Dzidki, czy wiecie, że najwcześniejsze zarejestrowane metody pomiaru głębokości polegały na zastosowaniu linii obciążonych? Wykazały to badania archeologiczne z Egiptu (znaleziska szacuje się na okres ok. 1000 w. p. n. e). Metodę tą stosowano jedynie do pomiaru głębokości akwenu przez całe wieki (najczęściej jezior, rzek i wybrzeża). Uległo to zmianie dopiero w XIX wieku przez ekspedycję brytyjską korwetą żaglowo-parową H.M.S. Challenger, która miała miejsce w latach 1872-1875 i była znana pod nazwą „Mountains in the Sea”. Pierwsza wyprawa oceanograficzna trwała aż 1000 dni – w tym czasie statek przemierzył 68 000 mil (czyli około 127 600 km). Pomiaru już nie dokonywano ręcznie, lecz przy pomocy wciągarki, dzięki której możliwe było wykonywanie pomiaru znacznie większych głębokości w krótszym czasie. Jednak minusem była jedna głębokość mierzona tylko w jednym punkcie w tym samym czasie, dlatego metoda ta była dosyć powolna. Podczas całej ekspedycji zebrano dane aż z 362 stacji oceanograficznych (dokonano wtedy nie tylko pomiaru głębokości, ale również temperatury, stanu chemicznego wody, osadów głębinowych w kontekście badań sejsmograficznych, prądów morskich, a nawet pierwszego w historii opisu dźwięków oceanicznych wydawanych przez delfiny butlonose). Całe badania zostały spisane aż w 50 tomach, których liczba stron sięgała prawie 30 tys. stron.

H.M.S. Challenger – Charakterystyka korwety

Zbudowana w stoczni Woolwich Dockyard, nieopodal Londynu dziewiętnastowieczna korweta parowo-żaglowa typu Pearl biorąc udział w pierwszej ekspedycji oceanograficznej miała odmienić na zawsze historię świata. Budowę rozpoczęto 31 marca 1855 roku, 3 października położono stępki (czyli oś konstrukcyjna statku), zaś cała konstrukcja wyniosła 76272 funty. Wodowanie nastąpiło dopiero 5 lutego 1858 roku. Od 10 września 1858 H.M.S. Challenger wstąpił do służby Royal Navy. Pomimo niewielkich rozmiarów, okręt ten posiadał wyporność 2137 (tak, nie przywidziało Wam się, Dzidki – to ta liczba) długich ton. Jej długość całkowita wynosiła 68,7 m (w tym równo 61 m pokładu działowego posiadającego uzbrojenie w postaci 20 armat 10-calowych oraz 1 armatę 20-calową), zaś jej szerokość wynosiła 12,3 m, zanurzenie rufy – 5,7 m, zaś dziobu – 5,3 m. Kadłub korwety wykonany został z drewna.

Posiadała napęd w postaci ożaglowania (fregaty), 1 śruby okrętowej (jest to pomysł bazujący na śrubie Archimedesa, jeśli kogoś to interesuje) oraz silnika parowego o mocy 1450 ihp (w 1826 została ujawniona zasada działania indykatora, kreślącego wykres ciśnienia w cylindrze. Indykator był używany do celów diagnostycznych, przede wszystkim do kontroli pracy rozrządu, ale pozwalał też na dosyć prosty pomiar rzeczywistej mocy oddawanej w silniku przez parę. W czasie prób odbiorczych zbierano wykresy dla wszystkich cylindrów, potem całkowano numerycznie - ręcznie, później z użyciem planimetru, co dawało pracę wykonaną w cyklu i dzielono przez obroty maszyny w jednostce czasu. Tak obliczoną moc nazywano indykowaną. Ze względu na duże mechaniczne straty w cylindrach i ślizgowych łożyskach silnika moc indykowana była dla dobrze utrzymanego silnika ok. 15-20% większa od mocy dostępnej w punkcie wyprowadzenia napędu). Przy pomocy silnika parowego H.M.S. Challenger osiągał prędkość 10,7 węzła. W latach 1872-1876 okręt brał udział w pierwszej wyprawie oceanograficznej w historii dookoła świata, czyli „Mountains in the Sea”, na której odegrał niezwykle istotną rolę. Niedługo po jej zakończeniu, w 1978 został wycofany ze służby w Royal Navy. Zezłomowanie miało miejsce dopiero w 1921 roku.

Przemiana korwety marynarki wojennej w okręt oceanograficzny

W 1870 roku dr Charles Wyville Thomson zasugerował, aby Towarzystwo Królewskie w Londynie poprosiło rząd brytyjski o wykorzystanie jednego z jego statków na dłuższy rejs badawczy. Rząd zgodził się, żeby H.M.S. Challenger został zmodyfikowany do prowadzenia badań oceanicznych. Amunicję i 15 dział usunięto ze statku i zastąpiono laboratoriami, pracowniami badawczymi i magazynami. H.M.S. Challenger przez większość czasu używał żagli zamiast silnika parowego, aby umożliwić częste postoje podczas zbierania danych. Silnik parowy był używany tylko podczas operacji pogłębiania do pobierania próbek z głębin dna oceanu, jak chociażby w pobliżu Głębi Challengera w Rowie Mariańskim (nazwanego na część pierwszego okrętu oceanograficznego dokonującego pomiaru w najgłębszym rowie oceanicznym na świecie).

Załoga ekspedycji „Mountains in the Sea”

Załoga statku składały się z sześciu pracowników cywilnych i naukowych, na czele których stał dr C. Wyville Thomson. Zawierał również 21 oficerów marynarki wojennej, w tym kapitana George'a Naresa (zastąpionego przez kapitana Franka Thomsona w 1875 roku), a także około 216 pozostałych członków. Kiedy rejs zakończył się w 1876 roku, na statku pozostało tylko 144 członków załogi. Siedem osób zmarło, pięć wyjechało, gdy zrobił to kapitan Nares, 26 zostało w szpitalach lub nie było w stanie kontynuować podróży, a kilka zdezerterowało w różnych portach.

Ekspedycja dookoła świata - „Mountains in the Sea”

Rejs H.M.S. Challenger, który odbył się w latach 70. XIX wieku, trwał aż 1000 dni i został sfinansowany przez towarzystwo naukowe Royal Society of London. W trakcie jego trwania brytyjska korweta pokonała ponad 68 000 mil morskich (ok. 127 600 km). Wielu uważa ją za pierwszą prawdziwą ekspedycję oceanograficzną, ponieważ dostarczyła wielu informacji o środowisku morskim. Załoga pokładu zidentyfikowała wiele nowych organizmów morskich (nieznanych dotąd nauce, których próbki przywieziono zakonserwowane w słoikach) i obejmowały dane z 362 stacji oceanograficznych na temat temperatury, prądów morskich, składu chemicznego wody i osadów dna oceanicznego – w tym w kontekście badań sejsmograficznych, a nawet pierwszego w historii opisu dźwięków wydawanych przez morską faunę). Załoga HMS Challenger napotkała wiele wyzwań, gdy próbowała określić temperaturę wody. Najczęściej używanym termometrem na statku był termometr rtęciowy Miller-Casella, który był mały, trudny do odczytania i podatny na wpływ ciśnienia. Challenger miał również termometr piezoelektryczny (ciśnieniowy) i termometr oporowy. Ale oba te instrumenty były dość nowe, a naukowcy mieli z nimi niewielkie doświadczenie.

Podczas trwania ekspedycji „Mountains in the Sea” dnia 23 marca 1875 roku zmierzono głębokość w Głębi Challengera znajdującej się w Rowie Mariańskim (nazwanej tak na cześć pierwszego statku oceanograficznego H.M.S. Challenger z pokładu którego po raz pierwszy dokonano pomiaru w tym miejscu). Była ona oklreślana przy pomocy narzędzia pomiarowego zwanego ołowianką, które polegało na opuszczeniu ołowianego ciężarka przyczepionego do liny, na której znajdowały się zaznaczone wartości liczone w sążniach (w żegludze morskiej stosowano sążeń anglosaski zwany fathomem, 1 fm = 1,8288 m). Głębokość w tym miejscu wyniosła 4475 sążni, czyli około 8184 m, jednak po powtórnej analizie w 1912 roku John Murray będący jednym z członków ekspedycji w swojej książce „The Depths of the Ocean” poprawił dane pomiarowe głębokości na 5266 sążni, czyli ok. 9636 m. Dopiero w 1951 roku ustalono bardzo bliską aktualnym danym głębokość Głębi Challengera przy pomocy statku oceanograficznego „Challenger” (innego, ale o tej samej nazwie), która wykazała, że głębokość w tym miejscu wynosi jednak 5960 sążni, czyli około 10900m (dzisiaj dzięki badaniom z batyskafu Trieste z 23 stycznia 1960 roku przeprowadzonego przez Jaquesa Piccarda i Donalda Walsha wiemy, że dokładna głębokość tego punktu to 10994 m).

Dane zebrane podczas ekspedycji opublikowano aż w 50 tomach liczących sobie aż 29500 stron. Dokładne opracowanie wyników z wyprawy zajęło 23 lata, zaś same tomy spisywano łącznie przez 15 lat (od 1880 roku do 1895 roku). Specjaliści z wielu dyscyplin naukowych przestudiowali zbiory i dane oraz pomogli w opracowaniu raportów. Bogate opisy flory, fauny i kultur odwiedzanych ziem zawierały również raporty spisane przez członków wyprawy. Badania zostały wzbogacone o fotografie wraz z ilustracjami wykonanymi przez uzdolnionego artystycznie zoologa, Ernsta Haeckela. Jako ciekawostkę warto nadmienić, że miejsca pomiaru dokonywane podczas ekspedycji opisane w publikacjach naniesiono na mapę dna oceanicznego dopiero w 2003 roku.

Dodatkowa literatura dla zainteresowanych:

H.M.S. Challenger:
1.https://you.stonybrook.edu/marinebio/explorations/the-challenger/
2.https://divediscover.whoi.edu/history-of-oceanography/the-challenger-expedition/
3.https://www.wikiwand.com/pl/HMS_Challenger_(1858)
4.https://wynalazki.andrej.edu.pl/wynalazki/35-si/588-sruba-okretowa
5.https://fow.pl/forum/viewtopic.php?t=6121
6.http://www.santisimatrinidad.jun.pl/printview.php?t=274&start=0&sid=9c31bfc76640e4da6cc56cb1961931ce

Załoga H.M.S. Challenger:
7.https://www.britannica.com/biography/C-Wyville-Thomson
8.https://www.britannica.com/biography/John-Murray

Ekspedycja „Mountain in the Sea”:
9.https://www.graptolite.net/Facta_Nautica/corvettes/Challenger.html
10.https://www.graptolite.net/Facta_Palaeontologica/laboratorium.html
11.https://www.bbc.com/travel/article/20200719-hms-challenger-the-voyage-that-birthed-oceanography
12.https://www.challenger-society.org.uk/History_of_the_Challenger_Expedition
13.https://www.rmg.co.uk/stories/topics/hms-challenger-expedition-oceanography-trailblazer
14.https://www.britannica.com/event/Challenger-Expedition
15.https://oceanexplorer.noaa.gov/explorations/03mountains/welcome.html
16.https://oceanexplorer.noaa.gov/explorations/03mountains/background/challenger/challenger.html
17.https://www.discovermagazine.com/planet-earth/hms-challenger-humanitys-first-real-glimpse-of-the-deep-oceans
18.https://interactiveoceans.washington.edu/hms-challenger/
19.https://hydropolis.pl/eksploracja-glebin-oceanicznych/
20.https://www.wikiwand.com/pl/G%C5%82%C4%99bia_Challengera
21.http://www.seasky.org/ocean-exploration/ocean-timeline-1951-1970.html
22.https://www.britannica.com/topic/Royal-Society

Badania z ekspedycji H.M.S. Challenger:
23.https://biostor.org/reference/127803
24.https://biostor.org/reference/59709
25.https://archimer.ifremer.fr/doc/1885/publication-4749.pdf
26.https://royalsocietypublishing.org/doi/pdf/10.1098/rspa.1954.0079
27.https://foraminifera.eu/brady.php
28.https://biostor.org/reference/194065
29.https://books.google.pl/books?id=grYrAwAAQBAJ&pg=PT247&lpg=PT247&dq=hms+challenger&source=bl&ots=cwAwTFY1rq&sig=ACfU3U2CAxu5GpG4DQr4c1O6jUzHgIHlLw&hl=pl&sa=X&ved=2ahUKEwjh9s-aqN38AhWVhf0HHbrlDLQ4KBDoAXoECBkQAw#v=onepage&q=hms%20challenger&f=false
30.https://www.purpleculture.net/the-report-on-the-scientific-results-of-the-voyage-of-hms-challenger-vol52-p-27694/
31.https://encyklopedia.pwn.pl/haslo/sazen;3972833.html
32.https://rammhmschallenger.wordpress.com/