Дълбоки мисли: Джеймс Камерън за новата ера на изследването и неговия 11-километров гмуркане към дълбокото предизвикателство, част 1


Океанографска институция в Кейп Код, Mass. През март режисьорът и акваманистът Джеймс Камерън, който отскоро от посещението си на рекорда в Challenger Deep в язовира на Мариана 11 километра под повърхността на Тихия океан, обяви дарението на своята подводница, DEEPSEA CHALLENGER, на Уудс Хоул, където учените планират да използва своите авангардни технологии, за да подпомогне разбирането им за живота в океанските окопи. Първият ред на работа, когато DEEPSEA CHALLENGER пристигне в Woods Hole след няколко седмици: Поставете своите произведени по поръчка светлини, оборудване за изображения и 3-D ка

Океанографска институция в Кейп Код, Mass.

През март режисьорът и акваманистът Джеймс Камерън, който отскоро от посещението си на рекорда в Challenger Deep в язовира на Мариана 11 километра под повърхността на Тихия океан, обяви дарението на своята подводница, DEEPSEA CHALLENGER, на Уудс Хоул, където учените планират да използва своите авангардни технологии, за да подпомогне разбирането им за живота в океанските окопи.

Първият ред на работа, когато DEEPSEA CHALLENGER пристигне в Woods Hole след няколко седмици: Поставете своите произведени по поръчка светлини, оборудване за изображения и 3-D камери с висока разделителна способност на роботизираната подложка Nereus на Woods Hole в подготовка за гмуркането на последния 10-километровата река Кермадец - край североизточния край на Северния остров на Нова Зеландия - през февруари или март 2014 г. Язовирът Кермадек е един километър по-плитък от мястото, където Камерън е изследвал Калерон, но мисията на Нерей е от решаващо значение за разбирането на особените жители., екосистемата и геоложката дейност, които са се развили в океанските окопи - най-враждебното местообитание на планетата.

Дискусията на кръглата маса с Камерън се състоя в Ню Йорк през април и включваше: Тим Шанк, дълбоководен биолог на Уудс Хоул и водещ изследовател на програмата на HADES (Hadal Ecosystem Studies) на институцията; Анди Боуен, директор на Националния фонд за дълбоко потапяне на Woods Hole; Сюзън Ейвъри, президент и директор на Уудс Хоул; заедно с шепа журналисти.

В част 1 изследователите на Камерън и Уудс Хол разказват как технологичният напредък, който е позволил на DEEPSEA CHALLENGER да го отведе до най-дълбокото място на планетата, ще отключи нови възможности за разбиране на живота на необичайно дълбоките нива на Хадал, тези под шест километра. Дискусията също така е насочена към предстоящата мисия Nereus и това, което Woods Hole се надява да намери на дъното на един от най-дълбоките и най-студените окопи в света. Камерън също описва опита си, пилотирайки DEEPSEA CHALLENGER в историческото си пътуване до Challenger Deep в Марианската траншея.

В част 2 Камерън обсъжда как ерата на изследванията през 60-те години - както в космоса, така и в дълбините на океана - вдъхновява кариерата му като режисьор и по-късно като пионер в областта на дълбоките води и застъпник на науката.

Следва редактиран препис от интервюто. ]
Защо дарявате DEEPSEA CHALLENGER на Woods Hole?

Джеймс Камерън: За мен това е безкрайно по-добър резултат от това, че е спящ, докато не свърша следващите ми два филма, а може би идва в технологичната общност пет или шест години, когато вече е остарял или са намерени други решения. Междувременно.

[Когато прахът се установи след пилотната експедиция през март 2012 г. към дълбочината на Challenger], моята цел беше, че цялата научна общност ще иска да има достъп до нея. За съжаление, тези пари, които съществуват през 60-те и 70-те години, разцвета на дълбоководните проучвания, е по-трудно да дойдат в тези дни. Така че трябваше да търсим начин, по който технологията може да бъде от полза за океанографската общност. И измислихме нещо, за което всички сме доволни.

Що се отнася до [бъдещите мисии на DEEPSEA CHALLENGER, не мисля, че някой от нас иска да се откаже от масата. Ще погледнем евентуално отново да го изхвърлим в морето и да излезем и да се опитаме да намерим някакво финансиране за това, когато има смисъл. По-непосредствената цел е да се премине технологията от подводницата в основната част на океанографската общност.
Ако не извадим отново DEEPSEA CHALLENGER, как ще се възползват от науката за дълбоките океани?

Анди Боуън: Това е в ход точно сега. Част от тази технология ще бъде прехвърлена в подводното ни роботно превозно средство Nereus, което ще предприеме проект за научно изследване в [Кермедешкия канал], използвайки по-специално камерите, разработени като част от програмата DEEPSEA CHALLENGER .

Камерон: Интересно е как се появиха тези камери. Знаехме, че DEEPSEA CHALLENGER ще се движи бързо през водния стълб, така че ще имаме колкото е възможно по-ниско време. Но това означаваше, че ако искаме камерата да излезе на бум, за да може да види подводницата и зоната около нея, тази камера щеше да бъде малка и исках висока резолюция и 3-D [възможности]. Моята предишна HD [или висока разделителна способност], 3-D подводни камера тежеше около 180 паунда и се движеше на 150-паунтов механизъм за накланяне и накланяне. Е, всичко това щеше да се наложи да излезе на бум и това очевидно нямаше да се случи на превозно средство с ограничено тегло и пространство.

Затова поставих инженерите си с предизвикателството да измислят нещо по-малко и трябваше да работят два пъти по-дълбоко от предишната ни камера. Това ви изважда от скалата по отношение на трудност, но те изграждат камерата от нивото на сензора нагоре. [Две от тези камери в титанов корпус тежеха около четири и половина килограма] Ние ги поставихме на четири-паундова платформа. Можете да сложите няколко от тях на Nereus.
Какво друго ще направи Woods Hole с DEEPSEA CHALLENGER, когато пристигне през юни?

Cameron: Моят екип от инженери, които са прекарали седем години в изграждането на DEEPSEA CHALLENGER, ще споделят своя опит и познания с инженерите на Woods Hole и обратно.

Не очаквам да се построи флот на DEEPSEA CHALLENGER . Това беше много специфично превозно средство, което обслужваше много специфична цел. Но ако сте успели да изведете различните системи на подводницата и да ги абстрахирате с различен форм-фактор, може да се окажете, че някои от тях се интегрират в [автономно подводно превозно средство] за хадални изследвания. Няколко от тези, които минават през окопите, започват да ви дават много по-добра наука в замяна.

Не съм поставял никакви ограничения или ограничения върху [как се използва технологията DEEPSEA CHALLENGER ]. Мисля, че се съгласихме да не изпитваме подводницата за известно време.
Какви са специфичните научни цели на експедицията за 2014 г. в траншеята Kermadec?

Тим Шанк: Ние искаме да вземем Нереус на шестседмична експедиция в Кермедешкия окоп на Тихия океан, за да изследваме част от регионалните райони на океана, които до голяма степен са неизвестни. По-голямата част от информацията за тези региони идва от два круиза през 50-те години на миналия век [датската “ Алатея” и съветските експедиции във Витяз ], което е доста смущаващо. Просто имаме каталог с имената на някои видове, които се появяват в трал. През 2000-те имаше няколко круиза, които изследваха дълбините на Хадал и върнаха някои проби, всяка от които е изключително ценна. [Например, седиментните проби от Mariana Trench съдържат високоактивни бактериални общности, въпреки че околната среда е под екстремни налягания почти 1100 пъти по-висока от тази на морското равнище, според доклада на Marcos Nature Geoscience .] Изследването [също] показа доставка на въглеродни храни в окопите, за които не сме знаели. [е част от Nature Publishing Group.]

Има седем институции по света и 10 учени [участващи в експедицията на Kermadec като част от програмата на Hadal Ecosystems Studies (HADES)], които искат да отговорят на шест основни въпроса, включително какво има от гледна точка на биологичното разнообразие, на какво се хранят и как са се развили в изолация.

Камерън: Мисля, че е интересно да имаме преглед на това колко малко се знае за дълбочините на хадалите по отношение на биологията и геологията. Повечето от онова, което е известно за дъното, е дошло от изображения, изстреляни мили във водния стълб, и това е сравнително груб набор от данни. Така че трябва да слезете долу и да погледнете наоколо и да го разберете. Много малко от това оглеждане е направено. Както каза Тим, имаше няколко круиза.

Шанк: Преди всичко искаме да върнем проби и да проучим тяхното използване за биотехнологията. Базирайки се на досегашните образци на хадала, тези животни отделят ензими, които са много полезни за хората. Някои се използват за изпитвания за лечение на болестта на Алцхаймер. Сега търсим също антитяло, противоракови, антитуморни свойства. Всичко това зависи от това колко добре можете да запазите тези животни и да ги докарате [живи], нещо, което не можем да направим сега. [Живите проби са били донесени на повърхността успешно от не по-дълбоко от 1, 4 километра.]

Камерон: Тяхната биология просто не работи, когато този натиск бъде отнет. Но колкото по-дълбоко се гмуркате, толкова по-малко оборудване можете да носите със себе си. Щеше да е необходимо тежко съоръжение, за да се приведе един съд под налягане до дълбочините на хадалите, [които биха могли да запазят живите образци, когато бъдат донесени на повърхността].
Доколкото ни е известно сега, какъв е животът на дъното на окопите?

Шанк: Хората мислят, че окопите са тези населени места, но те са много динамични места. Има много триене и счупване, което продължава [на дъното на океана]. Има натрупване на утайки и водата се изстисква от тези утайки, която се просмуква и взаимодейства със скалата. Много земетресения, а това означава много склонове [на дъното на океана]. Ние също така мислим, че в тези окопи има кални вулкани, утайки, които се натрупват с времето с тяхната уникална химия.

С програмата HADES се опитваме да учим на всеки 1000 метра до максимум 11 000 метра. Смятаме, че окопите са напълно различни от останалата част на океана. Оскъдността на източника на храна по морското дъно по някаква причина се увеличава, когато стигнете до окопите. Все по-малко и по-малко, докато стигнете до абисалната равнина. След това, когато отидете по-дълбоко, наличният източник на храна се увеличава. Не знаем защо. Може би това е топографията на окопите, която донася тези неща. Каквото и да е, смятаме, че това е подкрепа за голямото разнообразие в местообитанието на окопа. Но е трудно да научиш тези неща, ако просто изпратиш една капка система.

Камерън: Има разумна хипотеза, че [геоложката активност в хадалните зони] може да бъде тигел за живота и това трябва да се разглежда.

Боуън: Почти сякаш гледаш назад във времето. Изкопът е прозорец в [биологични и геоложки] процеси, които не сме могли да видим.

Шанк: Микробите [от региона на Хадал], които сме разглеждали досега, са много разнообразни. Те имат множество функции и [те оцеляват с химикали, включително] метан, водород и сулфид. Някои от членестоногите там имат разграждащи целулозата ензими в телата си. Те могат да усвоят дървесината. Други животни показват признаци на гигантизъм [те са необяснимо по-големи от техните по-плитки водни колеги]. Една от теориите е, че сте толкова дълбоки, че не можете да сгънете протеините си, защото клетките ви са прекалено гъсти. Трябва да имате начин да направите себе си по-голям и имате специализирани ензими, които правят това. Друга теория е, че трябва да увеличите себе си, за да функционирате, и знаем, че имат ензимите, за да го направят. Но не можеш да бъдеш гигантски, ако нямаш голям източник на храна, което е още един признак, че там има много храна, много повече, отколкото си мислехме. Има толкова много изключения от всяко обяснение, че нищо не работи. Много повече въпроси, отколкото отговори.
Проучването на океана е в ход от десетилетия, защо все още е толкова трудно да се изучава животът в окопите?

Камерън: Ние сме на върха на технологията на дълбочината на хадиал. Всичко се променя, когато отидете под 6000 метра. [От инженерна гледна точка] в този момент съотношението ви между ефективност и полза се е променило по отношение на флотация, съдове под налягане, дебелина на стените и т.н. Превозните средства са склонни да стават много тежки и неуправляеми. Това увеличава бюджета на вашата енергия и разходите ви, и това не е тривиален проблем. Хората мислят, че тъй като можете да стигнете до четири мили надолу, тези допълнителни три мили не би трябвало да са голям проблем. Но стигате до границите на науката за материалите, където всъщност трябва да създадете нови материали, за да създадете превозни средства, които имат същите гъвкавост и фактори на разходите като тези, които работят по-високо във водния стълб. Затова дълбочините на хадалите са все още относително неизследвани.
Вашият успех като режисьор е свързан с дълбоководни проучвания, започвайки с The Abyss и продължавайки с Titanic и документалните филми за правенето на този филм. Как се подготвихте за вашето гмуркане към Challenger Deep?

Ние разработихме [ DEEPSEA CHALLENGER sub] в Сидни и след това щяхме да го потопим почти до Гуам на Challenger Deep. Искахме да докажем, че подводницата може да достигне до мястото в океана, не е задължително, защото най-дълбокото място е най-интересното научно място, но защото веднъж сте показали, че можете да отидете някъде другаде. В процеса на получаване на Гуам, Тасмановото море [трябва да е] доста грубо. Затова започнахме да търсим дълбоко място, където бихме могли да оперираме близо до релефна форма, която би предотвратила разпространението на големите океански вълни, които се движат от ветровете по това време на годината. Погледнахме между островите Нова Великобритания и Нова Ирландия, където Новата британска траншея [тече] пет мили дълбочина, достатъчно дълбока, за да можем да извършим морски изпитания, преди да продължим към дълбочината на Challenger.

Предполагаше се, че това са технически морски изпитания и имахме цял научен екип, който трябваше да ни посрещне в Гуам от Скрипс, Хавайския университет и дори от Университета в Гуам и от лабораторията за реактивни двигатели - хора, които знаех. Оказа се, че има толкова малко данни за това, което е на дъното на новия британски канал, всички искаха да дойдат рано и да погледнат това. Така че нашите морски изпитания всъщност завършиха с научни гмуркания, където връщахме проби, което е добре, защото трябваше да се съсредоточим върху дейност.
Можете ли да опишете историческото си гмуркане към дълбокото Challenger?

Камерън: Съмнявам се, че пулсът ми нарасна много. Може би, когато отнехме плувките [на повърхността]. Бях фокусиран върху задачата. Имах многостранен контролен списък, който беше организиран около време и дълбочина, показатели, неща, които трябваше да направя. Трябваше да захранвам системите в определен ред, защото сферата щеше да прегрее. Един от най-големите проблеми с подсистемата е топлинният поток. Сферата на пилота е много малка и там има много оборудване, натоварено с мен. Ако обърна цялото оборудване на повърхността, бих го изпекала. Бих буквално като сварена сьомга. Така че аз имах целия този протокол, за да нося нещата онлайн, ако е необходимо. Уникалното при дълбокото гмуркане на Challenger е, че съм преминал през всичко от моя списък за проверка, който ме беше отвел чак до дъното на траншеята в Нова Британия, тогава нямах какво да правя. И аз трябваше да отида на 9000 фута.

Имах малка стереоскопична HD камера на края на двуметровия бум. Просто бих насочил камерата към прожектора, който оставих. И светлината на прожекторите ще осветява частиците във водния стълб. Стигнах до точката, в която можех да кажа с половин възел стъпки, каквито биха изглеждали [планктонът] частици, минаващи през светлината на прожекторите, ако вървя бързо или бавно. Когато стигнах под 29 000 фута, моят висотомер просто спря. „Снягът“ изчезна на 29 000 фута и четенето на [алтиметъра] стигна до нула. Водата беше просто чиста.

Слизайки надолу, оставих повърхността на 5.2 възела и стигнах до дъното на нула. Първото нещо, което видях, когато кацнах, беше пистата на друго превозно средство, което можеше да е [Nereus на Уудс Хоул, който беше на дълбочина на Challenger през 2009 г.]. Ще се измъкнеш от това [място за кацане] и наистина няма почти нищо. Не виждате как се държат животните, когато са живи на място.
Защо дълбоководните изследвания са толкова важни за вас?

Камерън: Добре е да се помни, че общата площ на тези хадални траншеи е по-голяма от размера на САЩ, по-голяма от размера на Австралия, така че е като континент, който никога не е бил изследван и съществува точно тук на Земята. Толкова много хора мислят, че живеем в пост-проучвателна епоха - всичко е видяно, всичко е картографирано. Как успяхме да влезем в 21-ви век и просто да пропуснем един континент? Защото така направихме. Отговорът е очевиден: най-трудното място за достигане на планетата. От технологична гледна точка, това е най-предизвикателното място за работа. Бих направил аргумента, че съм бил ангажиран с космическа роботика и сега пълна технология с дълбочина на океана, това е много по-трудна среда от изграждането на хардуер за пространството, защото силите на стреса са много по-големи, около 1000 пъти повече.