέτρηση (ο συγχρονισμός) των ηχητικών παλμών ελέγχεται με ακρίβεια από ένα διαπασών εντός της συσκευής. Στις Ηνωμένες Πολιτείες και στην Ευρώπη έχουν κατασκευασθεί όργανα με μεγάλη ακρίβεια χρονομέτρησης. Τέτοια ακρίβεια δεν απαιτείται για τους καθημερινούς σκοπούς της ναυσιπλοΐας, αλλά είναι απαραίτητη για την ακρίβεια της επιστημονικής εργασίας. Ένα τμήμα ενός διαγράμματος ενός ακριβούς καταγραφέα βάθους στο οποίο απεικονίζεται ένα υποθαλάσσιο φαράγγι παρουσιάζεται στην εικόνα 1-4. Βαθυμετρία - Σελ. 5

6 Εικόνα 1-4. Ηχόγραμμα υποθαλάσσιου φαραγγιού. Κατακόρυφες γραμμές, σε ένα ηχόγραμμα, όπως οι δύο που παρουσιάζονται στην εικόνα 1-4, αντιπροσωπεύουν χρόνο και συνήθως σημειώνονται όποτε υπάρχει μία αλλαγή στην πορεία του σκάφους. Σε αυτή την καταγραφή ο υπεύθυνος πορείας του σκάφους ρύθμισε τη θέση του πλοίου στις 1200 ώρες και 1209 ώρες, έτσι ώστε οι ερευνητές να μπορέσουν, με ακρίβεια, να εντοπίσουν τον άξονα του υποθαλάσσιου φαραγγιού, που σημειώνεται στο ναυτικό χάρτη στις 1203 ώρες. Αυτό που εμφανίζεται επίσης, σε ένα τέτοιο διάγραμμα, είναι η διεύθυνση του πλοίου (C175 ο ) και η ταχύτητά του, 7 κόμβοι (S7K). Οι οριζόντιες γραμμές τοποθετούνται σε διαστήματα βάθους των 60 μέτρων. Βαθυμετρία - Σελ. 6

7 3. ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΚΕΣ ΕΓΚΑΡΣΙΕΣ ΤΟΜΕΣ Τοπογραφική τομή είναι η γραμμή που προκύπτει από τα σημεία τομής ενός κατακόρυφου επιπέδου με την τοπογραφική επιφάνεια. Για να αποδοθεί καλύτερα το ανάγλυφο μιας περιοχής πρέπει η τοπογραφική τομή να περάσει κάθετα από τα επιμήκη μορφολογικά χαρακτηριστικά π.χ. χαράδρες. Η τοπογραφική τομή είναι ένα διάγραμμα, με τα βάθη του πυθμένα αποτυπωμένα στον κατακόρυφο άξονα και την απόσταση αποτυπωμένη στον οριζόντιο άξονα. Τα ηχογράμματα των εικόνων 1-2 και 1-4 είναι τοπογραφικές τομές στα οποία τα δεδομένα έχουν αποτυπωθεί ηλεκτρονικά. Για να κατασκευάσουμε μία εγκάρσια τομή, επιλέγουμε ένα προφίλ και τοποθετούμε ένα κομμάτι χαρτί κατά μήκος αυτής της γραμμής. Σημειώνουμε τις άκρες αυτής της γραμμής στο χαρτί, όποτε μία ισοβαθή τέμνει το χαρτί, κάνουμε ένα τικ ( ) με το μολύβι και γράφουμε το βάθος αυτής της ισοβαθούς. Όταν ολοκληρωθεί και αυτό το βήμα, τοποθετούμε το χαρτί στη βάση του διαγράμματος ή του πλέγματος που είναι διαβαθμιζόμενο καθέτως για το βάθος και οριζοντίως για την απόσταση. Ενώνουμε τα σημεία με ομαλή καμπύλη για να συμπληρώσουμε το προφίλ. Αν έχουμε υπερβάλλει στην κάθετη κλίμακα, πρέπει να υποδείξουμε το γεγονός αυτό. Μολονότι σε αυτή την άσκηση δίδονται οι γραμμές των τομών και το διάγραμμα του προφίλ, δεν θα περιοριστείτε από αυτά. Θα ήταν προτιμότερο αν κάνατε το προφίλ για κάθε χαρακτηριστικό που εμφανίζεται σε ξεχωριστό διάγραμμα με μολύβι και χαρτί διαγράμματος, όπως περιγράφηκε. 4. ΟΡΙΣΜΟΙ Ισοπληθής καμπύλη. Η καμπύλη πάνω σε ένα διάγραμμα, χάρτη ή τομή που ενώνει τις ίδιες τιμές ενός δεδομένου μεγέθους. Στην άσκηση αυτή οι ισοπληθείς καμπύλες ενώνουν τα σημεία ίδιου βάθους κάτω από το επίπεδο της θάλασσας. Οι καμπύλες αυτές κανονικά ονομάζονται ισοβαθείς εννοώντας ίσου βάθους. Η ισοδιάσταση είναι η κάθετη απόσταση ανάμεσα στις γειτονικές καμπύλες. Ανάγλυφο. Κάθετη απόσταση ανάμεσα στα ψηλότερα και χαμηλότερα σημεία μίας περιοχής. Ψηλό ανάγλυφο σημαίνει γενικά ανώμαλη τοπογραφία, ενώ το χαμηλό ανάγλυφο περιγράφει ομαλό και μονότονο έδαφος. Κλίμακα. Μία διαβαθμιζόμενη γραμμή ή τμήμα που παρουσιάζει την σχέση ανάμεσα στις μονάδες μήκους που χρησιμοποιήθηκαν σε ένα συγκεκριμένο διάγραμμα ή χάρτη και στις πραγματικές μονάδες που αντιπροσωπεύουν. Μία κλίμακα θα μπορούσε να είναι και κλασματική (fractional scale): π.χ., η κλίμακα 1 : δηλώνει ότι μία μονάδα του χάρτη (εκατοστό, χιλιοστό, ή ίντσα) είναι ίσο με των ίδιων μονάδων στη γη. Ηχοβόλιση. Η μέτρηση του υδάτινου βάθους. Βαθυμετρία - Σελ. 7

8 ΑΣΚΗΣΗ 1: ΒΑΘΥΜΕΤΡΙΑ ONOMA: ΑΡ. ΜΗΤΡΩΟΥ: ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: Η εικόνα 1 είναι τμήμα βαθυμετρικού κλίμακας 1: Να εξετασθεί το διάγραμμα και οι βυθομετρήσεις του και να δοθεί μία συνοπτική περιγραφή της τοπογραφίας του θαλάσσιου πυθμένα (ανάγλυφο, πλάτος, φαράγγια, κ.ά.). 2. Να διαμορφωθούν οι ισοβαθείς καμπύλες των βυθομετρήσεων της εικόνας 1 χρησιμοποιώντας για ισοδιάσταση τα 50 μέτρα. Μετά να σχεδιαστούν οι ισοβαθείς των 10 και 20 μέτρων για περισσότερη λεπτομέρεια. Να συγκριθεί η βαθυμετρία που περιγράφηκε από τις ισοβαθείς με τις βυθομετρήσεις μεμονωμένα. Ποιό αποδίδει καλύτερα την εικόνα του θαλάσσιου πυθμένα; 3. Σε χαρτί μιλιμετρέ να κατασκευαστεί η εγκάρσια τομή κατά μήκος της τομής ΑΒ: α) σε πραγματική κλίμακα και β) με κάθετη υπερβολή 20Χ. Να περιγραφούν με συντομία και να συγκριθούν οι πραγματικές και οι υπερβαλλόμενες τοπογραφικές τομές. 4. Οι ερωτήσεις που ακολουθούν αφορούν την ακρίβεια του καταγραφικού βάθους του υποθαλάσσιου φαραγγιού της εικόνας 2. α) Ποιο είναι το βάθος του φαραγγιού; β) Ποιο είναι το πλάτος του φαραγγιού ανάμεσα στην σημείωση των 1200 ωρών και αυτή των 1209 ωρών; δ) Το βάθος (D) είναι ίσο με την ταχύτητα (V) του ήχου στο θαλασσινό νερό, επί το χρόνο που κάνει να διανύσει ένας ηχητικός παλμός τον πυθμένα και να επιστρέψει, διαιρούμενος με το 2. Η ταχύτητα του ήχου στο θαλασσινό νερό είναι 1493 μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Χρησιμοποιώντας την εξίσωση T D V X 2 να υπολογιστεί ο χρόνος που κάνει ένας ηχητικός παλμός να φτάσει από το σκάφος στον πυθμένα και πάλι πίσω. Βαθυμετρία - Σελ. 8

9 Εικόνα 1. Βαθυμετρικό σκαρίφημα Βαθυμετρία - Σελ. 9

10 Εικόνα 2. Ηχόγραμμα υποθαλάσσιου φαραγγιού Βαθυμετρία - Σελ. 10