Quale sarà l'impatto sull'oceano se gli esseri umani scavano nelle profondità del mare? È una domanda che sta acquistando urgenza man mano che l'interesse per i minerali marini è cresciuto.

Il fondale oceanico è disseminato di antiche rocce grandi come una patata chiamate "noduli polimetallici" che contengono nichel e cobalto, minerali molto richiesti per la produzione di batterie, come l'alimentazione di veicoli elettrici e l'immagazzinamento di energia rinnovabile, e in risposta a fattori quali l'aumento dell'urbanizzazione. L'oceano profondo contiene grandi quantità di noduli carichi di minerali, ma l'impatto dell'estrazione mineraria del fondo oceanico è sconosciuto e molto contestato.

Ora gli scienziati oceanici del MIT hanno fatto luce sull'argomento, con un nuovo studio sulla nuvola di sedimenti che un veicolo di raccolta solleverebbe mentre raccoglie noduli dal fondo del mare.

Lo studio, apparso in Science Advances, riporta i risultati di una crociera di ricerca del 2021 in una regione dell'Oceano Pacifico nota come Clarion Clipperton Zone (CCZ), dove abbondano i noduli polimetallici. Lì, i ricercatori hanno dotato un veicolo collettore pre-prototipo di strumenti per monitorare i disturbi del pennacchio di sedimenti mentre il veicolo manovrava sul fondo del mare, a 4.500 metri sotto la superficie dell'oceano. Attraverso una sequenza di manovre attentamente studiate. gli scienziati del MIT hanno utilizzato il veicolo per monitorare la propria nuvola di sedimenti e misurarne le proprietà.

Le loro misurazioni hanno mostrato che il veicolo ha creato un denso pennacchio di sedimenti sulla sua scia, che si è diffuso sotto il suo stesso peso, in un fenomeno noto nella fluidodinamica come "corrente di torbidità". Man mano che si disperdeva gradualmente, il pennacchio è rimasto relativamente basso, rimanendo entro 2 metri dal fondale marino, invece di sollevarsi immediatamente più in alto nella colonna d'acqua come era stato ipotizzato.

"È un quadro abbastanza diverso di come appaiono questi pennacchi, rispetto ad alcune delle congetture", afferma il coautore dello studio Thomas Peacock, professore di ingegneria meccanica al MIT. "Gli sforzi di modellazione dei pennacchi minerari in acque profonde dovranno tenere conto di questi processi che abbiamo identificato, al fine di valutarne l'estensione."

I coautori dello studio includono l'autore principale Carlos Muñoz-Royo, Raphael Ouillon e Souha El Mousadik del MIT; e Matthew Alford della Scripps Institution of Oceanography.

Manovre d'altura

Per raccogliere i noduli polimetallici, alcune compagnie minerarie stanno proponendo di schierare veicoli delle dimensioni di un trattore sul fondo dell'oceano. I veicoli aspirerebbero i noduli insieme ad alcuni sedimenti lungo il loro percorso. I noduli e i sedimenti verrebbero quindi separati all'interno del veicolo, con i noduli inviati attraverso un tubo montante a una nave di superficie, mentre la maggior parte dei sedimenti verrebbe scaricata immediatamente dietro il veicolo.

Peacock e il suo gruppo hanno precedentemente studiato la dinamica del pennacchio di sedimenti che le navi associate alle operazioni di superficie possono pompare nuovamente nell'oceano. Nel loro studio attuale, si sono concentrati sull'estremità opposta dell'operazione, per misurare la nuvola di sedimenti creata dagli stessi collettori.

Nell'aprile 2021, il team si è unito a una spedizione guidata da Global Sea Mineral Resources NV (GSR), un appaltatore belga di ingegneria marittima che sta esplorando la CCZ alla ricerca di modi per estrarre noduli ricchi di metalli. Anche un team scientifico con sede in Europa, Mining Impacts 2, ha condotto studi separati in parallelo. La crociera è stata la prima in oltre 40 anni a testare un veicolo da collezione "pre-prototipo" nella CCZ. La macchina, chiamata Patania II, è alta circa 3 metri, larga 4 metri ed è circa un terzo delle dimensioni di un veicolo commerciale.

Mentre l'appaltatore ha testato le prestazioni di raccolta dei noduli del veicolo, gli scienziati del MIT hanno monitorato la nuvola di sedimenti creata sulla scia del veicolo. Lo hanno fatto utilizzando due manovre che il veicolo era programmato per eseguire:un "selfie" e un "drive-by".

Entrambe le manovre sono iniziate allo stesso modo, con il veicolo che si avvia in linea retta, tutti i suoi sistemi di aspirazione accesi. I ricercatori hanno lasciato guidare il veicolo per 100 metri, raccogliendo eventuali noduli sul suo percorso. Quindi, nella manovra del "selfie", hanno ordinato al veicolo di spegnere i suoi sistemi di aspirazione e di tornare indietro per guidare attraverso la nuvola di sedimenti che aveva appena creato. I sensori installati sul veicolo hanno misurato la concentrazione di sedimenti durante questa manovra "selfie", consentendo agli scienziati di monitorare la nuvola pochi minuti dopo che il veicolo si è mosso.

Per la manovra "drive-by", i ricercatori hanno posizionato un ormeggio carico di sensori a 50-100 metri dai binari pianificati del veicolo. Mentre il veicolo procedeva raccogliendo noduli, ha creato un pennacchio che alla fine si è diffuso oltre l'ormeggio dopo un'ora o due. Questa manovra "drive-by" ha consentito al team di monitorare la nuvola di sedimenti su un arco di tempo più lungo di diverse ore, catturando l'evoluzione del pennacchio.

Fuori vapore

Su più corse di veicoli, Peacock e il suo team sono stati in grado di misurare e monitorare l'evoluzione del pennacchio di sedimenti creato dal veicolo minerario in acque profonde.

"Abbiamo visto che il veicolo stava guidando in acque limpide, vedendo i noduli sul fondo del mare", dice Peacock. "E poi improvvisamente c'è questa nuvola di sedimenti molto taglienti che arriva quando il veicolo entra nel pennacchio."

Dalle viste dei selfie, il team ha osservato un comportamento che era stato previsto da alcuni dei loro precedenti studi di modellazione:il veicolo ha sollevato una pesante quantità di sedimento abbastanza denso che, anche dopo essersi mescolato con l'acqua circostante, ha generato un pennacchio che si comportava quasi come un fluido separato, diffondendosi sotto il proprio peso in quella che è nota come corrente di torbidità.

"La corrente di torbidità si diffonde sotto il suo stesso peso per qualche tempo, decine di minuti, ma mentre lo fa deposita sedimenti sul fondo del mare e alla fine esaurisce il vapore", dice Peacock. "Dopodiché, le correnti oceaniche diventano più forti della diffusione naturale e il sedimento passa a essere trasportato dalle correnti oceaniche."

Nel momento in cui il sedimento è andato alla deriva oltre l'ormeggio, i ricercatori stimano che dal 92 al 98 percento del sedimento si sia depositato nuovamente o sia rimasto entro 2 metri dal fondo del mare come una nuvola bassa. Tuttavia, non vi è alcuna garanzia che il sedimento rimanga sempre lì piuttosto che andare alla deriva più in alto nella colonna d'acqua. Studi recenti e futuri del team di ricerca stanno esaminando questa domanda, con l'obiettivo di consolidare la comprensione dei pennacchi di sedimenti minerari in acque profonde.

"Il nostro studio chiarisce la realtà di come appare il disturbo iniziale dei sedimenti quando si ha un certo tipo di operazione di estrazione di noduli", afferma Peacock. "Il grande risultato è che ci sono processi complessi come le correnti di torbidità che si verificano quando si fa questo tipo di raccolta. Quindi, qualsiasi sforzo per modellare l'impatto di un'operazione di estrazione in acque profonde dovrà catturare questi processi". + Esplora ulteriormente

Cosa accadrà ai pennacchi di sedimenti associati all'estrazione in acque profonde?