Gli scienziati del Naval Research Laboratory degli Stati Uniti hanno sviluppato boe acustiche legate al ghiaccio per monitorare l'ambiente acustico e oceanografico nel mutevole Artico. Le boe forniscono dati oceanografici critici per migliorare le capacità di previsione dei modelli oceanici e climatici.

Queste boe hanno convalidato le teorie sulla propagazione del suono dei ricercatori artici e continueranno a guidare e convalidare gli studi teorici nel Mare di Beaufort da marzo 2020 a marzo 2021.

"Il nostro lavoro, in tempo reale, fa la tomografia nell'oceano con le boe, " disse Altan Turgut, fisico ricercatore con NRL. "Ogni quattro ore assimilano i dati nei modelli oceanici".

La tomografia acustica oceanica è una tecnica che utilizza le onde sonore per visualizzare sezioni della temperatura e della corrente oceaniche.

Le boe sono una pratica alternativa alle più tradizionali tecniche di misurazioni acustiche e oceanografiche, perché forniscono monitoraggio in tempo reale e capacità operativa. Inoltre, consentono la comunicazione acustica sotto il ghiaccio e la capacità di navigazione per piattaforme mobili come alianti oceanici e veicoli autonomi sottomarini.

Turgut e i suoi colleghi hanno iniziato a studiare gli effetti del cambiamento delle caratteristiche del ghiaccio nel 2016 sulle prestazioni del sonar a media frequenza nell'Artico moderno. I sonar a media frequenza hanno una gamma di frequenze simile ai canti degli uccelli più comuni.

I ricercatori hanno partecipato a diverse spedizioni artiche multi-istituzionali per valutare l'impatto del cambiamento del ghiaccio marino sulle prestazioni del sonar a media frequenza.

Turgut e il suo team hanno utilizzato diversi strumenti di ormeggio acustici e ambientali costruiti dalla NRL durante il Canadian Basin Acoustic Prorogation Experiment (CANAPE) multi-istituzionale nei mari di Beaufort e Chukchi sulle coste nord-est e nord-ovest dell'Alaska.

Due ormeggi sorgente hanno trasmesso segnali a media frequenza ogni quattro ore per 40 minuti e un Billboard Array ha registrato dati acustici durante l'esperimento durato un anno.

Il Billboard Array è uno strumento acustico dotato di 64 elementi ricevitori che giacciono su un piano verticale di 7 metri per 4 metri. Differenzia e amplifica i suoni provenienti da diverse direzioni. L'array ha fornito dati acustici notevoli sia in condizioni oceanografiche stagionali che in condizioni di ghiaccio marino.

"I risultati di CANAPE hanno mostrato che sono possibili trasmissioni sonore favorevoli all'interno di uno strato di acqua fredda e più fresca a una profondità di 100-200 metri, " Turgut ha detto. "I suoni erano delimitati dalla calda acqua estiva del Pacifico dall'alto e dall'acqua calda dell'Atlantico dal basso". I ricercatori hanno anche sviluppato il primo modello matematico per simulare e prevedere la propagazione del suono sotto il ghiaccio chiamato equazione parabolica artica.

"Questo modello simula accuratamente l'interazione delle onde sonore con il ghiaccio marino che è stato un problema numerico impegnativo, " ha detto Michael Collins, Matematico NRL che ha sviluppato l'equazione parabolica artica.

Le prove scientifiche indicano che il carattere del ghiaccio marino artico continua a cambiare. L'attuale composizione del ghiaccio marino è più sottile, più giovane ed è diminuito a un tasso del 13% in estate e del 3% in inverno per decennio.

"L'interazione tra l'oceano e l'atmosfera sta aumentando e sta diventando simile a quella a latitudini più basse con oceano più aperto e condizioni di ghiaccio sottile e fragile, " Turgut ha detto. "Pertanto, le misurazioni acustiche della nuova composizione del ghiaccio e dell'idrografia vicino alla superficie sarebbero essenziali per previsioni accurate dei modelli oceanici e climatici nell'Artico".