Dybe tanker: James Cameron på explorationens nye tid og hans 11 kilometer dykke til udfordreren Deep, del 1


Oceanografiske Institution i Cape Cod, Mass. I marts filmskaberen og aquanaut James Cameron, tilbage fra sit rekordbestemte besøg til Challenger Deep i Marianas Trench 11 kilometer under Stillehavets overflade, annoncerede donationen af ​​hans sub DEEPSEA CHALLENGER til Woods Hole, hvor forskere planlægger at bruge sin banebrydende teknologi til at hjælpe deres forståelse af livet i havgrave. Den fø

Oceanografiske Institution i Cape Cod, Mass.

I marts filmskaberen og aquanaut James Cameron, tilbage fra sit rekordbestemte besøg til Challenger Deep i Marianas Trench 11 kilometer under Stillehavets overflade, annoncerede donationen af ​​hans sub DEEPSEA CHALLENGER til Woods Hole, hvor forskere planlægger at bruge sin banebrydende teknologi til at hjælpe deres forståelse af livet i havgrave.

Den første rækkefølge, når DEEPSEA CHALLENGER ankommer til Woods Hole om nogle få uger: Tilpas dets skræddersyede lys, billedbehandling udstyr og high-definition 3-D kameraer til Woods Hole's Nereus robot sub til forberedelse af sidstnævntes dykke til 10 km dyb Kermadec Trench-off den nordøstlige spids af New Zealands North Island - i februar eller marts 2014. Kermadec Trench er en kilometer svagere end Challenger Deep webstedet, som Cameron udforskede, men Nereus mission er afgørende for at forstå de særlige indbyggere, økosystem og geologisk aktivitet, der har udviklet sig i havgrave-planetens mest fjendtlige habitat.

Rundtabellen diskussionen med Cameron fandt sted i New York City i april og omfattede: Tim Shank, en dybhavsbiolog og Woods Hole og hovedforsker for institutionens Hadal Ecosystem Studies (HADES) program; Andy Bowen, direktør for Woods Hole's National Deep Submergence Facility; Susan Avery, præsident og direktør for Woods Hole; sammen med en håndfuld journalister.

I del 1 Cameron og Woods Hole forskere taler om, hvordan de teknologiske fremskridt, der gjorde det muligt for DEEPSEA CHALLENGER at tage ham til det dybeste sted på planeten, vil låse op for nye muligheder for at forstå livet på de meget uudforskede hadaldybder, de under seks kilometer. Diskussionen omhandler også det kommende Nereus-mission og hvad Woods Hole håber at finde i bunden af ​​en af ​​verdens dybeste, koldeste skyttegrav. Cameron beskriver også sine erfaringer, der styrer DEEPSEA CHALLENGER på sin historiske rejse til Challenger Deep i Mariana Trench.

I del 2 diskuterer Cameron hvordan æra med udforskning i 1960'erne - både i rummet og til havets dybder - inspirerede sin karriere som filmskaberen og senere som en dybhavs pioner og videnskabsforbryder.

[ Et redigeret transkript af interviewet følger. ]
Hvorfor donerer du DEEPSEA CHALLENGER til Woods Hole?

James Cameron: For mig er det et uendeligt bedre resultat end det sidder sovende, indtil jeg er færdig med mine næste to film og måske kommer til teknologiske fællesskab fem eller seks år ned ad linjen, når det allerede er forældet eller andre løsninger er fundet i mellemtiden.

[Da støvet afgjort efter marts 2012 forsøgte ekspeditionen til Challenger Deep], var mit fantasimål at hele det videnskabelige fællesskab ville have adgang til det. Desværre er den slags penge, der eksisterede i 1960'erne og 70'erne, blomstrende for dybhavsudforskning, sværere at komme i disse dage. Så vi var nødt til at se efter en måde teknologien kunne være gavnlig for det oceanografiske samfund. Og vi kom op med noget, som vi alle er glade for.

Med hensyn til [fremtidige missioner til] DEEPSEA CHALLENGER tror jeg ikke, at nogen af ​​os vil tage det ud af bordet. Vi vil se på at få det til havs igen på et tidspunkt og gå ud og forsøge at finde nogle midler til det, når det giver mening. Det mere umiddelbare mål er at overføre teknologi fra sub til det oceanografiske samfunds mainstream.
Uden at tage DEEPSEA CHALLENGER ud igen, hvordan vil det være til gavn for dybhavsforskningen?

Andy Bowen: Det er i gang lige nu. Nogle af teknologien vil blive overført til vores Nereus undervands robot køretøj, som vil gennemføre et videnskabeligt undersøgelsesprojekt i [Kermadec Trench] ved hjælp af især kameraerne udviklet som en del af DEEPSEA CHALLENGER programmet.

Cameron: Det er interessant, hvordan disse kameraer kom til. Vi vidste, at DEEPSEA CHALLENGER skulle flytte hurtigt gennem vandkolonnen, så vi ville have så meget bundtid som muligt. Men det betød, at hvis vi ønskede at få kameraet ud på en bom for at kunne se underområdet og området omkring det, ville kameraet være lille, og jeg ønskede high definition og 3-D [capabilities]. Mit tidligere HD [eller high definition], 3-D ubådskamera vejer omkring 180 pund, og det gik på en 150 pund pan-and-tilt mekanisme. Nå måtte alt det gå ud på en bom, og det ville tydeligvis ikke ske på et lille vægt- og rumbegrænset køretøj.

Så jeg satte mine ingeniører udfordringen med at komme op med noget, der var størrelsesorden mindre og måtte fungere dobbelt så dybt som vores tidligere kamera system. Det sætter dig ud af skalaen i vanskeligheder, men de byggede kameraet fra sensorniveauet op. [To af disse kameraer i et titaniumhus vejer omkring fire og en halv pund] Vi sætter det på en fire pund pan-and-tilt platform. Du kan sætte et par af disse på Nereus.
Hvad vil Woods Hole gøre med DEEPSEA CHALLENGER, når den kommer i juni?

Cameron: Mit team af ingeniører, der tilbragte syv år med at bygge DEEPSEA CHALLENGER, vil dele deres erfaringer og viden med Woods Hole ingeniører, og omvendt.

Jeg forventer ikke, at en flåde af DEEPSEA CHALLENGER s skal bygges. Det var et meget specifikt køretøj, der tjente et meget specifikt formål. Men hvis du var i stand til at tage de forskellige systemer på suben og abstrahere dem til en anden formfaktor, kan du ende med at nogle af dem integreres i et [autonomt undervandsfartøj] til hadalforskning. Flere af dem derude, der går gennem skyttegravene, begynder at give dig meget bedre videnskab til gengæld.

Jeg har ikke lagt nogen begrænsninger eller begrænsninger på [hvordan DEEPSEA CHALLENGER 's teknologi anvendes]. Jeg tror vi var enige om ikke at se op for en stund.
Hvad er de specifikke videnskabelige mål for 2014-ekspeditionen til Kermadec Trench?

Tim Shank: Vi ønsker at tage Nereus på en seks uger ekspedition til Stillehavets Kermadec Trench for at udforske en del af havets hadalområder, der stort set er ukendte. Langt størstedelen af ​​oplysningerne om disse regioner kommer fra to krydstogter i 1950'erne [den danske G alathea og de sovjetiske vitjaz ekspeditioner], hvilket er ret pinligt. Vi har bare et katalog med navnene på nogle arter, der kom op i et trål. I 2000'erne var der et par krydstogter, der udforskede hadaldybder og bragte nogle prøver tilbage, som hver især er utroligt værdifulde. [Sedimentprøver fra Mariana Trench har for eksempel indeholdt meget aktive bakteriefællesskaber, selvom miljøet er under ekstremt tryk næsten 1.100 gange højere end på havniveau, ifølge en marts Nature Geoscience- rapport.] Forskningen viste også en kulstofforsyning forsynet ned i grøfterne, som vi ikke havde kendt om. [er en del af Nature Publishing Group.]

Der er syv institutioner rundt om i verden og 10 forskere [involveret i Kermadec-ekspeditionen som led i Hadal Ecosystems Studies (HADES) -programmet], der er ude for at besvare seks vigtige spørgsmål, herunder hvad der er der med hensyn til biodiversitet, hvad de fodrer med og hvordan de har udviklet sig i isolation.

Cameron: Jeg synes, det er interessant at have et overblik over, hvor lidt der er kendt om hadaldybder med hensyn til biologi og geologi. Det meste af det, der er kendt om bunden, er kommet fra billeder skudt miles op i vandkolonnen, og det er et relativt groft datasæt. Så du bliver nødt til at komme ned og kigge rundt og jorden - sandhed det. Meget lidt af det, der kigger rundt, er blevet gjort. Som Tim sagde, har der været et par krydstogter.

Shank: Først vil vi bringe prøver tilbage og studere deres brug til bioteknologi. Baseret på de hadale prøver, vi har set indtil videre, udskiller disse dyr enzymer, der er meget gavnlige for mennesker. Nogle bruges til forsøg til behandling af Alzheimers sygdom. Nu søger vi også antistof-, anticancer-, antitumoregenskaber. Alt dette afhænger af hvor godt du kan bevare disse dyr og bringe dem op [levende], noget vi ikke kan gøre nu. [Levende prøver er blevet bragt til overfladen med succes fra intet dybere end ca. 1, 4 kilometer.]

Cameron: Deres biologi virker bare ikke, når dette pres er taget væk. Men jo dybere du dykker jo mindre udstyr du kan medbringe med dig. Det ville tage et tungt redskab til at bringe en trykbeholder ned til hule dybder [der kunne holde prøver levende når de blev bragt på overfladen].
Så vidt vi ved, lige nu, hvad er livet som i bunden af ​​skyttegrave?

Shank: Folk tror, ​​at skyttegravene er disse ponded bosættelser, men de er meget dynamiske steder. Der er meget friktion og brud, der fortsætter [på havbunden]. Der er en opbygning af sedimenter, og vand bliver presset ud af disse sedimenter, og det percolates og interagerer med rock. Masser af jordskælv, og det betyder mange skråninger [på havbunden]. Vi mener også, at der er mudder vulkaner i disse grøfter, sedimenter, der opbygges over tid med deres egen unikke kemi.

Med HADES-programmet forsøger vi at studere hver 1.000 meter ned til maksimalt 11.000 meter. Vi mener, at skyttegravene er helt forskellige fra resten af ​​havet. Mængden af ​​fødekilden på havbunden af ​​en eller anden grund øges, når man kommer til skyttegrave. Det er mindre og mindre og mindre, indtil du kommer til abyssalplanet. Så når du går dybere, øges den tilgængelige fødekilde. Vi ved ikke, hvorfor det er. Måske er det topografien i skyttegraverne, der bringer de ting ind. Hvad end det er, tror vi, at det understøtter den store mangfoldighed i grøftens levested. Men det er svært at lære disse slags ting, hvis du bare sender et drop-kamera system.

Cameron: Der er en rimelig hypotese om, at [geologisk aktivitet i hadalsoner] kan være smeltedigel til livet, og det skal ses.

Bowen: Det er næsten som om du kigger tilbage i tiden. Slægten er et vindue i [biologiske og geologiske processer], som vi ikke har kunnet vidne om.

Shank: Mikroberne [fra hedeområder], vi har set så langt, er meget forskellige. De har en lang række funktioner, og [de overlever på kemikalier, herunder] metan, hydrogen og sulfid. Nogle af leddyr der nede har cellulosefordøjende enzymer i deres kroppe. De kan fordøje træ. Andre dyr viser tegn på gigantisme [de er uforklarligt større end deres lavere vandmodeller]. En teori er, at du er så dyb, at du ikke kan folde dine proteiner fordi dine celler er for squished. Du skal have en måde at gøre dig selv større, og du har specialiserede enzymer, der gør det. En anden teori er, at du skal gøre dig større til at fungere, og vi ved, at de har enzymerne til at gøre det. Men du kan ikke være gigantisk, hvis du ikke har en stor fødekilde, hvilket er en anden indikation, der er meget mad der nede, meget mere end vi troede. Der er så mange undtagelser for enhver forklaring, at intet har arbejdet endnu. Vejl flere spørgsmål end svar.
Havforskning har været i gang i årtier, hvorfor er det stadig så svært at studere livet i skyttegrave?

Cameron: Vi har ret i forkant med hadal-depth teknologi. Alt ændres, når du går under 6.000 meter. [Ud fra et teknisk perspektiv] på det tidspunkt har dit præstationsfordel ændret sig med hensyn til flotation, trykbeholdere, vægtykkelse og så videre. Køretøjer tendens til at blive meget tung og uhåndterlig. Det styrker dit strømbudget og dine omkostninger, og det er ikke et trivielt problem. Folk tror, ​​at fordi du kan komme til fire miles ned, bør de ekstra tre miles ikke være et stort problem. Men du kommer op imod grænserne for materialevidenskab, hvor du faktisk skal oprette nye materialer til at skabe køretøjer, der har samme agility og omkostningsfaktorer som dem, der opererer højere i vandkolonnen. Derfor er hadaldybder stadig relativt uudforskede.
Din succes som filmmager har været bundet til dybhavsforskning, begyndende med The Abyss og fortsætter med Titanic og dokumentarerne om at lave den film. Hvordan forberedte du dig på dit dykke til Challenger Deep?

Vi udviklede [ DEEPSEA CHALLENGER sub] i Sydney, og så skulle vi dykke det næsten nær Guam på Challenger Deep. Vi ønskede at bevise, at sub kunne nå det sted i havet, ikke nødvendigvis fordi det dybeste sted er det mest videnskabeligt interessante sted, men fordi du engang har demonstreret, at du kan gå et andet sted. I færd med at komme til Guam skal Tasmanhavet være ret groft. Så vi begyndte at kigge efter et dybt sted, vi kunne operere i nærheden af ​​en landform, der ville forhindre udbredelse af de store oceaniske svulmer, der drives af handelsvindene på den tid af året. Vi kigget mellem New Britain og New Ireland øerne, hvor New Britain Trench [løber] fem miles dybt, masser dybt nok til at vi kan gøre vores havsforsøg, før vi gik videre til Challenger Deep.

Det var meningen at være tekniske søproever, og vi havde et helt videnskabsteam, der skulle møde os i Guam fra Scripps, University of Hawaii og endda University of Guam og Jet Propulsion Laboratory-folk, som jeg vidste. Det viste sig, at der var så små data om, hvad der er i bunden af ​​New Britain Trench, de ønskede alle at komme tidligt og se på det. Så vores havsforsøg endte faktisk med at være videnskabsdyk, hvor vi tog tilbage prøver, hvilket er fint, fordi vi skulle have en aktivitet at fokusere på alligevel.
Kan du beskrive dit historiske dykke til Challenger Deep?

Cameron: Jeg tvivler på, at min puls gik op meget. Måske da vi tog væk flådene [på overfladen]. Jeg var opgavefokuseret. Jeg havde en tjekliste med flere sider, der var organiseret efter tid og dybde, målinger, ting jeg måtte gøre. Jeg var nødt til at køre systemer i en bestemt rækkefølge, fordi kuglen ville overophedes. Et af de største problemer med suben er varmestrømmen. Pilotens kugle er meget lille, og det har en masse udstyr pakket ind der hos mig. Hvis jeg slog alt udstyr på overfladen, ville jeg bage. Jeg ville bogstaveligt talt være som poached laks. Så jeg havde hele denne protokol til at bringe ting online efter behov. Det unikke ved Challenger Deep Dive er, at jeg kom igennem alt på min tjekliste, der havde taget mig helt ned til bunden af ​​New Britain Trench, så havde jeg intet at gøre. Og jeg havde 9.000 fod at gå.

Jeg havde et lille stereoskopisk HD-kamera ud på enden af ​​en to meter boom. Jeg ville bare pege kameraet på tværs af på en spotlight jeg forlod. Og rampelyset ville belyse partikelformet i vandkolonnen. Jeg kom til det punkt, hvor jeg kunne fortælle i halve knude-trin, hvad [plankton] partiklerne løber gennem rampelyset ville se ud, hvis jeg gik hurtigt eller langsomt. Da jeg kom under 29.000 fod, stoppede min højdemåler bare. "Sneen" gik væk på 29.000 fod, og [højdemåler] læsningen gik til nul. Vandet var lige klart.

Gå ned, jeg forlod overfladen på 5, 2 knob og kom i bunden til nul i det væsentlige. Det første jeg så, da jeg landede, var sporet af et andet køretøj, som måske kunne have været [Woods Hole's Nereus, som havde været i Challenger Deep i 2009]. Du kommer væk fra den ene [landing] stedet, og der er virkelig næsten ingenting. Du kan ikke se, hvordan dyrene opfører sig, når de lever i live.
Hvorfor er dybhavsudforskning så vigtig for dig?

Cameron: Det er godt at huske, at det samlede areal af disse hadalgrave er større end størrelsen af ​​USA, større end størrelsen af ​​Australien, så det er stort set et kontinent, der aldrig er blevet udforsket, der eksisterer lige her på Jorden. Så mange mennesker tror vi lever i en efterforskningsalder - det er alle blevet set, det er alle blevet kortlagt. Hvordan lykkedes det os at komme ind i det 21. århundrede og bare ske for at savne et kontinent? Fordi det er hvad vi gjorde. Svaret er indlysende: Det er det sværeste sted at komme til på planeten. Teknologisk set er det det mest udfordrende sted at drive. Jeg ville gøre argumentet, fordi det har været involveret i rumrobotik og nu fuld havdybde teknologi, er det et meget mere krævende miljø end at bygge hardware til rummet, fordi stresskræfterne er så meget større, ca. 1000 gange så meget.

Trump rådgivere til at diskutere Paris klimaaftaleKan en robot, et insekt eller Gud være opmærksom?Deportere planter og dyr for at beskytte dem mod klimaændringerFolk i dårlige kvarterer puster mere farlige partiklerNyligt fundet Exoplanet kan have Ring System Dwarfing SaturnusConjoined Comet: Hartley 2 maj har dannet sig fra 2 forskellige organerDen berømte "HeLa" Human Cell Line får sin DNA sekvenseretKan e-cykler skifte biler?