La enorme extensión de las profundidades marinas y los desafíos tecnológicos de trabajar en un entorno extremo dificultan el acceso y el estudio de estas profundidades. Los científicos saben más sobre la superficie de la luna que sobre el fondo marino profundo. MBARI está aprovechando los avances en tecnologías robóticas paraabordar esta disparidad.
Un rover robótico autónomo, Benthic Rover II, ha proporcionado una nueva visión de la vida en el fondo marino abisal, 4.000 metros 13.100 pies debajo de la superficie del océano. Un estudio publicado hoy en Ciencia robótica detalla el desarrollo y la operación probada a largo plazo de este rover. Este innovador laboratorio móvil ha revelado aún más el papel de las profundidades marinas en el ciclo del carbono. Los datos recopilados por este rover son fundamentales para comprender los impactos del cambio climático en el océano.
"El éxito de este rover abisal ahora permite el monitoreo a largo plazo del acoplamiento entre la columna de agua y el fondo marino. Comprender estos procesos conectados es fundamental para predecir la salud y la productividad de nuestro planeta envuelto en un clima cambiante", dijo MBARI SeniorEl científico Ken Smith.
A pesar de su distancia de las aguas poco profundas iluminadas por el sol, el fondo marino profundo está conectado con las aguas de arriba y es vital para el ciclo y el secuestro del carbono. Los pedazos de materia orgánica, incluidas las plantas y los animales muertos, la mucosidad y los desechos excretados, se hunden lentamente a través dela columna de agua al lecho marino. La comunidad de animales y microbios en y en el lodo digiere parte de este carbono, mientras que el resto puede quedar atrapado en sedimentos de aguas profundas durante miles de años.
Las profundidades marinas juegan un papel importante en el ciclo del carbono y el clima de la Tierra, sin embargo, todavía sabemos poco sobre los procesos que ocurren a miles de metros debajo de la superficie. Los obstáculos de ingeniería como la presión extrema y la naturaleza corrosiva del agua de mar dificultan el envío de equipos alfondo marino abisal para estudiar y monitorear el reflujo y el flujo de carbono.
En el pasado, Smith y otros científicos se basaron en instrumentos estacionarios para estudiar el consumo de carbono de las comunidades del lecho marino profundo. Solo podían implementar estos instrumentos durante unos días a la vez. Basándose en 25 años de innovación en ingeniería, MBARI ha desarrollado unsolución a largo plazo para el seguimiento del fondo marino abisal.
"Los eventos emocionantes en las profundidades del mar generalmente ocurren brevemente y a intervalos impredecibles, por eso es tan crucial tener un monitoreo continuo con Benthic Rover II", explicó Alana Sherman, líder del Grupo de Ingeniería Eléctrica., es probable que te pierdas la acción principal ".
Benthic Rover II es el resultado del arduo trabajo de un equipo colaborativo de ingenieros y científicos de MBARI, dirigido por Smith y Sherman.
Los ingenieros de MBARI diseñaron Benthic Rover II para manejar las condiciones frías, corrosivas y de alta presión de las profundidades marinas. Construido con titanio resistente a la corrosión, plástico y espuma sintáctica resistente a la presión, este rover puede soportar despliegues de hasta 6.000metros aproximadamente 19,700 pies de profundidad.
"Además de los desafíos físicos de operar en estas condiciones extremas, también tuvimos que diseñar un sistema de control de computadora y un software lo suficientemente confiable para funcionar durante un año sin fallar; nadie está allí para presionar un botón de reinicio", explicó MBARIEl ingeniero eléctrico Paul McGill. "La electrónica también tiene que consumir muy poca energía para que podamos llevar baterías suficientes para un año. A pesar de todo lo que hace, el rover consume un promedio de solo dos vatios, aproximadamente lo mismo que un iPhone. "
El Benthic Rover II tiene aproximadamente el tamaño de un automóvil pequeño: 2,6 metros 8,5 pies de largo, 1,7 metros 5,6 pies de ancho y 1,5 metros 4,9 pies de alto, y pisa suavemente sobre el fondo fangoso de unpar de orugas de goma anchas.
Los investigadores despliegan Benthic Rover II desde el buque de MBARI, el R / V Folleto occidental . La tripulación de los barcos baja cautelosamente el rover al agua y lo suelta en caída libre al fondo del océano. El rover tarda unas dos horas en llegar al fondo. Una vez que aterriza en el fondo marino, el rover puede comenzar sumisión.
Primero, los sensores verifican las corrientes que fluyen a lo largo del lecho marino. Cuando detectan corrientes favorables, el rover se mueve hacia arriba o a través de la corriente para llegar a un sitio no perturbado y comenzar a recopilar datos.
Las cámaras en la parte delantera del rover fotografían el fondo marino y miden la fluorescencia. Este brillo distintivo de clorofila bajo la luz azul revela cuánto fitoplancton "fresco" y otros desechos vegetales han caído en el fondo marino. Los sensores registran la temperatura y la concentración de oxígeno delaguas justo encima del fondo.
A continuación, el rover baja un par de cámaras respirométricas transparentes que miden el consumo de oxígeno de la comunidad de vida en el lodo durante 48 horas. A medida que los animales y los microbios digieren la materia orgánica, usan oxígeno y liberan dióxido de carbono en una proporción específica.Saber cuánto oxígeno usan esos animales y microbios es crucial para comprender la remineralización del carbono: la descomposición de la materia orgánica en componentes más simples, incluido el dióxido de carbono.
Después de 48 horas, el rover eleva las cámaras del respirómetro y avanza 10 metros 32 pies hacia adelante, con cuidado de no cruzar su ruta anterior, y selecciona otro sitio para muestrear. Repite este patrón de muestreo una y otra vez durante el despliegue, normalmente un año completo.
al final de cada despliegue, el R / V Folleto occidental regresa para recuperar el rover, descargar sus datos, cambiar su batería y devolverlo al fondo marino por un año más. Dentro de cada despliegue de un año, el equipo de MBARI lanza otro robot autónomo, el Wave Glider, deshore para regresar trimestralmente para verificar el progreso del Benthic Rover II. "El rover no puede comunicarse con nosotros directamente para decirnos su ubicación o condición, por lo que enviamos un robot para encontrar nuestro robot", explicó McGill. Un transmisor acústico en el WaveEl planeador hace ping al rover en el lecho marino de abajo. El rover luego envía actualizaciones de estado y datos de muestra al planeador que está sobre su cabeza. Luego, el planeador transmite esa información a los investigadores en la costa a través de un satélite.
"Los datos del Benthic Rover II nos han ayudado a cuantificar cuándo, cuánto y qué fuentes de carbono podrían secuestrarse o almacenarse en el fondo marino abisal", dijo Crissy Huffard, especialista sénior en investigación de MBARI.
Durante los últimos siete años, Benthic Rover II ha estado en funcionamiento continuo en la Estación M, un sitio de investigación de MBARI ubicado a 225 kilómetros 140 millas de la costa del centro de California. La Estación M se encuentra a 4,000 metros 13,100 pies debajo de la superficie del océano.- tan profundo como la profundidad promedio del océano, lo que lo convierte en un buen sistema modelo para estudiar ecosistemas abisales.
Durante los últimos 32 años, Smith y su equipo han construido un observatorio submarino único en la estación M. Benthic Rover II y un conjunto de otros instrumentos operan allí las 24 horas del día, los siete días de la semana, durante un año completo sin servicio.
"El rendimiento confiable del rover durante siete años, pasando el 99 por ciento de su vida en el fondo marino, es el resultado de muchos años de pruebas, resolución de problemas y desarrollo de las mejores técnicas para mantener el vehículo", dijo Sherman.ejemplo de lo que es posible cuando se aplica la tecnología a problemas desafiantes en la ciencia ".
Los datos recopilados en la estación M muestran que las profundidades marinas están lejos de ser estáticas. Las condiciones físicas, químicas y biológicas pueden cambiar drásticamente en escalas de tiempo que van desde horas hasta décadas.
Las aguas superficiales de la Corriente de California sobre la Estación M están repletas de fitoplancton en la primavera y el verano. Estos pulsos estacionales en productividad caen en cascada desde la columna de agua hasta el lecho marino. Gran parte de esta materia orgánica que se hunde, conocida como "nieve marina",- se originó como dióxido de carbono en la atmósfera.
Durante la última década, los investigadores del MBARI han observado un aumento dramático en grandes pulsos de nieve marina que caen al fondo marino en la Estación M. Estos eventos episódicos representan una fracción cada vez mayor del suministro anual de alimentos en este sitio. En siete años de operaciónen la Estación M, Benthic Rover II registró importantes eventos semanales, estacionales, anuales y episódicos, todos proporcionando datos que ayudan a los investigadores de MBARI a comprender el ciclo del carbono de las profundidades marinas.
Entre noviembre de 2015 y noviembre de 2020, Benthic Rover II registró un aumento sustancial en la lluvia de fitoplancton muerto y otros desechos ricos en plantas fitodetritos que aterrizaron en el fondo marino abisal desde las aguas superiores. Una disminución en la concentración de oxígeno disuelto enlas aguas justo encima del fondo marino profundo acompañaron esta ganancia inesperada de materia orgánica.
Las herramientas tradicionales de monitoreo a corto plazo no habrían detectado las fluctuaciones que impulsan los cambios y tendencias a largo plazo. Benthic Rover II ha revelado una imagen más completa de cómo se mueve el carbono desde la superficie al fondo marino.
"Benthic Rover II nos ha alertado sobre cambios importantes a corto y largo plazo en las profundidades marinas que se están pasando por alto en los modelos globales", subrayó Huffard.
El éxito de Benthic Rover II y el trabajo continuo de MBARI en la Estación M resaltan cómo las plataformas persistentes y las observaciones a largo plazo pueden mejorar nuestra comprensión del espacio vital más grande de la Tierra. Con más empresas que buscan extraer recursos minerales del lecho marino profundo, estosLos datos también brindan información valiosa sobre las condiciones de referencia en las áreas que se están considerando para el desarrollo industrial o la minería en aguas profundas.
El océano también es un componente crucial en el ciclo del carbono y el clima de la Tierra. El océano y sus comunidades biológicas son un sumidero de dióxido de carbono. La quema de combustibles fósiles, la cría de ganado y la tala de bosques liberan miles de millones de toneladas de dióxido de carbono en nuestra atmósfera cadaaño. El océano nos ha protegido de los peores impactos al absorber más del 25 por ciento de este exceso de dióxido de carbono. Frente a un clima cambiante, comprender cómo fluye el carbono entre la superficie del océano iluminada por el sol y sus profundidades oscuras es más importante que nunca.
Video del rover robótico autónomo de aguas profundas : http://www.youtube.com/watch?v=Nqe6tKIn628&t=6s
El sentido del olfato es nuestro sistema de advertencia más rápido
¿Qué nos hace humanos? La respuesta se puede encontrar en el ADN pasado por alto
El aumento de la frecuencia del derretimiento extremo del hielo en Groenlandia aumenta el riesgo de inundaciones a nivel mundial