Quando un medico controlla un paziente, potrebbero ascoltare il respiro del paziente, prendere la loro temperatura, e discutere di nutrizione. Durante il controllo sull'oceano, anche gli scienziati prendono ossigeno, temperatura, e letture dei nutrienti. Ma a causa delle sue dimensioni e variabilità, leggere i segni vitali dell'oceano è molto più impegnativo che litigare con il paziente medio.

Sebbene gli ormeggi e i robot subacquei autonomi possano aiutare a monitorare la salute degli oceani, Gli ingegneri e gli scienziati di MBARI hanno lavorato su un nuovo strumento diagnostico, un galleggiante per il profilo costiero, che può rimanere in mare per periodi di tempo più lunghi senza richiedere un'ancora sul fondo del mare.

Per due decenni, i galleggianti di profilazione dell'oceano aperto hanno monitorato con successo la temperatura e la salinità. La rete Argo vanta circa 3, 800 galleggianti alla deriva in tutto il mondo, e il progetto Southern Ocean Carbon and Climate Observations and Modeling (SOCCOM) ha circa 200 galleggianti nell'Oceano Australe. Tutti questi galleggianti raccolgono dati e li rimandano a riva in poche ore.

Contrariamente a quanto potrebbe suggerire il nome, i galleggianti di profilazione non galleggiano solo passivamente nell'oceano:si muovono su e giù. I galleggianti oceanici trascorrono la maggior parte del loro tempo a 1, 000 a 2, 000 metri (3, 280 a 6, 560 piedi) di profondità, risalendo in superficie ogni 10 giorni grazie a una vescica natatoria ingegnerizzata.

"La vescica esterna è estensibile, e tutto ciò che stiamo facendo è spostare l'olio avanti e indietro dall'interno verso l'esterno, " disse Gene Massion, Ingegnere capo di MBARI sul progetto. Spostando l'olio all'esterno del galleggiante e nella sacca esterna ne aumenta il volume senza modificare la massa del galleggiante, facendolo salire attraverso l'acqua. Riportando l'olio all'interno del galleggiante si riduce il volume, e quindi la galleggiabilità, permettendo al galleggiante di affondare.

"Questi galleggianti sono un sistema che funziona, " ha detto Ken Johnson, uno scienziato senior presso MBARI. "Sono anche molto più economici delle navi da ricerca, e non hanno bisogno di tanto personale per operare o mantenere."

Ma c'è una parte vitale dell'oceano in cui questi galleggianti sono meno efficaci:le aree costiere. Come un filo di alghe alla deriva, i galleggianti sono in balia delle correnti. In mare aperto un piccolo movimento avanti e indietro non è preoccupante. Ma lungo la costa, i galleggianti possono facilmente arenarsi sulla spiaggia, rendendoli inutili. Di conseguenza, gli scienziati non hanno dati sul galleggiante dalle regioni costiere, le parti più produttive dell'oceano.

"Per comprendere la salute dell'oceano, devi lavorare nelle zone costiere, dove vivono il fitoplancton microscopico e le alghe alla base della catena alimentare, " ha spiegato Massion. Dopo aver lavorato su entrambi gli array SOCCOM e Argo, Johnson e il suo team stanno ora sviluppando un nuovo galleggiante progettato per la costa.

Un galleggiante che parcheggia sul fondo del mare

I ricercatori MBARI hanno progettato il galleggiante per il profilo costiero specificamente per superare le sfide del lavoro nell'ambiente costiero. Il loro trucco principale è avere il parco galleggiante sul fondo del mare tra i periodi di raccolta dei dati. Il galleggiante passa quindi meno tempo a essere spinto nella colonna d'acqua e potenzialmente verso la riva.

Un più grande, la camera d'aria modificata conferisce al galleggiante di profilatura costiera una gamma più ampia di galleggiabilità. Una maggiore galleggiabilità negativa consente al galleggiante di parcheggiare in sicurezza sul fondo fangoso. Una maggiore galleggiabilità positiva consente al galleggiante di uscire dal fango appiccicoso del fondo marino.

Invece di eseguire una misurazione ogni 10 giorni, come galleggia l'Argo, i galleggianti di profilazione costiera possono muoversi su e giù nella colonna d'acqua quattro o più volte al giorno. A causa della rapida variazione dell'ambiente costiero, le misurazioni devono essere effettuate più frequentemente vicino alla costa che in mare aperto.

Finora, I ricercatori MBARI hanno costruito due diversi modelli di galleggiante costiero con gli stessi componenti principali. Gli ingegneri hanno costruito il primo prototipo con una camera d'aria sul fondo del cilindro, molto simile ai design dei galleggianti Argo esistenti. Il loro secondo design ha vesciche ai lati del corpo per ridurre le possibilità di rimanere bloccati nel fango del fondo marino. "Questi sono piccoli problemi irritanti quando si lavora nel vero oceano con cui si ha a che fare come ingegnere, " disse Massone, "ma entrambi gli approcci sono molto praticabili".

Alla fine gli ingegneri sperano che i galleggianti saranno in grado di combattere la corrente con la corrente. Se una corrente ad una profondità, o in superficie, sta spingendo pericolosamente il galleggiante vicino alla spiaggia, c'è spesso una corrente ad un'altra profondità che scorre al largo. In teoria, il galleggiante deve solo trovare la profondità alla quale scorre la corrente offshore. Trovare quella corrente è una grande sfida, che Massion e il suo team stanno ancora affrontando.

Massion sta anche testando le unità di misura inerziale (IMU), come quelli utilizzati in alcuni robot MBARI, per determinare in quale direzione si sta muovendo il galleggiante. Questa tecnologia è molto costosa, ma continua a diventare più economica e migliore.

Test in acqua

Negli ultimi due anni, Massion e i suoi colleghi ingegneri hanno risolto la maggior parte dei bug e testato gli aspetti meccanici del galleggiante. "La cosa ha funzionato alla grande; andava su e giù; controllavamo la velocità, abbiamo mantenuto la profondità; È stato incredibile, " ha affermato Massion. Ora gli scienziati del team vogliono dimostrare la sua funzionalità eseguendo missioni scientifiche. Nelle applicazioni scientifiche, i dati parlano.

Un gruppo di ricercatori MBARI ha già condotto esperimenti preliminari utilizzando un galleggiante per il profilo costiero nella baia di Monterey. Il prototipo galleggiante, dotato di una trappola per sedimenti per raccogliere particelle affondanti di materiale organico (cibo per animali di acque profonde), trascorso una giornata in bilico a circa 130 metri (426 piedi) sotto la superficie, campionamento a intervalli di sei ore. Gli scienziati di MBARI stanno ancora analizzando i dati di questo esperimento.

Entro quest'anno, il team prevede di posizionare tre prototipi di galleggianti per il profilo costiero in una disposizione triangolare nella baia di Monterey. Ogni primavera ed estate, grandi fioriture algali compaiono al largo della costa settentrionale della baia. I ricercatori si aspettano che questi galleggianti aiuteranno a identificare la fonte dei nutrienti che alimentano queste fioriture. Questi galleggianti saranno schierati per un mese o più. Se necessario, gli scienziati possono raccoglierli, ricaricare le batterie, e rimandarli indietro.

I ricercatori sperano che i galleggianti di profilazione costiera possano essere utilizzati anche per studiare le "zone morte" a basso contenuto di ossigeno, aree dell'oceano in cui la maggior parte della vita marina muore o se ne va a causa dei bassi livelli di ossigeno. Al di fuori delle regioni costiere, il galleggiante potrebbe rivelarsi utile per studiare i sistemi artici e di acqua dolce. La grande vescica funzionerà bene in tali aree, dove lo scioglimento del ghiaccio o degli emissari fluviali costieri produce acqua dolce a bassa densità in superficie e aumenta la densità con la profondità.

I galleggianti attualmente trasportano strumenti che misurano l'ossigeno, nitrato, pH, temperatura, salinità, particelle, luce del sole, e clorofilla (un indicatore di alghe). I sensori possono essere sostituiti o aggiunti in base alle esigenze degli scienziati. "Proprio adesso, il galleggiante è più simile a un camioncino che, diciamo, una Ferrari, " ha detto Johnson. Mentre i ricercatori continuano a perfezionare il design del galleggiante, prevede che sia i galleggianti che gli strumenti diventino più filanti e compatti.

"Con questi strumenti, possiamo misurare il polso di base dell'oceano, " ha detto Johnson, "Se ci sono problemi in una zona, possiamo quindi indirizzare le navi a condurre studi più dettagliati." Per il momento, questi galleggianti forniranno agli scienziati dati sufficienti per ottenere una lettura sulla salute del paziente.