Oceány na naší planetě výrazně ovlivňují klima. Mnohá jejich tajemství již sice věda rozluštila, ale přesto ještě spoustu dalších skrývají. Proto dnes vědci budují na mořském dně observatoře, mj. i NEPTUN.
Zemětřesení, tsunami, nenávratné změny podnebí nebo mořských proudů, to všechno s oceány úzce souvisí. A o tom všem zatím víme zoufale málo. Přitom na jejich rozluštění možná závisí přežití celého lidstva.
Mořské dno on-line
Jednou z cest k porozumění tajemným podmořským hlubinám může být zbudování síťových observatoří na mořském dně a sledování dění na něm takříkajíc on-line. Podmořské kabelové sítě se pro takové řešení, stavby podmořských teleskopů nebo vědeckých observatoří, přímo nabízejí. Jednou z „vlaštovek“ je i americko-kanadský projekt NEPTUNE (North-east Pacific Time-series Undersea Networked Experiments) u pobřeží Severní Ameriky.
V současnosti se totiž výzkum oceánu uskutečňuje jen s pomocí specializovaných lodí. Projekt NEPTUNE by ale měl vědcům práci značně zjednodušit a usnadnit a zároveň by se tak podstatně zpřesnily získané údaje.
Odborníky už nebudou svazovat lodní plány či špatné počasí a tím nesouvislá data. Prostřednictvím internetu bude projekt NEPTUNE příštích třicet let a možná i déle nepřetržitě poskytovat informace a snímky z hlubin oceánu.
3000 km podmořských kabelů
NEPTUNE je společný americko-kanadský projekt, který za americkou stranu vede Washingtonská univerzita v Seattlu a za Kanadu Univerzita Victoria. Ovšem podílí se na něm i řada dalších vědeckých institucí, například Jet Propulsion Laboratory NASA na Kalifornském institutu technologií nebo Výzkumný institut v Monterey Bay. V rámci jejich programu bude instalována řada interaktivních bodů, které umožní nepřetržité pozorování a studium změn prostředí a ekosystémů na dně oceánu.
Projekt byl spuštěn už v roce 1999, ale dosud se z velké většiny jednalo jen o teoretický průzkum jeho možností. Nyní však již byla zahájena i jeho praktická část, která spočívá v položení tří tisíc kilometrů kabelů na mořské dno u západního pobřeží Severní Ameriky. V hloubce tří kilometrů tak vznikne síť s třiceti uzly, vzdálenými od sebe asi 100 kilometrů. Z nich bude možné trvale sledovat plochu zhruba 200 000 kilometrů čtverečných, což je dvaapůlkrát více, než je rozloha České republiky.
Odhalíme včas zemětřesení?
Oblast, kam je síť umisťována, je geologicky velmi aktivní, koneckonců lidé žijící v Seattlu a v přilehlém okolí by o tom mohli vyprávět… Leží zde totiž tzv. subdukční zóna, ve které se podsouvá tektonická deska oceánského dna pod pevninskou kůru amerického kontinentu a důsledky jsou pro místní obyvatele noční můrou.
Právě sledování seismických jevů bude jednou z hlavních náplní připravovaného vědeckého výzkumu. Pokud bude projekt úspěšný, mohlo by se včas podařit odhalit i jevy typu tsunami a zabránit tak katastrofám, jaké postihly na konci roku 2004 Asii.
Laboratoře na dálkové ovládání
Observatoř kanadské části projektu NEPTUNE, připojená 800 km dlouhou podmořskou smyčkou podmořského kabelu, bude pracovat na tektonické desce Juan de Fuca u pobřeží Kanady. Podél trasy kabelu k ní budou na různých vědecky zajímavých místech připojeny podmořské „laboratoře“, v již zmiňovaných uzlech.
Ty hrají pro výzkum ohromně důležitou roli. Jsou totiž vybaveny opakovačem pro datový signál, různými senzory, a právě zde se budou dobíjet i mobilní zařízení, která budou mít na starosti provoz sítě i samotný výzkum. Prostřednictvím těchto uzlů budou vědci na dálku ovládat a monitorovat vzorkovací nástroje, videokamery s vysokým rozlišením a dálkově řízená vozidla. Data budou sbírána jak na povrchu moře, ve vodním sloupci, tak na mořském dně.
Potřebné informace o oceánech budou vědci získávat dvěma způsoby. Tím důležitějším bude čerpání dat prostřednictvím mobilních dálkově řízených strojů, které ovšem budou umět i samy reagovat na určité podněty, například podmořské otřesy. Kromě těchto robotů budou u podmořských kabelů umístěna i statická čidla pro monitorování svého okolí.
Získaná data se okamžitě přenesou do pozemských laboratoří a po krátkém ověření se budou dál zpracovávat a archivovat. Systému pro ukládání dat by měly mít kapacitu 260 Mbit/s. Vědci budou data využívat ke včasnému varování před bouřemi, zemětřeseními, vlnami tsunami, podmořskými sopečnými erupcemi, kvetením planktonu, migracemi ryb a pohotově na takové události reagovat. Zároveň se budou lépe měřit stavy mořských savců a ryb a udržovat tak meze trvale udržitelného rybolovu nebo zkoumat nové podmořské zdroje nerostných surovin, například uhlovodíků (tzv. plynových hydrátů).
Hubbleův teleskop oceánů
Projekt NEPTUNE je zcela ojedinělý a zatím nemá v dějinách vědy obdoby. V odborných kruzích je jeho význam pro studium oceánů srovnávám s významem, jaký měl Hubbleův teleskop pro poznávání dosud těžko probádatelných končin našeho vesmíru.
NEPTUNE dostal do vínku zadána čtyři hlavní výzkumná témata:
1. průzkum struktury a seismického chování oceánské kůry
2. studium chemických a geologických pochodů na mořském dně
3. sledování změn oceánského klimatu a jejich účinků na mořský život
4. výzkum rozmanitosti podmořských ekosystémů. Kdo ví, třeba se dočkáme objevení bájných podmořských příšer.
Z vědecké práce se však nebudou těšit jen experti na danou problematiku. Informace a snímky pořízené v rámci projektu NEPTUNE budou po internetu okamžitě přenášeny do pobřežní stanice ve Viktorii v kanadské provincii Britská Kolumbie a do chystané stanice na západním pobřeží USA. Tím projekt NEPTUNE zpřístupní Tichý oceán on-line nejen laboratořím a učebnám univerzit, ale i všem dalším zájemcům po celém světě. Takže i z tepla svého domova budeme přes internet schopni sledovat třeba neuvěřitelné divadlo podmořských erupcí.
Testy už probíhají
Jako součást přípravy na trvalé přenosy videa byly v září loňského roku vyslány vysoce kvalitní snímky aktivních termálních průduchů na oceánském dně. Tento proud videa MPEG2 s vysokým rozlišením a přenosovou rychlostí 20 Mb/s byl odeslán prostřednictvím výzkumného kanadského plavidla Thomas G. Thomson. To se v té době nacházelo u hřebene Juan de Fuca Ridge v severovýchodním Tichém oceánu, 200 mil (370 km) od pobřeží Washingtonu a Britské Kolumbie.
Testování však probíhá i na dalších frontách. Mořský výzkumný institut Monterey Bay připravil projekt MARS (Monterey Accelerated Research System), který by se měl pro NEPTUNE stát odrazovým můstkem. Spočívá v položení 62 kilometrů kabelů na dno zátoky Monterey Bay u Kalifornie. Na podstatně menším prostoru se tak dají ověřit všechny chystané vědecké postupy projektu NEPTUNE.
Obdobně budou vědci své metody testovat, tentokrát v mělkém moři, v projektu VENUS (Victoria Experimental Network Under the Sea), který připravila kanadská Univerzita Victoria. V něm bude 70 km dlouhý optický kabel poskytovat souvislý tok biologických, oceánografických a geologických dat ze dvou míst (zátoka Saanich Inlet a úžina Strait of Georgia) u pobřeží jižní Britské Kolumbie.
První data už za rok
Předpokládá se, že samotný projekt NEPTUNE bude spuštěn v příštím roce. Jako u jiných vědeckých programů hrají i zde peníze hlavní roli. NEPTUNE Kanada už získal federální a provinční dotace pro vybudování severní třetiny sítě. NEPTUNE USA se snaží získat prostředky prostřednictvím Iniciativy oceánských observatoří (OOI) a Národní vědecké nadace. Dvě regionální síťové zkušební observatoře (VENUS a MARS) už nutné prostředky ke svému provozu získaly a pokud budou jejich testy úspěšné, neměl by být problém zbytek peněz sehnat.
Na pokládání kabelů se významně podílí i u nás známá společnost Alcatel. Řešení Alcatelu kombinuje pevninské (terestrické) a optické technologie s technologií internetu, což umožní optimálně využívat přenosové pásmo a minimalizovat prodlevy při výměně informací mezi vědeckými týmy. Poté bude nainstalován podmořský kabelový systém s výchozí kapacitou 160 Gb/s, systém 1696 Metrospan (MS) a přepínač 7450 Ethernet Service Switch (ESS), které zajistí škálovatelné a spolehlivé propojení lokálních sítí ze všech uzlů.
Projekt NEPTUNE je vskutku ojedinělý a tomu odpovídají i náklady. Výstavba kabelové sítě vyjde na 250 milionů amerických dolarů, tedy v přepočtu zhruba 6 mld. Kč (to je např. výše škod při povodních v Praze v roce 2002). Po spuštění projektu se odhaduje, že každým rokem bude nutné do něj investovat 10 až 15 milionů dolarů. I když se jedná o vysoké částky, v tomto případě se jistě jedná o rozumnou investici.
Proč k nepoužít satelit?
Některé pozorovací systémy v odlehlých oblastech oceánu mohou přenášet data do stanic na pobřeží pomocí satelitních spojů, ale pro dosažení spolehlivého přenosu musí být přenosová platforma pevná a poměrně stabilní. Právě to nabízejí podmořské kabelové sítě.
Přestože obě sítě (satelitní i kabelová) jsou schopny data přenášet, podmořské kabelové sítě nabízejí vyšší kapacitu v řádu 10 Tb/s, což je pro hromadnou mezinárodní komunikaci (hlas, data, video a internetový provoz) nezbytné, a navíc při přenosu informací vykazují nižší náklady.
U podmořských kabelových sítí se počítá s životností okolo 25 let a vzhledem ke stoprocentní (99,999 %) dostupnosti sítě jsou vhodné pro všechny aplikace pracující v reálném čase. Vlivem prostředí u nich totiž nedochází ke zhoršování kvality přenosu.
Podmořské kabely pro telegraf a telefon
První podmořské kabely sloužily především jako nosiče telegrafních informací. Když v 19. století Američan Samuel Morse zdokonalil dosud existující přístroje a přišel s elektromagnetickým telegrafem, mohlo se začít kabely vesele pokládat. V roce 1850 byla spojena Velká Británie se zbytkem Evropy a 27. července 1866 byl položen transatlantický telegrafní kabel.
Telegraf byl ale brzy odsunut do kouta jiným vynálezem, telefonem. Ten si nechal 14. února 1876 patentovat Alexander Graham Bell. Není bez zajímavosti, že o pouhé dvě hodiny dorazil s podobným přístrojem na patentový úřad americký vynálezce Elisha Gray. Pro podmořské kabely tak nastala doba ještě širšího využití.
I kabel se může poškodit
I když jsou dnešní optické podmořské kabely na vysoké technologické úrovni, přece jen tu a tam dojde k jejich poškození. V současnosti dochází k poruchám kabelů na celém světě v průměru jednou za tři dny. Příčiny havárií jsou různé, od vady materiálů, přes tektonické procesy na dně moří až po vodní erozi.
Nejvíce nehod kabelů však mají na svědomí rybáři, kteří svými obřími sítěmi občas do přístavu dotáhnou i kabel. Dochází však i k různým kuriózním závadám. Na izolační vrstvě některých kabelů si s gustem pochutnávají třeba žraloci.
Nejdelším podmořským kabelem je ten, který spojuje Evropu, Afriku, Asii a Austrálii. Vede od jižního Pacifiku k severnímu Atlantiku přes Asii a Blízký východ a je dlouhý 38 tisíc kilometrů. V provozu je od roku 1998.
