Exploración de las cuencas oceánicas
La cartografía de las características de la cuenca oceánica ha sido difícil por varias razones. En primer lugar, los océanos no son fáciles de recorrer; en segundo lugar, hasta hace poco la navegación era extremadamente rudimentaria, por lo que las observaciones individuales sólo se correlacionaban vagamente entre sí; y, por último, los océanos son opacos a la luz, es decir, el fondo marino profundo no puede verse desde la superficie del océano. La tecnología moderna ha dado lugar a buques de investigación personalizados, navegación por satélite y electrónica, y sofisticados instrumentos acústicos que mitigan algunos de estos problemas.
D.T. Sandwell del Instituto Scripps de Oceanografía, W.H.F. Smith de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica/Servicio Oceánico Nacional/Oficina del Océano & Earth Science/Geoscience Lab
La Expedición Challenger, organizada por los británicos en 1872-76, proporcionó la primera visión sistemática de algunas de las principales características del fondo marino. Los científicos a bordo del HMS Challenger determinaron la profundidad del océano mediante sondeos con cables y descubrieron la Dorsal del Atlántico Medio. Las dragas extrajeron muestras de rocas y sedimentos del fondo marino. Sin embargo, el principal avance en la cartografía no se produjo hasta que se desarrolló el sonar a principios del siglo XX. Este sistema de detección de la presencia de objetos bajo el agua mediante el eco acústico proporcionó a los investigadores marinos una herramienta muy útil, ya que el sonido puede detectarse a lo largo de varios miles de kilómetros en el océano (la luz visible, en comparación, sólo puede penetrar unos 100 metros de agua).
Los sistemas de sonar modernos incluyen la ecosonda multihaz Seabeam y el sonar de barrido GLORIA. Funcionan según el principio de que la profundidad (o distancia) del fondo marino puede determinarse multiplicando la mitad del tiempo transcurrido entre un impulso acústico descendente y su eco por la velocidad del sonido en el agua de mar (unos 1.500 metros por segundo). Estos sistemas de sonar multifrecuencia permiten el uso de diferentes frecuencias de pulso para satisfacer diferentes objetivos científicos. Los pulsos acústicos de 12 kilohercios (kHz), por ejemplo, se emplean normalmente para medir la profundidad de los océanos, mientras que las frecuencias más bajas -de 3,5 kHz a menos de 100 hercios (Hz)- se utilizan para cartografiar el espesor de los sedimentos en las cuencas oceánicas. Las frecuencias muy altas, de 100 kHz o más, se emplean en los sonares de barrido lateral para medir la textura del fondo marino. Los impulsos acústicos se generan normalmente mediante transductores piezoeléctricos. Para determinar la estructura del subfondo, los impulsos acústicos de baja frecuencia se producen mediante explosivos, aire comprimido o implosión de chorro de agua. Los sistemas de sonar cercanos al fondo, como el Deep Tow de la Scripps Institution of Oceanography (en La Jolla, California, Estados Unidos), producen imágenes aún más detalladas del fondo marino y la estructura del subfondo. El paquete Deep Tow contiene ecosondas y sonares de barrido lateral, junto con los instrumentos geofísicos asociados, y se remolca detrás de un barco a baja velocidad entre 10 y 100 metros por encima del fondo marino. Permite realizar mediciones muy precisas de características a una escala más fina que la que se puede resolver con el Seabeam y otros sistemas comparables.
Otro sistema de instrumentos notable es el ANGUS, un trineo con cámara remolcado a gran profundidad que puede tomar miles de fotografías de alta resolución del fondo marino durante un solo día. Se ha utilizado con éxito en la detección de respiraderos hidrotermales en centros de extensión. La superposición de imágenes fotográficas permite construir franjas de fotomosaicos de entre 10 y 20 metros de ancho que revelan detalles del orden de los centímetros.
En la geología marina moderna se utilizan tres sistemas de navegación principales. Entre ellos se encuentran los sistemas electromagnéticos como el loran y los satélites en órbita terrestre. Los conjuntos de transpondedores acústicos de dos o más estaciones colocadas en el fondo marino a unos pocos kilómetros de distancia se utilizan para navegar con instrumentos remolcados a gran profundidad, sumergibles y, ocasionalmente, buques de investigación de superficie cuando se realiza una cartografía detallada en zonas pequeñas. Estos sistemas miden la distancia entre el paquete de instrumentos y los emplazamientos de los transpondedores y, utilizando una geometría sencilla, calculan las fijaciones con una precisión de unos pocos metros. Aunque los transpondedores individuales pueden utilizarse para determinar posiciones relativas al conjunto con gran precisión, la exactitud de la posición del conjunto en sí depende del sistema que se emplee para localizarlo.
Los satélites en órbita terrestre, como Seasat y Geosat, han descubierto algunas características topográficas importantes de las cuencas oceánicas. Seasat, lanzado en 1978, llevaba un altímetro de radar en órbita. Este dispositivo se utilizó para medir la distancia entre la trayectoria del satélite y las superficies del océano y los continentes con una precisión de 0,1 metros. Las mediciones revelaron que la forma de la superficie del océano está deformada por las características del fondo marino: los enormes montes submarinos hacen que la superficie se abulte sobre ellos debido a la atracción gravitatoria. Del mismo modo, la superficie del océano se abomba sobre las fosas marinas. A partir de estas mediciones por satélite de la superficie del océano, William F. Haxby calculó el campo gravitatorio de la zona. El mapa de gravedad resultante proporciona una cobertura completa de la superficie del océano en una cuadrícula de 5′ por 5′ que representa cinco millas náuticas a cada lado en el Ecuador). Una cobertura tan completa como ésta no está disponible en los ecosondeos realizados desde los barcos. Dado que el campo gravitatorio en la superficie del océano es un indicador muy sensible de la topografía marina, este mapa revela varias características hasta ahora desconocidas, como montes submarinos, crestas y zonas de fractura, al tiempo que mejora el detalle de otras características conocidas. Además, el mapa gravitacional muestra un patrón lineal de anomalías gravitacionales que cortan oblicuamente el grano de la topografía. Estas anomalías son más pronunciadas en la cuenca del Pacífico; aparentemente tienen unos 100 km de ancho y unos 1.000 km de largo. Tienen una amplitud de aproximadamente 10 miligales (0,001 por ciento de la atracción gravitatoria de la Tierra) y están alineadas al oeste-noroeste, muy cerca de la dirección en la que la placa del Pacífico se mueve sobre el manto inferior.