1.2. Az óceánok tudományos kutatásának története

1.2.1. Az úttörők

Természetesen a földrajzi felfedezések Magellán után is tovább folytatódtak, de tárgyunknál maradva ezekkel már nem foglalkozhatunk. Az oceanográfia, mint tudomány létrejöttét általában James Cook első expedíciójától szokás számítani, habár a fenti kifejezés csak később terjedt el a tudományterület megnevezésére.

Az 1760-as évekre, amikor ezek az expedíciók megkezdődtek, a világ jelentős fejlődésen ment át a nagy felfedezések korához képest (amelyek elképesztő gyorsasággal, az 1490–1520-as években zajlottak le). Spanyolország, mint tengeri nagyhatalom lehanyatlott és Nagy-Britannia lett a világ tengereinek ura. Sokat fejlődött a hajózás is. A spanyol karavelláknál, melyek 50–100 tonnás hajók voltak, sokkal nagyobb (300–400 tonnás) és erősebb szerkezetű hajók: fregattok, korvettek, briggek stb. járták a világ tengereit.

Külön érdemes foglalkozni az óceáni helymeghatározás problémájával és az ennek megoldásában elért fejlődéssel. Az ókorban és a középkorban, de még az újkor hajnalán is a tengerészek általában a partok mentén hajóztak és az ott látható tájékozódási pontok (szirtfokok, öblök, folyamtorkolatok, zátonyok) figyelembevételével navigáltak. Ugyanakkor már a vikingek korában felmerült a nyílt tengeren történő navigálás problémája, hiszen e nélkül nem érhették volna el pl. Amerikát. Az irány meghatározására már a föníciaiak is használták az iránytűt, amelyet Kr.e. 2000 körül Kínában találtak fel, paradox módon szárazföldi tájékozódásra. Mégis elsősorban a Nap és a csillagok helyzete alapján kellett navigálni. Már az ókorban ismerték azt a tényt, hogy a Nap delelési magassága dél felé haladva nő, míg a Sarkcsillagé csökken, így közelítőleg meg tudták határozni a hajó helyzetének földrajzi szélességét. A vikingek egy különleges, a napfényt polarizáló kristály segítségével borult időben is meg tudták határozni a Nap helyzetét. Szintén az ókortól képesek voltak a hajósok a hajó sebességének mérésére is, egy hosszú kötél végére erősített, nehezékkel ellátott fadarab az ún. „log”, valamint egy homokóra segítségével. Az időegység alatt letekeredett kötél hosszával mérték a sebességet. (Később az angol hajósok a kötélre egyenlő távolságra csomókat kötöttek, s ezek letekeredését figyelték. Innen származik az angol knot (csomó) sebesség egység, amely kb. 2 km/h-val egyezik meg). A sebesség meghatározásával képesek voltak megbecsülni a naponta megtett utat, így a távolságokat is. A földrajzi hosszúságot azonban egyáltalán nem tudták mérni, bár tudták, hogy keletre haladva a Nap korábban kel és delel. Ennek oka a kellő pontosságú, és a tenger erős hullámzásának ellenálló óra hiánya volt. A felfedezések korában két alapvető nyílt óceáni navigációs módszer terjedt el. Az egyik a szélességi körök lefutása (running down the latitudes), amikor is az indulási kikötőből alapvetően É–D irányban lehajóztak az elérni kívánt kikötő szélességi köréig, majd azon próbáltak haladni K–Ny irányban, míg elérték a partot. Ez volt a spanyol és portugál navigátorok fő módszere. A viharok és a rossz térképek ezt a módszert nehézkessé tették. A híres-hírhedt angol kalózok, mint pl. Sir Francis Drake jobban kedvelték a kockázatosabb, de sokkal gyorsabb halálos számítás (dead reckoning) módszert, amikor a szögtartó Mercator-vetületű térképen – ahol tetszőleges két pontot összekötő gömbi főkörív (loxodróma, legrövidebb út) egyenes szakasz – meghúzták az indulási és érkezési kikötő közti egyenest (a loxodróma képét) s e mentén próbáltak az iránytű segítségével hajózni. Sajnos ez a módszer is hibákkal terhelt volt, ami gyakran vezetett hajótörésekhez.

A földrajzi hosszúság mérését végül – olyan nagy tekintélyű tudósok, mint Edmond Halley, a róla elnevezett üstökös felfedezője és a Royal Society tagjai ellenében, akik Regiomontanus nyomán fanatikusan hittek a csillagászati hosszúság-meghatározás, sőt helymeghatározás lehetőségében – egy John Harrison (1693–1776) nevű autodidakta ács és asztalos oldotta meg a hajózási v. hosszúsági kronométer (1.17. ábra) megalkotásával. A brit parlament az egyre növekvő számú hajótörés hatására 1714-ben 20 ezer fontos díjat tűzött ki „egy olyan módszer kifejlesztéséért, melynek segítségével hathetes nyílttengeri út után még 30 mérföldnél kisebb hibával lehet a hajó helyzetét megállapítani”. A díjat évtizedekig tartó huzavona és öt Harrison-féle kronométer-típus megalkotása után (Harrison Number One, Two etc.) a H5 tesztelési eredményei alapján csak 80 éves korában, 1773-ban kapta meg a feltaláló.

John Harrison H5 hajózási kronométere, mely a British Museumban található

1.17. ábra. John Harrison H5 hajózási kronométere (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/14/Harrison%27s_Chronometer_H5.JPG)

James Cook (1.18. ábra) első expedíciója (1.19. ábra) a később megőrült, de uralkodásának kezdetén invenciózus vonásokat is mutató III. György király uralkodása korai szakaszában szerveződött meg. A Brit Akadémia (Royal Society) a haditengerészettel együttműködve expedíciót szervezett azzal a céllal, hogy Tahiti szigetéről megfigyeljék a Vénusz bolygó átvonulását a Nap előtt, amely 1769-re volt várható, és 1000 évenként csak egyszer fordul elő. Parancsnokul a 40 éves Cookot nevezték ki. Cook javaslatára az Endeavour (Törekvés) nevű 368 tonnás, 30 m hosszú szénszállító brigget alakították át, élelmiszerrel és 22 ágyúval szerelték fel. A 84 hajózó mellett a briggen csillagászok, botanikusok, rajzolóművészek tudományos csoportja tartózkodott. A hajó 1768 őszén indult és a veszélyesebbik utat választva, a Horn-fok megkerülésével jutott el céljához, Cook kitűnő parancsnoklása alatt mindenféle sérülés nélkül. A kutatók 1769 . június 3-án sikeresen elvégezték a bolygó-átvonulás megfigyelését. Ezután Cook – az előzetes terveknek megfelelően – felderítette és meglepő pontossággal feltérképezte Új-Zéland kettős szigetét, majd Ausztrália közel 2000 kilométeres keleti partvonalát, beleértve az általa elnevezett York-fokot (a partvidék északi részén helyezkedik el a Nagy Korallzátony, ami a vízi utat rendkívül veszélyessé teszi – itt az Endeavour is csúnyán megsérült, javítása több hetet vett igénybe), majd a Torres-szoroson keresztül kijutott az Ausztráliát és Indonéziát elválasztó Arafura -tengerre. Kelet-Ausztrália partjai mentén történő hajózása során felfedezett egy festői szépségű öblöt is, ahol a növényfajok szinte paradicsomi sokaságával találkoztak az expedícióval utazó botanikusok. Cook a helyet Botany Bay-nek (Botanika-öbölnek) nevezte el, ma itt áll Sydney, Ausztrália legnagyobb városa. Cook a tisztaságot, a szellőzést megkövetelve, az étrendbe rendszeresen savanyúkáposztát, gyümölcsleveket iktatva megelőzte a hajózókat megtizedelő skorbut betegséget. Amikor Jáva szigetén, Batáviában ( Jakarta ) tűzifát és élelmet szereztek be, a partraszállók közül harmincan meghaltak fertőző betegségben, köztük Green csillagász is. Ennek ellenére az Endeavour a Jóreménység fokát megkerülve 1771-ben, két év után sikeresen hazaért Angliába. Cook hajónaplóját kiadták és ettől kezdve a brit tudományos világ nagy felfedezőként tisztelte. Érdekes megemlíteni, hogy a Királyi Haditengerészet (Royal Navy) csak ekkor tartotta érdemesnek a kapitányi rang elnyerésére.

James Cook kapitány portréja

1.18. ábra. James Cook kapitány (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/76/Captainjamescookportrait.jpg/250px-Captainjamescookportrait.jpg)

Második expedíciójára (1.19. ábra) szintén a Brit Akadémia küldte ki azzal a céllal, hogy feltérképezze a legendás Déli Földrészt (Terra Australis). A legenda valószínűleg Piri (Hadzsi Muhiddin Piri Ibn Hadzsi Mehmed) reisz (török tengernagy) állítólag az Antarktiszt is ábrázoló elhíresült világtérképével (1513) is összefüggésben van: az újkorban az a hit terjedt el, hogy a Déli-sark körül nagy ismeretlen földrész terül el, melyet Déli Földrésznek neveztek. Miután Cook feltérképezte Ausztrália keleti partjait és Új-Zélandot, csaknem bizonyossá vált, hogy – bár kontinens nagyságú – Ausztrália mégsem lehet a legendás Terra Australis, így annak jóval délebbre kell elterülnie. Ennek ellenőrzésére küldték ki az expedíciót, mivel egyes akadémikusok – a bizonyítékok ellenére – szilárdan hittek a Déli Földrész létezésében és esetleg annak Ausztráliával délről való összeköttetésében. Cook ezúttal már nem egy szénszállító hajóból átalakított brigget, hanem két királyi hadihajót vezetett: a HMS Resolutiont és a HMS Adventure-t. Az expedíció igen magas déli szélességen körülhajózta a Földet 1773. január 17-én érintve a Déli-sarkkört is, majd egy évvel később újabb kísérletet téve elérte a 71º10’ déli szélességet. Majdnem beleütközött az Antarktiszba, egyes források szerint látták is annak partvidékét, de vissza kellett fordulnia az élelem és vízkészletek kimerülése miatt. Mindenesetre, a visszaúton felfedezte a Társaság-szigeteket, a Húsvét-szigetet, az Új-Hebridákat (Új-Kaledóniát) és Vanuatut. Cook expedíciója – paradox módon – egy időre eloszlatta a Terra Australissal kapcsolatos legendákat. (1820-ig kellett várni, hogy az orosz Lazarev-Bellingshausen expedíció hitelt érdemlően tudósítsa a világot az Antarktisz létezéséről.) Hazatérte után a Királyi Földrajzi Társaság tagjává választották, és a nagy felfedező és navigátor dicsfénye lengte körül.

Harmadik útjára (1.19. ábra) 1776-ban került sor: az utazás (titkolt, és siker esetén 20 000 fonttal díjazott) célja Szibéria vagy Alaszka , Kanada arktikus partjainál jégmentes átjáró – a régóta keresett „északnyugati átjáró” – felfedezése. Cook ismét a Resolutiont választotta hajójául. Kísérőhajója a Discovery volt . 1778 . január 18-án pillantották meg Oahu -nál a Hawaii -szigetek központi csoportját, melyet Cook Sandwich-szigeteknek nevezett el az Admiralitás első lordjáról. A Déli-Csendes-óceánról északkelet felé hajózott, hogy felfedezze Észak-Amerika nyugati partjait az utolsó spanyol területen Alta Californián (ma Észak-Kalifornia) túl. Hamarosan partraszállt a mai Oregonban, majd a Vancouver-szigeten. Ezt elhagyva Cook a partvonal mentén haladva feltérképezte azt egészen a Bering-szorosig. Közben felfedezte a később róla elnevezett Cook-félszigetet Alaszkában. Ezzel Cook egy csapásra megszüntette azokat a hézagokat, amelyeket a korábbi, kudarcot vallott spanyol (délről) és orosz (északról) expedíciók hagytak Amerika nyugati partvonalának meghatározásában. A sors fintora, hogy a jég miatt a Bering-szoros, ill. mögötte az Északi-Jeges-tenger átjárhatatlannak bizonyult, Cook nem folytathatta útját északkelet felé. A kudarc rendkívül megviselte, az idegességtől betegeskedni kezdett és a legénységgel is durván viselkedett.

Végül visszafordult a nemrég felfedezett Hawaii-ra. 1779 . január 17-én értek a fősziget Hawaii Kealakekula -öblébe, a mahakiki (aratási) ünnepekre, melynek során Cook-ot Lono , a béke istenének reinkarnációjaként tisztelték. Néhány hét múlva Oahu felé hajóztak, de a vihar törött vitorlákkal visszavetette a Resolutiont a már ismert Hawaii-öbölbe . Itt Cook egy ellopott dereglye miatt véres összetűzésbe keveredett a bennszülöttekkel, akik – mivel elmúlt Lono isten tiszteletének idénye, és helyette Ku, a harc istenének periódusa volt éppen – össze voltak zavarodva és emiatt több társával együtt megölték. Testét az istenek imádatához általuk szükségesnek vélt módon kicsontozták, megfüstölték, feldarabolták stb., gyakorlatilag „ereklyéket” állítottak elő belőle. Amikor helyettese Charles Clerke visszaszerezte a maradványokat, katonai dísztemetéssel búcsúztak Cooktól. Mivel Clerke a későbbiekben meghalt, mindkét hajó John Gore parancsnoksága alatt 1780 . október 4-én tért vissza Angliába.

James Cook világkörüli három expedíciójának útvonalai. (Részletesen a szövegben.)

1.19. ábra. James Cook kapitány három expedíciója. Az elsőt vörös, a másodikat zöld, a harmadikat pedig kék vonal jelöli. Szaggatott kék vonal jelöli a harmadik expedíció Cook halála után megtett útját. (Forrás: http://www.voyage-australie-nz.com/media/images/divers/normal/cook-3-voyage.png)

A Cook-féle expedíciók tulajdonképpen átmenetet képeztek a felfedező és a tudományos célú expedíciók között, hiszen a három expedíció során számos új földrajzi felfedezés is született, új területeket ismertek meg. A XIX. század kezdetétől már nemigen volt új felfedeznivaló, tehát a tudományos célok kerültek előtérbe. Ezek sorában a század elején indított orosz expedíciókat, köztük is Otto von Kotzebue expedícióit szükséges megemlíteni. Itt jegyezzük meg, hogy ez idő tájt Oroszországban számos kiváló német nemzetiségű tudós működött, mint pl. a korábban említett Fabian Gottlieb von Bellingshausen (1778–1852), az Antarktisz felfedezője. Többségük Kelet-Poroszország legkeletibb része, Ingermanland (ma nagyrészt Észtországhoz tartozó) területén élő nemesi családokból származott, amely terület akkor az Orosz Birodalom fennhatósága alatt volt. Hasonló származású volt Bellingshausen kortársa, Otto von Kotzebue (1787–1846) is, akit a tudományos célú óceánkutató expedíciók egyik úttörőjeként tartunk számon. Kortársához hasonlóan Kotzebue is az orosz haditengerészet kötelékében futotta be tengerésztiszti pályáját. Három expedíciót vezetett, mindhármat tudósok részvételével. Az expedíciókat a kivételesen nyílt és nagyvonalú, európai gondolkodású I. Sándor cár – Napóleon legyőzője, az orosz politikai élet megreformálója, a nép által „áldott” uralkodó – bátorította és támogatta. Az expedíciók során első ízben végeztek mélytengeri méréseket: a víz sótartalmát mérték meg. E mérések eredményei alapján dolgozta ki Emil Lenz ugyancsak kelet-porosz tudós a termohalin vízkörzés elméletét, azaz annak magyarázatát, hogy az eltérő sótartalom és hőmérséklet miatti sűrűségkülönbség jelentős mozgatóerő lehet az óceánokban, amely háromdimenziós tengeri vízkörzést, felszíni és mélységi áramlások rendszerét hozhatja létre.

A következő kutató, aki mélytengeri mérésekkel tette híressé nevét, Sir James Clark Ross volt, aki az Antarktisz környezetében végzett nagyszámú mélység, hőmérséklet és sótartalom mérést (róla nevezték el a Ross-tengert). Kotzebue és Ross mélytengeri méréseiket kézi csörlőkkel végezték, így azokat jelentős hiba terhelte. 1851-ben lefektették Dover és Calais között az első tengeri távíró-kábelt, melyhez kidolgozták a gőzgép hajtotta csörlőket. Ezek a kézieknél sokkal gyorsabbak lévén, a méréseket pontosabbá tették, és sokkal több mérésre adtak lehetőséget.

Az oceanográfia – amely mai szemmel nyilvánvalóan a geográfia (földrajz) szerves és jelentős részét alkotja – elnevezése Matthew Fontaine Maury (1806–1873, 1.20. ábra) amerikai tengerésztiszttől származik, és csak a XIX. század közepén került bevezetésre – általa.

Matthew Fontaine Maury portréja

1.20. ábra. Matthew Fontaine Maury (Forrás: http://www.knowsouthernhistory.net/Biographies/MF_Maury/matthe2.jpg)

Maury tengerészeti szolgálatát 1825-ben, 19 éves korában kezdte meg az Egyesült Államok Haditengerészeténél (US Navy). Szolgálatba lépése után azonnal a tengerek és a navigációs módszerek tanulmányozásába fogott. Amikor néhány év múlva lábsérülése miatt alkalmatlanná vált a tengeri szolgálatra, egész idejét a navigáció, a meteorológia, a szélrendszerek (a földi általános légkörzés modelljét is elkészítette) és a tengeráramlások tanulmányozásának szentelhette. Kemény munkája eredményeként 1842-ben kinevezték a Tengerészeti Obszervatórium (Naval Observatory) főfelügyelőjévé, valamint a Tengerészeti Térkép és Műszer Raktár igazgatójává. Ebben a minőségében módja volt átnézni több ezer hajónaplót, és a bennük található mérési adatokat. Ezen adatok feldolgozásával kiadta az Észak-Atlanti-óceán Szél és Tengeráramlat Térképét (Wind and Current Chart of the North Atlantic), mely lehetővé tette, hogy a széljárás és az áramlatok felhasználásával drasztikusan csökkentsék a tengeri utak időtartamát. Ezután kezdeményezésére a világtengereket járó (mind hadi-, mind kereskedelmi) hajók kapitányai egységes hajónaplókat kezdtek vezetni egységes mérési adatokkal, a Maury által megadott formátumban. Politikai ügyességére jellemző, hogy a pápa a katolikus államok hadi- és kereskedelmi hajóinak adományozható kitüntető zászlót alapított, amelyet csak azok a hajók kaphattak meg, ahol a hajónaplót a Maury által megadott formátumban vezették és el is juttatták annak másolatát Maurynak Washingtonba. Ez lehetőséget adott neki, hogy a világtenger többi fontos kereskedelmi hajóútja szél és áramlási térképét is elkészítse, munkáját globálissá tegye. Ezt az 1850-es évek elején a Szél és Tengeráramlás Térképek (Wind and Current Charts) című művében foglalta össze (200 kötet). Hajózási Irányelvek (Sailing Directions) című tengerészeti kézikönyve az egész világ tengerészete számára alapvető fontosságú, a kézikönyvet mind a mai napig folyamatosan frissítik: jelenleg 42 kötetből áll. Csaknem egyidejűleg megírta talán legfontosabb tudományos könyvét, A Tengerek Fizikai Földrajza és Meteorológiája (Physical Geography of the Seas and Its Meteorology) címen (1855–1862). Az 1855-ös kiadásban még nem szerepelt a meteorológia.

Maury előtt nem létezett az „oceanográfia” elnevezés. A szakterülettel foglalkozók különböző módon próbálták megnevezni foglalkozásukat: geográfus, meteorológus, navigátor stb. A Maury által vezetett intézmény az 1840-es évektől gyors fejlődésnek indult és pár éven belül a Tengerészeti Obszervatórium és Hidrográfiai Hivatal, majd később a Tengerészeti Oceanográfiai Hivatal elnevezést kapta. Innen került aztán közhasználatba az oceanográfia szó. Maury meteorológusi és klimatológusi tudományos és szervező tevékenysége is kiemelkedő volt, de ezt itt nem méltatjuk.

Nem hivatalos beceneve először a Tengerek Nyomkeresője (Pathfinder of the Seas), majd a Modern Oceanográfia és Tengerészeti Meteorológia Atyja (Father of Modern Oceanography and Naval Meteorology), végül pedig egyszerűen csak a Tengerek Tudósa (Scientist of the Seas) volt, említett Physical Oceanography of the Seas c. művének megjelenését (1855) méltán tekinthetjük a modern oceanográfia születési dátumának.

A következő jeles dátum a modern oceanográfia megszületésében az ún. Challenger-expedíció (1872–1875) volt. A HMS Challenger George Nares kapitány vezényletével 1872 decemberében hajózott ki Portsmouhtból. Feladata annak a kérdésnek a kutatása és lehetőség szerinti eldöntése volt, hogy létezhet-e élet az óceán mélyebb rétegeiben, ahová a napfény már nem hatol le. Az akkor általánosan elfogadott nézet szerint 300–500 m mélység alatt semmiféle (sem növényi, sem állati) élet nem létezhet. Ezt a hipotézist több szórványos észlelés (pl. a transz-atlanti kábelfektetés során) megcáfolni látszott. Két angol természettudós, C. Wyville Thomson és Benjamin Carpenter – akik hittek a mélytengeri élet létezésében – rávették a Brit Akadémiát (Royal Society), hogy vegyenek néhány mélytengeri gyűjtőhálós próbát. Ezek során az észak-atlanti vizekből nagyszámú mélytengeri élőlényt fogtak ki. A vita fellángolt: vajon az egész világóceán ilyen? Végül ez vezetett el a Challenger-expedíció megszervezéséhez, mely a kornak igazán grandiózus és jövőbe mutató vállalkozása volt. Ez volt az első „tisztán tudományos” oceanográfiai expedíció. A Challengert, amely eredetileg hadihajó volt, jelentősen átalakították a tudományos kutatási feladatokra: ágyúit leszerelték, helyükre mélytengeri merítőháló gőzcsörlőjét szerelték be, és számos – biológiai és kémiai – laboratóriumot rendeztek be. Az expedíció négy év alatt 127 600 km-t tett meg, főként az egyenlítői térségben és a déli félgömbön, egészen a Falkland-szigetek szélességéig, közben körülhajózta a Földet. Az expedíció 1606 napja közül 713 napon végeztek egész napos mélytengeri kutatást (egy fenékhálós, v. merítőhálós húzás 12 órát vett igénybe), ennek során 492 helyen vettek mélytengeri vízmintákat (profilok), 263 helyen végeztek mélységi hőmérséklet-méréseket (profilok), 133 helyen végeztek fenékhálós mintagyűjtést az óceánfenékről és 151 helyen húztak végig merítőhálót különböző mélységekben, végül 370 helyen végeztek mélységmérést nagy mélységekben. Az eredmények feldolgozásában 76 kutató vett részt, az írásos jelentés 50 kötetre rúgott. Az eredmények jelentősége megfelelt a munka volumenének: kb. 4700 új tengeri állatfajt fedeztek fel és írtak le. Az addig ismert 600 tengeri egysejtű fajhoz a Challenger-expedíció 3500 új fajt adott.

Az expedíció korszakos jelentősége két tényből adódott össze: az eredmények által szolgáltatott tudományos áttörés éppolyan jelentős volt, mint a kizárólag tudományos kutatásra, ismeretszerzésre szervezett grandiózus vállalkozás ötlete. Az expedíció lerakta az oceanográfia, mint új tudomány alapjait és meghatározta kutatási módszereit.

1.2.2. A modern kor

Nem utolsósorban a Challenger-expedíció kirobbanó sikere nyomán a következő évtizedekben (1880–1920, ill. 1940) az oceanográfiai kutatások elsősorban a tengerbiológia irányába tolódtak el. Ezt ösztönözte a halászat globálissá válása is, amely a hagyományos halásznépek által erősen halászott helyi vizekben a halállomány megfogyatkozására volt visszavezethető. Persze a tudományos visszaeséshez hozzájárult az I. világháború is. Egyetlen kivétel volt: az 1925–1927 között végrehajtott német Meteor expedíció, melyet jellemző módon ismét a kincskeresés motivált. Fritz Haber Nobel-díjas német kémikus az 1920-as évek elején azzal az ötlettel állt elő, hogy Németország a Franciaországnak fizetendő horribilis összegű 1 milliárd frankos jóvátételt a tengervízből kinyert arannyal fedezze. Az expedíció – mint azt ma már természetesen sejtjük – negatív eredménnyel zárult. Ugyanakkor nagy érdeme volt, hogy fellendítette az oceanográfia olyan részterületeit, mint az óceánok geológiájának, kémiájának és a fenék topográfiájának vizsgálata, melyeket korábban lényegében nem kutattak. 13 részletes keresztszelvényt vettek fel az Atlanti-óceánon a 20ºÉ és a 60ºD szélességi körök által határolt térségben, minden szelvényben meghatározták a tengervíz összes mérhető fizikai és kémiai paraméterét. A mélyebb rétegek lassú áramlásainak feltérképezésével Georg Wüst oceanográfus és Albert Defant osztrák meteorológus, az expedíció résztvevői meghatározták az Atlanti-óceán termohalin vízkörzésének átfogó képét, realizálva a 100 évvel korábbi Lenz-féle elméletet. A „német alapossággal” végrehajtott expedíció világszerte csodálatot és irigykedést váltott ki.

Az időközben elsőszámú világhatalommá nőtt USA Nemzeti Tudományos Akadémiája (National Academy of Sciences, NAS) „válaszul” 1927-ben Oceanográfiai Bizottságot hozott létre, melynek javaslatai nyomán a keleti partvidéken Boston közelében létrehozták a Woods Hole Oceanográfiai Intézetet, a nyugati partvidéken a kaliforniai La Jollában a Scripps testvérek által alapított szerény oceanográfiai állomást pedig az előbbi intézmény párjaként a nagy kutatói létszámú és költségvetésű Scripps Oceanográfiai Intézetté fejlesztették. Ezek a főként állami megrendelésre kutató intézmények szolgáltak a később létrejött Nemzeti Laboratóriumok (Nat’l Laboratories) rendszerének példájául, és ma is meghatározó szerepet játszanak az Egyesült Államok tengerkutatásában.

Az oceanográfia kezdett résztudományokra bomlani, megjelentek az általános leíró oceanográfia, a fizikai oceanográfia, az óceánok geológiája, és biológiája körvonalai. A fizikai oceanográfia kezdeteit H. U. Sverdrup norvég meteorológus és oceanográfus 1942-ben megjelent könyve, Az Óceánok Fizikája, Kémiája és Általános Biológiája (The Oceans: Their Physics, Chemistry and General Biology) jelentette. A fizikai oceanográfia az óceánok vonatkozásában ugyanazokkal a kérdésekkel foglalkozik, mint a légkör tekintetében a – már előbb, a XX. század elején létrejött – légkördinamika és légkörfizika, a teljes éghajlati rendszer vonatkozásában pedig a század utolsó negyedében létrejött fizikai klimatológia. Mindazonáltal az a tény, hogy 1942-ben még lehetőség volt egykötetes, a teljes oceanográfia tudásanyagát magában foglaló könyv megírására, jelzi a tudományterület viszonylagos fejletlenségét. A szakterület fejletlensége, elsősorban a világóceán háromdimenziós képéről és folyamatairól szerzett adatok óriási hiánya sok problémát okozott a küzdő feleknek a II. világháborúban: mind az Atlanti-óceánon folyó hatalmas méretű tengeralattjáró-háborúban, mind pedig a földgömbnek durván felét elfoglaló csendes-óceáni japán–amerikai küzdelemben. Mindenesetre a háború – ahogy szokta – kitermelte (eredetileg nem a kutatás, hanem a pusztítás céljával) a tudásbeli hézagok betömésére alkalmas technikai eszközöket: az óceán mélyében való harcra a hang- (akusztikus) lokátort (sonar, Sound Navigation and Ranging), amely egyaránt volt alkalmas tájékozódásra, a mélység megmérésére, a víz alatti akadályok és az ellenség felderítésére. Ugyanolyan szerepet játszott ez a berendezés a vízben, mint a levegőben a csaknem azonos időben kifejlesztett rádiólokátor (radar, Radio Detection and Ranging). A háború után a technikát továbbfejlesztették a tengeráramlatok sebességének mérésére is, hasonlóan ahhoz, ahogy kifejlődtek az időjárási radarok. Ezek voltak az ún. távérzékelési technikák első alkalmazásai a meteorológiában és az oceanográfiában.

A modern kor másik alapvető jellemzője a meteorológiában és az oceanográfiában igen korán létrejött magas szintű nemzetközi együttműködés (a tudományterületek „globalizációja”), amelyet megkönnyített a légkör és a világóceán globális, „határtalan” volta és az utóbbi esetben a nemzetek szuverenitásának korlátozottsága a világóceánon (csak az ún. területi vizek (1.21. ábra) tartoznak az egyes tengerparti nemzetek fennhatósága alá).

A területi vizek, vagy területi tengerrész – az 1982-es „ENSZ Konvenció a Tenger Törvényéről” értelmében – a parti vizek 12 tengeri mérföld szélességű sávja a mindenkori (apálykor fennálló) partvonaltól. A parti vizek az adott állam szuverén területét képezik, mindazonáltal (mind hadi, mind polgári rendeltetésű) idegen hajók ártatlan szándékkal átkelhetnek azon. A szuverenitás kiterjed a területi vizek feletti légtérre és az alatta fekvő tengerfenékre is.

A területi vizek kifejezés informálisan arra a tengerrészre is használatos, amely felett az adott államnak törvényes jogai vannak, beleértve a területi vizeket, az ezzel érintkező zónát, a kizárólagos gazdasági zónát és potenciálisan az egész kontinentális selfet.

Parti vizek felosztása jogi-politikai-gazdasági szempontból

1.21. ábra. Vizek felosztása politikai-gazdasági szempontból (Forrás: http://1842.img.pp.sohu.com.cn/images/blog/2009/3/11/7/16/1209d396a95g214.jpg)

Az első grandiózus globális kutatási program az 1957–1958-ban megrendezett nemzetközi Geofizikai Év volt (az aktív Nap – napfolt-maximum – időszakában). 1964-ben került sor a Mélytengeri Fúróprogramra, majd az 1970–1980 közötti 10 évet az ENSZ Nemzetközi Óceánkutatási Évtizednek nyilvánította. Az azóta létrejött és részben ma is működő nemzetközi óceánkutatási programokkal a későbbiekben részletesen foglalkozunk.

1.2.3 A fizikai oceanográfia (vagy óceándinamika) fejlődése

A fizikai oceanográfia kezdeteit – mint említettük – Harald Ulrik Sverdrup (1888–1957, 1.22. ábra) könyvének 1942-es megjelenésétől számítjuk. Sverdrup norvég nemzetiségű oceanográfus és meteorológus volt, aki számos jelentős felfedezést tett ezeken a tudományterületeken. Miután Bergenben és Lipcsében dolgozott, csatlakozott Roald Amundsen északi sarki expedíciójához, melyben 1917–1925 között vett részt. Ezután kinevezték a Bergeni Egyetem (meteorológiában híressé vált, „bergeni iskola”-ként elnevezett) tanszékének vezetőjéül, ahol azonban érdeklődése fokozatosan az oceanográfia felé fordult. Ennek megfelelően 1936-ban átköltözött az Egyesült Államokba, ahol a Scripps Ocanográfiai Intézet Igazgatója lett, és ezt az állást 12 évig, 1948-ig töltötte be. 1938–1941 között 33 helyi expedíciót szervezett Kalifornia partvidékének részletes feltárására. Sokkal jelentősebb volt azonban elméleti munkássága. Kifejlesztette az óceán felszíni cirkulációjának mennyiségi elméletét, melyet Sverdrup-egyensúlynak neveznek. 1948-ban hazaköltözött és a Norvég Sarki Intézet igazgatója lett. Mértékegységet is neveztek el róla: az óceánokban áramló víz mennyiségét (fluxusát) az oceanográfia kutatói róla nevezték el sverdrup-nak.1 sverdrup (Sv) = 1 millió köbméter víz áramlása másodpercenként. Híres könyvét 1970-ben újra kiadták. Munkásságára e fejezet végén még visszatérünk!

A fizikai oceanográfia – hasonlóan a geofizikához és a légkördinamikához – arra az alapvető kérdésre keres választ, hogy milyen erők idézik elő az adott földi közegben (az adott esetben a világóceánban) lezajló mozgásokat. Így a fizikával rokon oceanográfiai résztudomány alapvetően a fizika leírási módját és módszereit alkalmazza. A tenger alapvető mozgásformáinak: a hullámzásnak és a tengeráramlatoknak az elméleti fizikai leírása meglehetősen nehéznek bizonyult, nem utolsósorban a kevés mérési adat és a mérések nehézsége miatt.

A századok folyamán sok – néha bizarr és fantasztikus – magyarázat született ezekre a jelenségekre. Érdekes módon Galileo Galilei, aki az újkorban először foglalkozott a kérdéssel – a kopernikuszi heliocentrikus világkép és a Föld forgásának felismerése nyomán –, részlegesen helyes magyarázatot adott a tengeráramlásokra: azt állította, hogy a forgó Földhöz képest a nem szilárdan csatolt óceáni víztömeg tehetetlensége az áramlások kiváltója. Az Egyenlítőn, ahol a forgás kerületi sebessége a legnagyobb, az óceán „lemarad” a forgó Föld (litoszféra) mögött, ez okozza a keleties egyenlítői áramlásokat. A magasabb földrajzi szélességeken aztán a kontinensek keleti partja mentén a sarkok felé áramló meleg víz fokozatosan szögsebesség-momentum többletre tesz szert, amely a Föld forgásánál gyorsabb nyugatias áramlatokban ölt testet (pl. Golf-áram). Az óceáni áramlási köröket azután a kontinensek nyugati partja mentén az Egyenlítő felé tartó hideg áramlatok zárják be. Meglepően modern magyarázat! A légkörben az egyenlítői légkörzés (Hadley-cella) és a mérsékelt égövek nyugati szelei is így jönnek létre. És mindez évszázadokkal azelőtt, hogy a légkörre vonatkozó elméletek megszülettek volna!

Sajnos Galileit az inkvizíció 1633-ban megtörte és heliocentrikus nézeteinek visszavonására kényszerítette, ami e kérdés kutatását is évszázadokra visszavetette. Az ezután született magyarázatok a római katolikus egyház nyomása alatt, elvárásainak megfelelően születtek és emiatt teljesen, olykor nevetségesen tévesek voltak. A XVII. század végén Luigi Fernando Marsigli gróf állt elő egy érdekes magyarázattal, ami a különböző sótartalmú vízrétegek különböző sűrűségére és hidrosztatikára vezette vissza az áramlások okát. Ezzel ő is részlegesen rátapintott a lényegre. Elméletét J. S. von Waitz német tudós fejlesztette tovább, így meg tudták magyarázni a Boszporusznál és Gibraltárnál kialakuló, a felszínivel ellentétes mélységi áramlásokat, és elméletüket megpróbálták kiterjeszteni a nagy óceáni áramlási rendszerekre is.

A konvekciónak (a hidrosztatikai egyensúly megbomlása miatt létrejövő függőleges áramlásnak) a tengeráramlatokban játszott szerepét sokáig azért nem tudták helyesen értelmezni, mivel a sós tengervízre is alkalmazták a tiszta vízre érvényes hőmérsékleti sűrűségváltozási formulát: az édesvíz sűrűsége +4 ºC-on a legnagyobb, onnan a csökkenő hőmérséklettel növekszik. A Royal Society gyakran konzervatív tudósai ezért úgy vélték, hogy a mélytengerek egységesen +4 ºC hőmérsékletűek és mozdulatlanok: ez a nézet hosszú időre dogmává vált. Senki sem figyelt fel arra, hogy A. Marcel svájci orvos már 1819-ben kimutatta: a tengervíz sűrűsége egészen a fagypontjáig, –1,8 ºC-ig folyamatosan növekszik. Végül a Kotzebue-expedíciók során végzett mérések alapján elfogadták, hogy a mélytengeri áramlatokat a horizontális sűrűségkülönbségek hajtják. Legkésőbb, csak a XX. század első évtizedeiben, nagy viták után, a légáramlások (a szél) tengeráramlás-keltő hatása is tisztázódott, elsősorban Vagn Valfrid Ekman (1874–1954) kutatásainak köszönhetően. Végül Harald Ulrik Sverdrup volt az, aki a három hatást, a tehetetlenséget, a termohalin cirkulációt és a szél hajtotta felszíni áramlást sikerrel egyesítette egy elméletbe, megalapozva így a fizikai oceanográfiát. Sverdrup nemcsak hatalmas elme, hanem nagy iskolateremtő egyéniség is volt: Oceanográfia meteorológusok számára c. jegyzetét, majd tankönyvét (1942) az amerikai fizikai oceanográfusok nagy nemzedéke – akik közül majdnem mindenki Sverdrup tanítványa, vagy barátja volt – „bibliájának” tekintette. A könyv hatása 1970-ig szinte kizárólagos, ma is alapvető fontosságú mű.

Harald Ulrik Sverdrup munka közben

1.22. ábra. Harald Ulrik Sverdrup (Forrás: http://www.nap.edu/html/biomems/photo/hsverdrup.GIF)