کشتی تحقیقاتی JOIDES Resolution، که اغلب با نام JR شناخته میشود، کشتی حفاری علمی دریایی است که از سال ۱۹۸۵ تاکنون نقش کلیدی در برنامه حفاری اقیانوسی بینالمللی (IODP) ایفا کرده است. کشتی JOIDES Resolution در ابتدا به عنوان یک کشتی اکتشاف نفت در سال ۱۹۷۸ در هالیفاکس نووا اسکوشیا کانادا ساخته شد و سپس در سال ۱۹۸۵ برای اهداف علمی بازسازی گردید. با طول ۱۴۳ متر، عرض ۲۱ متر و وزن تقریبی ۹۳۰۰ تن، JOIDES Resolution قادر است تا عمق ۸۲۳۵ متر زیر سطح دریا حفاری کند و نمونههای هستهای (Core) از رسوبات و سنگهای بستر اقیانوس را استخراج نماید. این کشتی تحت مدیریت کنسرسیوم JOIDES (Joint Oceanographic Institutions for Deep Earth Sampling) فعالیت میکند و تاکنون در بیش از ۲۰۰ مأموریت شرکت کرده است. کشتی JOIDES Resolution ابزاری برای مطالعه تاریخ زمینشناسی زمین، درک تغییرات آب و هوایی، منشأ حیات و فرآیندهای زمینلرزهای بوده است.
این کشتی از سال ۲۰۱۳ تا ۲۰۲۴ بیش از ۷۹ درصد مأموریتهای IODP را اجرا کرده و در مجموع بیش از ۳۷۰ کیلومتر هسته رسوبی استخراج نموده است. کشتی تحقیقاتی JOIDES Resolution با ظرفیت اسکان ۱۲۷ نفر (شامل ۶۵ دانشمند و ۶۲ خدمه فنی) به عنوان یک آزمایشگاه شناور عمل میکند و قادر است در شرایط دریایی سخت تا ۶۸ روز بدون توقف فعالیت کند. بازسازیهای متعدد آن، از جمله ارتقای سیستم حفاری در سال ۲۰۱۴، آن را به یکی از کارآمدترین ابزارهای علمی تبدیل کرده است. کشتی تاکنون در تمام اقیانوسهای جهان به جز اقیانوس منجمد جنوبی فعالیت داشته و نتایج تحقیقات آن در هزاران مقاله علمی منتشر شده است.
عملکرد و هدفهای علمی کشتی JOIDES Resolution
عملکرد اصلی کشتی تحقیقاتی JOIDES Resolution حفاری عمیق بستر اقیانوس برای استخراج نمونههای هستهای است که اطلاعات ارزشمندی در مورد تاریخ زمین، تغییرات آب و هوایی و فرآیندهای زیستی فراهم میکند. این کشتی بخشی از برنامه حفاری اقیانوسی است که از سال ۱۹۶۸ با کشتی Glomar Challenger آغاز شد و با JOIDES Resolution ادامه یافت. هدفهای علمی آن شامل مطالعه مرزهای صفحات تکتونیک، بررسی تغییرات آب و هوایی گذشته از طریق رسوبات، کشف منشأ حیات در اعماق اقیانوس و پیشبینی زمینلرزهها و فورانهای آتشفشانی است. در هر مأموریت، تیمهای بینالمللی دانشمندان از بیش از ۲۰ کشور جهان گرد هم میآیند تا دادههای واقعی را تحلیل کنند. کشتی JOIDES Resolution تاکنون بیش از ۱۵۰۰ مکان حفاری را پوشش داده و دادههای آن به درک بهتر گرمایش جهانی کمک کرده است.
هدفهای علمی JOIDES فراتر از حفاری ساده است؛ این کشتی با ابزارهای پیشرفته، دادههای ژئوفیزیکی مانند لرزهنگاری و مغناطیسسنجی را نیز جمعآوری میکند. برای مثال، در مطالعه تغییرات آب و هوایی، هستههای رسوبی نشاندهنده دورههای یخبندان و گرم شدن گذشته هستند. عملکرد آن در مأموریتهای طولانی، مانند اکسپدیشن ۳۹۹ در کوه زیرآبی آتلانتیس، به کشف ترکیبات شیمیایی مرتبط با منشأ حیات منجر شده است. کشتی تحقیقاتی JOIDES Resolution با سرعت متوسط ۱۲ گره دریایی و توانایی حفاری تا ۲۱۰۰ متر زیر بستر دریا، استانداردهای جدیدی در علوم زمین تعریف کرده است.
ساختار کلی کشتی و امکانات فنی
ساختار JOIDES Resolution بر پایه یک کشتی حفاری نفتی است که برای اهداف علمی بازسازی شده است. بدنه فولادی آن با طول ۱۴۳ متر و آبخور ۷.۵ متر طراحی شده تا در دریاهای طوفانی پایدار بماند. عرشه اصلی شامل برج حفاری ۶۲ متری، آزمایشگاههای متعدد، انبارهای نمونه و اتاقهای اسکان است. سیستم پیشران آن با دو موتور دیزلی-الکتریکی ۵۵۰۰ کیلوواتی کار میکند و شش پیشران جانبی برای موقعیتیابی دقیق بدون لنگر فراهم میکند. امکانات فنی شامل ژنراتورهای اضطراری، سیستمهای تصفیه آب و فاضلاب، و ارتباطات ماهوارهای برای انتقال دادههای زنده به خشکی است.
علاوه بر ساختار اصلی، کشتی تحقیقاتی JOIDES Resolution مجهز به هلیکوپترپد برای انتقال سریع دانشمندان و تجهیزات است. امکانات فنی آن شامل سیستم موقعیتیابی پویا (DP) کلاس ۲ است که دقت موقعیت را تا ۱ متر حفظ میکند. انبارهای سرد برای نگهداری هستههای رسوبی در دمای ۴ درجه سانتیگراد و سیستمهای ایمنی پیشرفته مانند اطفای حریق خودکار، این کشتی را به یک پلتفرم ایمن تبدیل کرده است. در بازسازی سال ۲۰۰۹، سیستمهای کامپیوتری و آزمایشگاهی ارتقا یافتند تا پردازش دادهها سریعتر شود.
سیستم حفاری عمیق و اجزای اصلی آن
- برج حفاری (Derrick): برجی به ارتفاع ۶۱.۵ متر که بیش از ۶۰۰ تن بار را تحمل میکند.
- سیستم جبرانکننده حرکت کشتی (Heave Compensation): شامل دو سیلندر هیدروپنوماتیکی فعال و منفعل که نوسانات عمودی کشتی تا ±۶ متر را جبران میکند و وزن ثابت روی مته را حفظ میکند.
- لولههای رایزر (Riser Pipe): لولههای فولادی ۲۱ اینچی که تا عمق ۸۰۰۰ متری پایین میرود و امکان گردش مجدد آب دریا را فراهم میکند.
- BOP Stack (Blowout Preventer): مجموعهای از شیرهای ایمنی در کف دریا برای کنترل فشار در عملیات عمیق.
- Drill String: شامل متههای الماسی، Core Barrelهای مختلف (APC، XCB، RCB) و Heavy Heave String برای پایداری در شرایط مواج.
- Dynamic Positioning System (DP): سیستمی با ۱۲ تراستر که موقعیت کشتی را با دقت کمتر از ۱ متر حفظ میکند حتی در سرعت باد ۴۵ گره و موج ۵ متری.
سیستم حفاری کشتی JOIDES Resolution یک سیستم رایزر (riser) پیشرفته است که امکان حفاری تا عمق بیش از ۸۰۰۰ متر زیر سطح دریا را فراهم میکند. برخلاف کشتیهای حفاری نفت که معمولاً از سیستم رایزر بسته با گردش گل حفاری استفاده میکنند، JOIDES Resolution از سیستم رایزر باز با قابلیت تزریق آب دریا برای خنکسازی مته و خروج کندهها بهره میبرد. سیستم در سال ۲۰۰۹–۲۰۱۳ بهطور کامل بازسازی شد و قابلیت حفاری در عمق آب تا ۸۲۵۰ متر و نفوذ تا ۲۱۰۰ متر زیر کف دریا را به دست آورد.
تجهیزات آزمایشگاهی روی عرشه کشتی تحقیقاتی JOIDES Resolution
کشتی JOIDES Resolution مجهز به ۱۲ آزمایشگاه تخصصی در هفت عرشه است که مجموعاً بیش از ۱۱۰۰ متر مربع فضای آزمایشگاهی را شامل میشود. این آزمایشگاهها بهصورت ۲۴ ساعته فعالیت میکنند و دادهها بلافاصله پس از بالا آمدن Core تولید میشوند.
مهمترین آزمایشگاهها:
- Core Description Lab: برای توصیف ماکروسکوپی و میکروسکوپی رسوبات
- Geochemistry Lab: مجهز به ICP-AES، Mass Spectrometer، CHNS Analyzer و Coulometer
- Paleomagnetism Lab: با کریومغناطیسسنج ۲G Enterprises و دستگاه DTech برای حذف مغناطش ثانویه
- Physical Properties Lab: شامل Multi-Sensor Core Logger (MSCL)، P-wave Logger و Moisture and Density (MAD) station
- Microbiology Lab: با اتاق تمیز کلاس ۱۰۰ و انکوباتورهای هوازی و بیهوازی
- Downhole Measurements Lab: برای تحلیل دادههای LWD و Wireline Logging
- Underway Geophysics Lab: برای پردازش دادههای لرزهنگاری و سونار
آزمایشهای زمینشیمیایی و ژئوفیزیکی
در بخش ژئوشیمی، عناصر اصلی و کمیاب با ICP-AES، ایزوتوپهای پایدار اکسیژن و کربن با طیفسنج جرمی، و ایزوتوپهای استرانسیوم و نئودیمیم برای سنیابی دقیق بررسی میشوند. در ژئوفیزیک، مغناطیس باقیمانده برای تعیین قطبشهای گذشته زمین، خواص فیزیکی مانند تخلخل و سرعت صوت، و دادههای لاگینگ درونچاهی شامل مقاومت الکتریکی، گاما طبیعی و تصویربرداری میکروالکتریکی دیواره چاه انجام میگیرد. نتایج این آزمایشها پایه صدها مقاله در مجلاتی چون Nature و Science را تشکیل داده است.
مأموریتهای شاخص و نتایج کلیدی
- Expedition ۳۱۷ (۲۰۱۵–۲۰۱۶) – Canterbury Basin، نیوزیلند: کشف بزرگترین نوسان سطح دریا در ۱۰۰ هزار سال اخیر (تا ۷۰ متر بالاتر از امروز)
- Expedition ۳۴۲ (۲۰۱۴) – پالئوسن-ائوسن، اقیانوس اطلس: تأیید فرضیه «هیپرترمال» و آزاد شدن کربن عظیم
- Expedition ۳۶۴ (۲۰۱۶) – Chicxulub Crater، مکزیک: اولین حفاری مستقیم در دهانه شهابسنگ انقراض دایناسورها
- Expedition ۳۷۹ (۲۰۱۸) – Amundsen Sea، جنوبگان: کشف گرم شدن سریع یخچال Thwaites در اواخر هولوسن
- Expedition ۳۸۲ (۲۰۱۹) – Bengal Fan: طولانیترین رکورد مونسون آسیایی (تا ۲۰ میلیون سال پیش)
- Expedition ۳۹۵ (۲۰۲۳) – Mid-Atlantic Ridge: اولین Core از مانتل فوقانی در عمق ۱۲۵۹ متری زیر کف دریا
کشتی تحقیقاتی JOIDES Resolution نقش بیبدیلی در تأیید تئوری جابهجایی صفحات قارهای، تکمیل منحنی جهانی تغییرات ایزوتوپ اکسیژن، تعیین دقیق زمان انقراضهای بزرگ زمینشناسی و تغییرات سطح دریا ایفا کرده است. تاکنون بیش از چهار هزار و پانصد چاه در کف اقیانوسها حفاری شده و دادههای بهدستآمده تصویری بینظیر از دویست میلیون سال گذشته تاریخ زمین ارائه میدهند.
مأموریت ۳۶۴ در دهانه شهابسنگی چیکشلوب مکزیک برای اولین بار مستقیماً از حلقه پیک دهانه نمونهبرداری کرد و مکانیسم انقراض دایناسورها را روشن ساخت. مأموریت ۳۱۷ در حوضه کانتربری نیوزیلند بزرگترین نوسان سطح دریا در صد هزار سال اخیر را تا هفتاد متر بالاتر از سطح فعلی نشان داد. سری ۳۸۲ در مخروط آبرفتی بنگال طولانیترین رکورد مونسون آسیایی تا بیست میلیون سال پیش را ثبت کرد. مأموریت ۳۷۹ در دریای آمونسن شواهد گرم شدن سریع یخچال توئیتس در اواخر هولوسن را آشکار ساخت و مأموریت ۳۹۵ در سال ۲۰۲۳ برای نخستین بار از گوشته فوقانی در پشته میانی اقیانوس اطلس هستهبرداری کرد. هر یک از این مأموریتها صدها مقاله علمی درجه یک به دنبال داشته و دادههای آنها همچنان مورد تحلیل جامعه جهانی زمینشناسی است.
