National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine (2025) Forecasting the Oceans: The 2025-2035 Decade of Ocean Science. Washington, DC: The National Academies Press. 172p. – https://doi.org/10.17226/27846 – free access document pdf po registraciji z elektronsko pošto (25. februar 2025: na voljo zaenkrat le “prepublication copy”)

About the publication (predstavitev publikacije):

Razumevanje in predvidevanje sprememb v oceanih ter njihovega vpliva na morske ekosisteme in ljudi še nikoli ni bilo tako nujno. V zadnjih letih so temeljne in aplikativne raziskave na področju znanosti o oceanih razvile natančnejše napovedi procesov v oceanih in na morskem dnu, ki so skupnostim pomagale pri prilagajanju na spreminjajoče se razmere. Vendar na začetku novega desetletja (2025-2035) ameriške naložbe v oceansko znanost, inženirstvo in tehnologijo ne sledijo naraščajočim družbenim potrebam, čeprav ameriški tekmeci povečujejo naložbe v oceansko znanost in razvijajo svoje zmogljivosti.

To konsenzualno poročilo na zahtevo ameriške Nacionalne znanstvene fundacije (angl. National Science Foundation – NSF) svetuje, kako usmeriti naložbe v oceanske raziskave, infrastrukturo in delovno silo, da bi se v prihodnjem desetletju in pozneje soočili z nacionalnimi in globalnimi izzivi ter s tem okrepili nacionalno varnost, znanstveno vodstvo in gospodarsko konkurenčnost z uspešnim modrim gospodarstvom. V poročilu je določen tudi glavni izziv za NSF in širšo raziskovalno skupnost: vzpostaviti novo paradigmo za napovedovanje stanja oceanov v merilih, pomembnih za blaginjo ljudi v naslednjem desetletju. Realizacija tega izziva je odvisna od nadaljnjega financiranja temeljnih raziskav na področju oceanskih študij in ponovnega vlaganja v infrastrukturo oceanskih znanosti. Potreben bo celosten pristop k raziskavam, ki bo v celoti izkoristil nastajajoče tehnologije, povečal število delovne sile in povečal razpoložljiva sredstva s strateškimi partnerstvi med zveznimi in državnimi agencijami, industrijo, akademskim svetom in drugimi interesnimi skupinami.

Summary (povzetek):

Stanje oceanov vpliva na vse ljudi na Zemlji. Ocean se spreminja na nepredvidene načine in z neznansko hitrostjo, pri čemer so spremembe vidne na lokalni, regionalni in globalni ravni. Ocean zagotavlja bistvene vire, kot so hrana, način prevoza, energija in minerali, zdravila, možnosti za rekreacijo, kar vse prispeva h gospodarski konkurenčnosti ZDA in dobremu počutju posameznikov in skupnosti. Varuje velik del naših državnih meja. Ocean ima pomembno vlogo tudi pri ustvarjanju nevarnih razmer, ki vplivajo na skupnosti ob obalah, kjer živi polovica svetovnega prebivalstva, pa tudi na skupnosti v notranjosti države.

Družbeni interesi v zvezi z oceani – od gospodarskih dejavnosti in nacionalne varnosti do hrane, rekreacije in turizma – že desetletja vzbujajo pozornost in podporo državljanov in zakonodajalcev. Financiranje temeljnih raziskav oceanskih znanosti prek Oddelka za oceanske znanosti (angl. Division of Ocean Sciences – OCE) Nacionalne znanstvene fundacije (angl. National Science Foundation – NSF) že od petdesetih let prejšnjega stoletja spodbuja vodilno vlogo ZDA v svetu na področju oceanskih znanosti in prinaša pomembna znanstvena odkritja. Podpora Oddelka za oceanske znanosti je na primer izboljšala našo sposobnost napovedovanja dogodkov El Niño, kar nam omogoča, da se do 18 mesecev vnaprej pripravimo in ublažimo učinke teh in drugih oceanskih procesov, ki močno vplivajo na ZDA, svetovno vreme in gospodarstvo. Podpora Odelka za ocenake znanosti je omogočila odkritje hidrotermalnih vrelcev in ogromne mikrobne skupnosti globoko pod morskim dnom, kar je omogočilo vpogled v meje življenja na Zemlji (in prispevalo k razvoju novih biotehnologij). Raziskave, ki jih je podprl Oddelek za oceanske znanosti, so izboljšale naše razumevanje, katere morske vrste (vključno s komercialno pomembnimi ribami) so občutljive na spreminjajoče se oceanske razmere, kar je omogočilo bolj usmerjeno uporabo virov za ohranjanje ranljivih vrst, vključno z novimi prizadevanji za ohranitev, obnovo in prihodnost koralnih grebenov. Poleg tega podpora Odeelka za oceanske znanosti osnovnim raziskavam na področju rebrač (angl. comb jelly, lat. Ctenophora), ki bi lahko privedle do odkritja biomolekul, ki bi lahko vodile do napredka v nevroznanosti in zdravljenja bolezni, kot je Alzheimerjeva bolezen.

Na začetku novega desetletja (2025-2035) bodo ameriške naložbe v znanost, tehnologijo, inženiring, in matematiko na splošno, zlasti pa geoznanosti, ne sledijo naraščajočemu družbenemu razvoju. potrebam družbe. Oblikovalci politik na primer potrebujejo boljše informacije o tem, kako spremembe ekosistemov vplivajo na pomembne ribištvo, kako bo večji dostop do Arktike ogrozil nacionalno varnost ZDA in koliko več toplote se bo sprostilo na Arktiki. toplote bo ocean absorbiral iz ozračja, ko se bo podnebje še naprej segrevalo. Hkrati pa so na voljo tudi druge države, vključno z ameriškimi tekmeci, povečujejo svoje naložbe v oceansko znanost in pospešujejo razvoj s tem pa izzivajo vodilno vlogo ZDA na področju znanosti. Združene države so na kritičnem mestu, saj ko so potrebne velike naložbe za nadgradnjo in zamenjavo infrastrukture za podporo osnovnim in uporabne raziskave. Brez takšnih naložb bodo Združene države izgubile vodilno vlogo na tem področju v svetovnem merilu. konkurenčnih prizadevanjih.

To poročilo svetuje Nacionalni znanstveni fundaciji (NSF) pri usmerjanju naložb v oceanske raziskave in infrastrukturo, in delovno silo, da bi se v prihodnjem desetletju soočili z nacionalnimi in svetovnimi izzivi.

V nadaljevanju povzemamo bistvene elemente vsebine poročila Nacionalnih akademij ZDA Napovedovanje oceanov: Desetletje znanosti o oceanih 2025–2035. Poročilo poudarja kritična znanstvene vprašanja, tehnološke potrebe in infrastrukturne zahteve za napredek v znanosti o oceanih v naslednjem desetletju.

Ključne teme in ideje poročila:

1. Pomen znanstvenega vrtanja v oceanih:

• Znanstveno vrtanje v oceanih je že skoraj 60 let ključnega pomena za razumevanje zemeljskega sistema, vključno z razjasnitvijo teorij o tektoniki plošč in obnašanju ledenih plošč ter omejevanju klimatskih modelov.
• V prihodnje ostaja znanstveno vrtanje v oceanih pomembno orodje za odgovarjanje na nujna znanstvena vprašanja naslednjega desetletja o napovedovanju podnebja, kroženju ogljika in toplote, podpovršinskih mikrobnih skupnostih in napovedovanju geonevarnosti.
• Poročilo opozarja na negotovo prihodnost znanstvenega vrtanja, saj se je pogodba za primarno platformo za vrtanje, JOIDES Resolution, iztekla leta 2024.
• “Brez novih pristopov k obravnavanju tako dediščinskih sredstev kot infrastrukturnih potreb, so možnosti za prihodnje operativno in znanstveno vodstvo ZDA blede. Ni verjetno, da se bo takšno vodstvo ZDA lahko ponovno pridobilo brez ameriške ladje za vrtanje.”

2. Napovedovanje geološko pogojenih nevarnosti:

• Poročilo poudarja, da znanstveni napredek omogoča večjo sposobnost napovedovanja potresov, zdrsov prelomov in vulkanske aktivnosti.
• Izboljšali so se sistemi napovedovanja in zgodnjega opozarjanja pred cunamiji.
• Potresi in podvodni plazovi lahko povzročijo cunamije, ki povzročijo veliko škodo in žrtve. Omenjeni so primeri kot potres na Sumatri leta 2004 in potres Tohoku leta 2011.
• “Nedavne raziskave so razkrile prekurzorske signale, povezane z nekaterimi velikimi potresi, kar vodi k cilju integracije podatkov in modelov za izboljšanje ocen verjetnosti potresov v realnem času.”

3. Ogljikovo sekvestracijo v globokem oceanu:

• Ugotovljeno je bilo, da imajo mikrobne skupnosti v podpovršinski biosferi kvantitativno pomembno vlogo pri odstranjevanju ogljika.
• Podpovršinski ekosistem je dom največjemu rezervoarju mikrobne biotske raznovrstnosti in organskega ogljika na planetu.
• Razumevanje variabilnosti v ogljikovem ciklu z novimi biogeokemičnimi opazovanji in senzorji je ključno.
• Testiranje in validacija modelov z opazovanji preteklih sprememb v ogljikovem ciklu in podnebju je pomembno.
• Potencial za pospešitev naravnih procesov odstranjevanja CO2 v oceanih (mCDR – marine carbon dioxide removal) je treba oceniti.

4. Biotska raznovrstnost, odpornost in povezljivost v različnih oceanskih habitatih:

• Globoki ocean (globine pod 200 metri) je največji habitat na Zemlji in ima izjemno živalsko in mikrobno biotsko raznovrstnost.
• Koralni grebeni predstavljajo le približno 1 % oceanske površine, vendar so dom približno 25 % znanih oceanskih vrst.
• Odprti oceani nudijo zavetje široki paleti vrst, ki so temeljne za ribištvo, tok ogljika in proizvodnjo s strani fotosintetskega planktona.
• Polarne vode imajo veliko vrst, prilagojenih močnim sezonskim spremembam v produktivnosti in hladnim razmeram.
• Nadzor dinamike celotne skupnosti z molekularnimi orodji, kot so okoljski DNA, -omika in bioinformatika, je treba raziskati in razviti.

5. Ekstremni dogodki v oceanih:

• Poročilo kategorizira ekstremne dogodke v oceanih v geofizične/geološke, vremenske/hidrološke in biološke nevarnosti (glej preglednico 2.2 v originalnem dokumentu).
• Degradacija vode z zmanjšano količino raztopljenega kisika v oceanu zaradi naraščajočih temperatur vode in povečanega vnosa hranil iz človeških virov povzroči razcvet fitoplanktona, ki pa zaradi razpada porabi več kisika. Ti dogodki povzročajo resno grožnjo morskim vrstam.

6. Opazovanje oceanov in tehnologija:

• Razvoj in uporaba avtonomnih plovil (Saildrone, SeaTrac, Liquid Robotics) širijo kapacitete opazovanja oceanov.
• Gliderji zagotavljajo posnetek stanja oceanskih razmer. Primer je Boundary Ocean Observing Network.
• Treba je okrepiti partnerstvo med NSF (National Science Foundation) in ONR (Office of Naval Research) za skupne projekte in izmenjavo podatkov.
• Pomembno je opremljanje ladij trgovske mornarice z instrumentacijo za rutinsko pridobivanje oceanografskih podatkov. Primer je M.V. Oleander.
• Poudarja se pomen akustike (instrumentiranih telekomunikacijskih kablov, porazdeljenega akustičnega zaznavanja) za spremljanje oceanskih procesov.
• Zelo pomembni so SMART kabli, ki zagotavljajo realne podatke za zaznavanje potresov in spremljanje temperature.
• Uporaba morskih živali kot platforme senzorjev (elektronske oznake) je revolucionaren napredek.

7. Infrastruktura:

• Poudarek je na pomembnosti ladij za znanstvene raziskave (Academic Research Fleet – ARF) in potrebi po posodobitvi flote. Predstavljena je tabela 4-2 s statusom ladij (ime, leto izgradnje, število znanstvenikov itd.).
• Zaključek 4.5: “Trenutno in v bližnji prihodnosti, čeprav lahko avtonomna opazovanja dopolnjujejo meritve na ladjah in morda zmanjšajo dolžino in stroške križarjenj, ne morejo nadomestiti opazovalnih zmogljivosti, ki temeljijo na ladjah.”
• National Deep Submergence Facility (NDSF) zagotavlja kritična sredstva (HOV Alvin, ROV JASON II, AUV Sentry) za raziskave. Priporoča se razširitev nabora sredstev, vključno z ROV-ji in AUV-ji nižjih stroškov.
• Ocenjevalne metrike (dni uporabe na plovilih ARF), poročane s strani skupnosti ARF, bi bile koristne za OCE (Division of Ocean Sciences) pri sprejemanju informiranih odločitev o dodelitvi razpoložljivih virov.
• Marine Laboratories and Stations so velik in raznolik element raziskav.

8. Znanstveno vrtanje v oceanih – nadaljevanje:

• Znanstveno vrtanje je privedlo do raziskav o globoki mikrobni biosferi in evoluciji oceanske in kontinentalne skorje.
• Prihodnje financiranje programa IODP-3 (Scientific Projects Using Ocean Drilling Archives) je pomembno.
• Odločitve o dodelitvi vzorcev naj sprejema odbor z znanstveniki za vrtanje v oceanih.

Priporočila:

• Prioritetno razvijati nove načine zaznavanja za zmanjšanje odvisnosti od meritev na ladjah.
• Okrepiti partnerstva z industrijo in drugimi vladnimi agencijami (npr. ONR) za izkoriščanje tehnologije in izboljšanje izmenjave podatkov.
• Podpirati dostop do bistvenih infrastrukturnih sredstev, kot so NDSF in ladje ARF, in razširiti njihove zmogljivosti.
• Spodbujati razvoj novih in neizkoriščenih tehnologij za opazovanje oceanov, kot so akustika in SMART kabli.
• Investirati v usposabljanje in razvoj delovne sile v znanosti o oceanih, vključno z zagotavljanjem priložnosti za znanstvenike na začetku kariere.

Zaključek:

Poročilo poudarja pomembno vlogo znanosti o oceanih pri reševanju perečih globalnih izzivov, kot so podnebne spremembe, geonevarnosti in ohranjanje biotske raznovrstnosti. Izvajanje priporočil iz tega poročila bo omogočilo znanstveni skupnosti o oceanih, da bo učinkovito napovedovala prihodnost oceana in prispevala k trajnostnemu upravljanju tega bistvenega vira.

URL: https://nap.nationalacademies.org/catalog/27846/forecasting-the-ocean-the-2025-2035-decade-of-ocean-science