havforskning

Kemisk oceanografi beskriver havvandets opløste stoffer, de kemiske kredsløb, næringssalte og diverse vekselvirkninger mellem atmosfære, land, havbund og havvand. Stoffer, der findes på landjorden, ender før eller siden i havet. Såvel naturligt forekommende stoffer som de fleste menneskeskabte kan derfor isoleres fra havvand, men pga. klodens umådelige mængder af havvand er de fleste stoffer kun til stede i spormængder, inklusive fosfat, nitrat og øvrige næringssalte. Ti stoffer udgør således 99,9% af de salte, som findes opløst i havvand, heraf er almindeligt salt, natriumklorid, helt dominerende.

Allerede i 1857 havde den danske geolog J.G. Forchhammer konstateret, at havvandets indhold af opløste salte findes i næsten konstante forhold. I 1901 kunne fysikeren Martin Knudsen derfor redigere en samling hydrografiske tabeller, hvorefter man kunne beregne havvandets massefylde og den totale saltholdighed ud fra mængden af klorid bestemt ved titrering med sølvnitrat. Disse tabeller anvendes stadig. Oceanisk vand indeholder 19,3 g klorid pr. kg vand. Det svarer til en total mængde salt på 35‰. Vandets saltholdighed kan også måles ud fra ledningsevnen eller ud fra frysepunktssænkningen i forhold til destilleret vand, evt. som osmotisk tryk. Alle disse mål kan efterfølgende omregnes til ‰ salt, men resultatet bliver ikke nødvendigvis sammenfaldende med saltholdighed bestemt ud fra mængden af klorid. Det skyldes, at der er mindre variationer i vandets ionsammensætning, alt efter om man måler på kystnært eller oceanisk vand.

Fysisk oceanografi omfatter studier af bl.a. lysets gennemtrængning, temperatur, bølger, tidevand, cirkulation i oceaner og kystnære områder, marine fronter samt blandingsprocesser såsom opvældning (upwelling) af næringsrigt vand fra dybere dele af oceanerne. Opvældning af dybvand har stor betydning for havets produktionsforhold. Fænomenet er særlig udtalt på kontinenternes vestside på den sydlige halvkugle.

Martin Knudsen anses for en af den fysiske oceanografis grundlæggere. Ud over de hydrografiske tabeller blev han bl.a. kendt for at have forfinet konstruktionen af præcisionstermometeret, der tillod aflæsning af temperaturer med 0,01 °C nøjagtighed på store dybder. Han udviklede også apparatur til nøjagtig bestemmelse af havvandets indhold af ilt, kvælstof og kuldioxid. Derudover spillede han en central rolle i Det Internationale Havundersøgelsesråd (ICES), som blev etableret i 1902 og har hovedsæde i København.

Forchhammer havde vist, at man ud fra saltholdigheden kunne fastlægge grænserne for de store havstrømme. På grundlag heraf udviklede J.P. Jacobsen (1877-1946) de såkaldte T-S-diagrammer, som han ved analyse af temperatur og saltindhold benyttede til undersøgelser af Nordatlantens vandmasser; desuden beskæftigede han sig indgående med de danske farvandes hydrografi, specielt strømforholdene.

Med ansættelsen af svenskeren Nils G. Jerlov (1909-90) og oprettelsen af et nyt institut i 1963 blev fysisk oceanografi omsider et universitetsfag. Her videreførte Jerlov sine grundlæggende studier af havvandets optiske egenskaber, bl.a. på et togt med Dana III til Sargassohavet i 1966 og på en skandinavisk, optisk-oceanografisk ekspedition i Middelhavet i 1971.

Geologisk oceanografi beskriver bl.a. mineraler og deres dannelse, sammensætningen af havbundsmateriale, fordeling af komponenternes kornstørrelser, hvorledes materialet aflejres og flyttes igen, dannelse af deltaer, kysterosion og transport af havbundsmateriale, dannelsen af bassiner, olieefterforskning, forskydninger i havbunden (forkastninger) og forskydning af kontinenterne (pladetektonik). J.G. Forchhammer betragtes som en af grundlæggerne af den geologiske forskning, inklusive den marine gren, i Danmark.

Biologisk oceanografi handler om livet i de frie vandmasser (det pelagiske system), de aktivt svømmende dyr (nekton) såvel som de svævende dyr og planter (plankton), der har ringe eller ingen svømmeevne og derfor i stor udstrækning føres omkring med havstrømme. Dyrene på og i havbunden kaldes benthos. Havets dyreliv er særegent ved, at den største dyregruppe af alle, insekterne, praktisk taget mangler, bortset fra en snes arter oceaniske skøjteløbere. Til gengæld er der dyregrupper, som udelukkende er marine, fx pighuder (søstjerner, søpindsvin m.m.), pølseorme, havedderkopper og samt vældorme og andre pogonoforer.

I biologisk oceanografi studerer man de komplekse vekselvirkninger mellem organismer og miljø, som hænger sammen med vandets temperatur og indhold af opløste salte. Disse faktorer er bestemmende for, hvilke organismer der kan trives. Andre faktorer er vanddybde, strømforhold, bundens beskaffenhed mv. Det rigeste dyreliv findes i troperne, specielt på koralrevene. I danske farvande afhænger biodiversiteten især af saltholdigheden. Den aftager jævnt fra Nordsøen (35‰) til Ålandsøerne i Den Botniske Bugt (5‰). Parallelt hermed aftager antallet af marine dyrearter fra ca. 1500 i Nordsøen til 50 i havet omkring Ålandsøerne.

Den græske filosof Aristoteles beskrev mange af havets organismer, både mht. udseende og funktion. Det var dog først i 1700-t., at egentlige havundersøgelser blev påbegyndt. Den mest kendte af de sejlende biologer var Charles Darwin. Ud over evolutionsteorien har han, på basis af jordomsejlingen med Beagle 1831-36, ydet vigtige marinbiologiske bidrag, fx den senere accepterede teori om dannelsen af atoller, dvs. ringrev af koraller i troperne. I England udrustede man senere skibe med specifikke havforskningsopgaver for øje. Under ledelse af naturforskeren Edward Forbes (1815-54) fik man i 1840'erne og 1850'erne især indblik i havbundens dyreliv.

Den britiske indsats kulminerede med Challenger-ekspeditionen 1872-76, der under jordomsejlingen gennemførte omfattende systematiske oceanografiske undersøgelser under videnskabelig ledelse af den skotske havforsker C. Wyville Thomson. For første gang fik man en sammenhængende opfattelse af havet og dets liv ned til ca. 4000 m dybde. Challenger-ekspeditionen blev et eksempel for talrige senere ekspeditioner.

Verdens første ekspedition med oceanografiske opgaver og en egentlig plan for undersøgelserne udgik efter kongelig ordre fra Danmark. Det var Den Arabiske Rejse 1761-67, ekspeditionen til Det Lykkelige Arabien (det nuværende Yemen). I 1760 præciserede den danske professor C.G. Kratzenstein (1723-95) fra Københavns Universitet, at deltagerne "skal mærke sig alt, hvad de træffer i de tre naturriger, bekendt og ubekendt". Der skulle lægges vægt på marinbiologi og hydrografi både nær land og under de lange sørejser.

Ekspeditionen benyttede krigsskibet Grønland. Om bord var de seks personer, der af Frederik 5. var udsendt med det formål at skaffe ny viden fra Det Lykkelige Arabien. Ekspeditionens naturhistoriker var Peter Forsskål. Man medbragte specialfremstillede net til opfiskning af dyr og planter fra havoverfladen samt en skraber og et lille trawl. Det var nye redskaber i videnskabens tjeneste. Forsskål nåede at yde en enestående marinbiologisk indsats. Han tørrede fisk mellem papir, som man presser planter til et herbarium, og han beskrev et stort antal fisk, koraller og andre havdyr. Antallet af hjemsendte dyr fra Atlanterhavet, Middelhavet og Det Røde Hav tælles i tusinder. Forsskål var den første, der studerede det åbne havs dyreliv. I et brev til Linné skrev han: "Kommer jeg ikke levende hjem, så vi kan konferere mine fund, så har videnskaben mistet mere end kan beskrives". To måneder senere døde han af malaria, 31 år gammel. Alle deltagere døde undervejs på nær den holstenske astronom og kartograf Carsten Niebuhr. Efter hjemkomsten stod han for udgivelsen af de geografiske, kartografiske og naturhistoriske resultater.

Foruden Forsskål har to af 1700-t.s danske forskere ydet en marinbiologisk indsats i verdensklasse. Zoologen Otto Frederik Müller udforskede og beskrev dyrelivet i Oslofjorden og langs danske kyster. Otto Fabricius virkede som missionær i Grønland og var den første, der beskrev dyrelivet i Det Arktiske Hav.

I 1800-t. gennemførtes ekspeditioner til Vestindien og Sydamerika samt på de syv have (den første af Galathea-ekspeditionerne 1845-47) og i det nordlige Atlanterhav (Dijmphna-ekspeditionen 1882-83, Ingolf-ekspeditionen 1895 og 1896), til Vestgrønland Fylla-ekspeditionen 1884 og 1886 og til Østgrønland ekspeditionen med Hekla 1891-92 og Carlsbergfondets ekspedition 1898-1900.

I Danmark blev Kattegat systematisk undersøgt vha. kanonbåden Hauch. Om bord i 1883 var den senere direktør for Dansk Biologisk Station (se Danmarks Fiskeriundersøgelser), zoologen C.G.Joh. Petersen. Han beskrev udbredelsen af Kattegats bunddyr (1893). Dette pionerarbejde dannede grundlaget for den økologisk prægede havforskning i det efterfølgende århundrede. Det væsentlige i Petersens nye koncept var, at han inddrog både biologiske, hydrografiske og geologiske forhold i forklaringen på dyrenes udbredelse. Han var den første forsker, der kvantitativt indsamlede havbundens dyr, så man kunne beregne mængden af fiskeføde. I 1918 udgav Petersen den endelige beskrivelse af havbundens dyresamfund (se havdyresamfund), hvilket vakte genklang overalt i verden og gav ny inspiration til studier af havbundens dyreliv. Fra begyndelsen i 1889 disponerede Dansk Biologisk Station over en af marinens kasserede transportbåde, der blev ombygget og slæbt rundt til steder, hvor Petersen ønskede at gennemføre undersøgelser. Fra 1899 rådede stationen også over dampskibet Sallingsund. Petersen blev pensioneret fra Dansk Biologisk Station i 1926. Han havde da markeret dansk grundforskning og fiskeribiologi på internationalt plan.

Petersen var den første, der karakteriserede fiskepopulationers aldersstruktur og tilvækst gennem systematisk opmåling, og som mærkede fisk, så man kunne bestemme tilvækst efter genfangst, en metode, der var nødvendig for at udmønte resultatet af at flytte fisk fra dårlige til gode opvækstpladser. Mærkning af fisk efter Petersens metode bruges nu af fiskeribiologer overalt i verden. Han konstaterede bl.a., at ålen ikke yngler i danske farvande. Han var den første, der konstruerede en grab (bundhenter) til kvantitativ indsamling af benthos, et redskab, der stadig bruges i havundersøgelser.

I 1900-t. fortsatte undersøgelserne omkring Grønland, bl.a. med skibene Danmark (Danmark-ekspeditionen 1906-08), Tjalfe (1908 og 1909) og Godthaab (1928). Med fundet af en ålelarve ved Færøerne i 1904 indledte Johannes Schmidt sin jagt på ålens gydeplads. Stadier undervejs var Thor-ekspeditionen i 1908-10 i Middelhavet, et togt med skonnerten Margrethe i Vestindien 1913 og de vestatlantiske Dana-ekspeditioner 1920-22, hvorunder Sargassohavet blev endeligt fastslået som ålens yngleplads. Hovedformålet med Carlsbergfondets Dana-ekspedition 1928-30 var udforskning af ynglepladser for de indopacifiske ålearter; ved den metodiske indsats gennem to år tilvejebragtes verdens rigeste samlinger af pelagiske dyr.

I 1930'erne foretog danske zoologer en større undersøgelse af Den Persiske Golf, og Atlantide-ekspeditionen gik til Vestafrika i 1945-46. Galathea -ekspeditionen 1950-52 udforskede dybhavet og er verdens seneste store jordomsejlingsekspedition. Man påviste levende bakterier og højere dyreliv i over 10 km dybde i Filippinergraven. Nord for Panamabugten fandt man på 3,6 km dybde urbløddyret Neopilina galatheae, et levende fossil, da dyr af denne type ellers kun var kendt fra Jordens oldtid. Undervejs brugte algeforskeren E. Steeman Nielsen for første gang den radioaktive isotop ¹⁴C (kulstof 14) i målinger af havets primærproduktion, hvilket siden blev standardmetoden verden over.

En bemærkelsesværdig præstation var zoologen Th. Mortensens mange enkeltmandsekspeditioner til tropiske kystområder. Hans indsamlinger gav, ligesom resultaterne af de øvrige ekspeditioner, anledning til selvstændige publikationsserier.

En ledende skikkelse i udforskningen af dyrelivet i danske farvande var Gunnar Thorson, der med bidrag af C. Barker Jørgensen publicerede sin store monografi om bunddyrenes larveudvikling (1946).

Oceanografien er inde i en rivende udvikling, hvor elektronisk udstyr tages i anvendelse til opgaver, der bliver stadig mere raffinerede. Overfladen af havområder udforskes vha. satellitter (remote sensing). Selvregistrerende bøjer måler kontinuert saltholdighed, temperatur, ilt og andre faktorer i havvandet. De store nationer anvender permanente forskningsfartøjer, fjernstyrede robotter (Remote Underwater Manipulator, RUM, Autonomous Underwater Vehicle, AUV) og miniubåde, fx den amerikanske batyskafAlvin. I 1977 førte et dyk med Alvin til opdagelsen af de såkaldte hydrotermiske væld, der opstår ved vulkansk aktivitet i sprækkezonerne mellem jordskorpens tektoniske plader. Nogle steder dannes skorstenslignende strukturer (black smokers og white smokers). Det helt specielle dyreliv på skorstenene og i sprækker i lavaen hører til blandt 1900-t.s mest epokegørende biologiske opdagelser. Bortset fra rovdyrene lever alle dyr af bakterier, som udnytter sulfid ved kemosyntese, der ikke kræver solenergi.

Galathea-ekspeditionen gjorde dansk dybhavsforskning kendt i udlandet. Lederen, Anton F. Bruun, blev en af initiativtagerne i organisering af international havforskning og etableringen af Dansk Nationalråd for Oceanologi i 1957. Dette arbejde blev videreført af Galatheas souschef, Torben Wolff, der ligesom andre zoologer ved Zoologisk Museum (København) — Erik Bertelsen (1912-93) og Jørgen Nielsen (f. 1932) (fisk), Jørgen Knudsen (1918-2009) (muslinger), Bent Hansen (1925-88) (søpølser) og Ole Tendal (f. 1942) (dyriske svampe m.m.) — ofte har deltaget i andre landes dybhavstogter og i bearbejdelsen af materialet. Tendal har tillige været en af lederne af BIO-FAR, en omfattende undersøgelse omkring Færøerne ned til ca. 1000 m dybde, samt af den tilsvarende islandske BIO-ICE.

Hovedcentret for havforskning i danske farvande er Marinbiologisk Laboratorium i Helsingør, grundlagt af Gunnar Thorson i 1958. Thorson uddannede mange havbiologer, bl.a. Jørgen Hylleberg (f. 1935). Hylleberg lancerede i 1975 begrebet "fødedyrkning" (gardening) hos sandorme. Ormene ilter sedimentet og stimulerer væksten af mikroorganismer i det omgivende miljø. Det berigede havbundsmateriale bliver slugt og mikroorganismerne fordøjet. Dette har vist sig at være vigtigt også hos mange andre af havbundens dyr.

I takt med udviklingen af nye metoder og apparater har man afdækket mikroorganismernes betydning i havet. Væsentlige bidrag inden for dette forskningsfelt er ydet af Tom Fenchel, Bo Barker Jørgensen og Niels Peter Revsbech.

Større danske landvindinger kan noteres inden for biogeokemien. På initiativ af Statens Naturvidenskabelige Forskningsråd blev en forskergruppe dannet på Aarhus Universitet i midten af 1970'erne. Med støtte fra bl.a. Miljøstyrelsens forskningsprogram Hav-90 designede Jens Gundersen (f. 1962) et instrument kaldet Profiluren. Det er forsynet med mikroelektroder, der kan måle uforstyrrede iltprofiler under studier af grænselag i havbunden.

Endnu et initiativ er seks danske ministeriers samarbejde om Det Strategiske Miljøforskningsprogram 1992-96. Det har en marin del med fokus på anvendt forskning, især omsætning af næringssalte, med betydning for miljøpolitiske beslutninger.

Om bord på de større havgående skibe, der er specielt indrettede til havforskning, foretages som regel både fysisk-kemiske, geologiske og biologiske undersøgelser. Især lande som USA, England, Tyskland og Frankrig har adskillige skibe udstyret til havforskning. Blandt de største er det tyske skib Polarstern (118 m, 10.970 BRT, søsat 1982), som er udrustet til forskning i polarområder med plads til 44 besætningsmedlemmer og 56 forskere. Et meget specielt fartøj er det amerikanske FLIP, som kan rejses fra vandret til lodret stilling og forankres som en slags platform.

I Danmark findes i dag kun et enkelt større skib, Dana (78 m, 2500 BRT), der betjenes af DTU Aqua, samt en række mindre fartøjer knyttet til bl.a. universiteterne.

Læs mere om hav.