A imensidão do mar profundo e os desafios tecnológicos de trabalhar em um ambiente extremo tornam essas profundidades difíceis de acessar e estudar. Os cientistas sabem mais sobre a superfície da lua do que sobre o fundo do mar. O MBARI está alavancando avanços em tecnologias robóticas para lidar com essa disparidade.
Um rover robótico autônomo, o Benthic Rover II, forneceu uma nova visão da vida no fundo do mar abissal, 4.000 metros (13.100 pés) abaixo da superfície do oceano. Um estudo publicado hoje na Science Robotics detalha o desenvolvimento e operação comprovada de longo prazo deste rover. Este inovador laboratório móvel revelou ainda mais o papel do mar profundo na ciclagem do carbono. Os dados coletados por este rover são fundamentais para a compreensão dos impactos das mudanças climáticas no oceano.
“O sucesso deste rover abissal agora permite o monitoramento de longo prazo do acoplamento entre a coluna de água e o fundo do mar. Compreender esses processos conectados é fundamental para prever a saúde e a produtividade de nosso planeta envolvido em um clima em mudança”, disse Ken, cientista sênior do MBARI Smith.
Apesar de sua distância das águas rasas iluminadas pelo sol, o fundo do mar profundo está conectado às águas acima e é vital para o ciclo e o sequestro do carbono. Pedaços de matéria orgânica – incluindo plantas e animais mortos, muco e resíduos excretados – lentamente afundam pela coluna d’água até o fundo do mar. A comunidade de animais e micróbios na lama digere parte desse carbono, enquanto o resto pode ficar preso em sedimentos do fundo do mar por até milhares de anos.
As profundezas do mar desempenham um papel importante no ciclo do carbono e no clima da Terra, mas ainda sabemos pouco sobre os processos que acontecem milhares de metros abaixo da superfície. Obstáculos de engenharia, como pressão extrema e natureza corrosiva da água do mar, dificultam o envio de equipamentos ao fundo do mar abissal para estudar e monitorar a vazante e o fluxo de carbono.
No passado, Smith e outros cientistas dependiam de instrumentos estacionários para estudar o consumo de carbono pelas comunidades do fundo do mar. Eles só podiam implantar esses instrumentos por alguns dias de cada vez. Com base em 25 anos de inovação em engenharia, o MBARI desenvolveu uma solução de longo prazo para monitorar o fundo do mar abissal.
“Eventos empolgantes no fundo do mar geralmente ocorrem de forma breve e em intervalos imprevisíveis, é por isso que o monitoramento contínuo com o Benthic Rover II é tão crucial”, explicou o líder do Grupo de Engenharia Elétrica, Alana Sherman. “Se você não estiver assistindo o tempo todo, provavelmente perderá a ação principal.”
O Benthic Rover II é o resultado do trabalho árduo de uma equipe colaborativa de engenheiros e cientistas do MBARI, liderados por Smith e Sherman.
Os engenheiros da MBARI projetaram o Benthic Rover II para lidar com as condições frias, corrosivas e de alta pressão do fundo do mar. Construído em titânio resistente à corrosão, plástico e espuma sintática resistente à pressão, este rover pode suportar implantações de até 6.000 metros (cerca de 19.700 pés) de profundidade.
“Além dos desafios físicos de operar nessas condições extremas, também tivemos que projetar um sistema de controle de computador e software confiável o suficiente para funcionar por um ano sem travar – ninguém está lá para apertar um botão de reinicialização”, explicou o engenheiro elétrico do MBARI Paul McGill. “A eletrônica também precisa consumir muito pouca energia para que possamos carregar baterias suficientes para durar um ano. Apesar de tudo que consome, o rover consome em média apenas dois watts – quase o mesmo que um iPhone.”
O Benthic Rover II tem aproximadamente o tamanho de um carro pequeno – 2,6 metros (8,5 pés) de comprimento, 1,7 metros (5,6 pés) de largura e 1,5 metros (4,9 pés) de altura – e pisa suavemente sobre o fundo lamacento em um par de largos, faixas de borracha.
Os pesquisadores implantam o Benthic Rover II do navio da MBARI, o R / V Western Flyer. A tripulação dos navios abaixa cuidadosamente o rover na água e o libera em queda livre no fundo do oceano. O veículo espacial leva cerca de duas horas para chegar ao fundo. Assim que pousar no fundo do mar, o rover pode começar sua missão.
Primeiro, os sensores verificam as correntes que fluem ao longo do fundo do mar. Quando eles detectam correntes favoráveis, o rover se move para cima ou através da corrente para alcançar um local não perturbado para começar a coletar dados.
Câmeras na frente do rover fotografam o fundo do mar e medem a fluorescência. Este brilho característico da clorofila sob a luz azul revela quanto fitoplâncton “fresco” e outros restos de plantas pousaram no fundo do mar. Os sensores registram a temperatura e a concentração de oxigênio nas águas logo acima do fundo.
Em seguida, o rover abaixa um par de câmaras transparentes de respirômetro que medem o consumo de oxigênio da comunidade da vida na lama por 48 horas. À medida que animais e micróbios digerem matéria orgânica, eles usam oxigênio e liberam dióxido de carbono em uma proporção específica. Saber quanto oxigênio esses animais e micróbios usam é crucial para entender a remineralização do carbono – a decomposição da matéria orgânica em componentes mais simples, incluindo o dióxido de carbono.
Após 48 horas, o rover levanta as câmaras do respirômetro e se move 10 metros (32 pés) para a frente, com cuidado para não cruzar seu caminho anterior, e seleciona outro local para amostrar. Ele repete esse padrão de amostragem indefinidamente durante a implantação, normalmente um ano inteiro.
No final de cada implantação, o R / V Western Flyer retorna para recuperar o rover, baixar seus dados, trocar sua bateria e devolvê-la ao fundo do mar por mais um ano. Em cada implantação de um ano, a equipe MBARI lança outro robô autônomo – o Wave Glider – da costa para retornar trimestralmente para verificar o progresso do Benthic Rover II. “O rover não pode se comunicar conosco diretamente para nos dizer sua localização ou condição, então enviamos um robô para encontrar nosso robô”, explicou McGill. Um transmissor acústico do Wave Glider faz um sinal sonoro no rover no fundo do mar abaixo. O rover então envia atualizações de status e dados de amostra para a sobrecarga do planador. O planador então transmite essa informação aos pesquisadores em terra via satélite.
“Os dados do Benthic Rover II nos ajudaram a quantificar quando, quanto e quais fontes de carbono podem ser sequestradas ou armazenadas no fundo do mar abissal”, disse o especialista em pesquisa sênior do MBARI, Crissy Huffard.
Nos últimos sete anos, o Benthic Rover II tem estado continuamente operacional na Estação M, um local de pesquisa MBARI localizado a 225 quilômetros (140 milhas) da costa da Califórnia central. A estação M fica a 4.000 metros (13.100 pés) abaixo da superfície do oceano – tão profundo quanto a profundidade média do oceano – tornando-se um bom sistema modelo para estudar ecossistemas abissais.
Nos últimos 32 anos, Smith e sua equipe construíram um observatório subaquático exclusivo na Estação M. Benthic Rover II e um conjunto de outros instrumentos operam lá 24 horas por dia, sete dias por semana, durante um ano inteiro sem manutenção.
“O desempenho confiável do rover ao longo de sete anos, passando 99 por cento de sua vida no fundo do mar, é o resultado de muitos anos de testes, solução de problemas e desenvolvimento das melhores técnicas para manter o veículo”, disse Sherman. “É um ótimo exemplo do que é possível aplicar a tecnologia a problemas desafiadores na ciência.”
Os dados coletados na Estação M mostram que o mar profundo está longe de ser estático. As condições físicas, químicas e biológicas podem mudar drasticamente em escalas de tempo que variam de horas a décadas.
As águas superficiais da Corrente da Califórnia sobre a Estação M estão repletas de fitoplâncton na primavera e no verão. Esses pulsos sazonais em cascata de produtividade da coluna de água para o fundo do mar. Grande parte dessa matéria orgânica que afunda – conhecida como “neve marinha” – se originou como dióxido de carbono na atmosfera.
Na última década, os pesquisadores do MBARI observaram um aumento dramático em grandes pulsos de neve marinha caindo no fundo do mar na Estação M. Esses eventos episódicos são responsáveis por uma fração crescente do suprimento anual de alimentos neste local. Em sete anos de operação na Estação M, o Benthic Rover II registrou eventos semanais, sazonais, anuais e episódicos significativos – todos fornecendo dados que ajudam os pesquisadores do MBARI a entender o ciclo do carbono no fundo do mar.
Entre novembro de 2015 e novembro de 2020, o Benthic Rover II registrou um aumento substancial na chuva de fitoplâncton morto e outros detritos ricos em plantas (fitodetrito) pousando no fundo do mar abissal vindo das águas acima. Uma diminuição na concentração de oxigênio dissolvido nas águas logo acima do fundo do mar acompanhou essa queda inesperada de matéria orgânica.
As ferramentas tradicionais de monitoramento de curto prazo não teriam detectado as flutuações que impulsionam as mudanças e tendências de longo prazo. O Benthic Rover II revelou um quadro mais completo de como o carbono se move da superfície para o fundo do mar.
“O Benthic Rover II nos alertou sobre mudanças importantes de curto e longo prazo no fundo do mar que estão sendo perdidas em modelos globais”, ressaltou Huffard.
O sucesso do Benthic Rover II e o trabalho contínuo do MBARI na Estação M destacam como plataformas persistentes e observações de longo prazo podem aumentar nossa compreensão do maior espaço de vida na Terra. Com mais empresas procurando extrair recursos minerais do fundo do mar, esses dados também fornecem informações valiosas sobre as condições de linha de base em áreas sob consideração para desenvolvimento industrial ou mineração em alto mar.
O oceano também é um componente crucial no ciclo do carbono e no clima da Terra. O oceano e suas comunidades biológicas são um sumidouro de dióxido de carbono. A queima de combustíveis fósseis, a criação de gado e o desmatamento de florestas liberam bilhões de toneladas de dióxido de carbono em nossa atmosfera todos os anos. O oceano nos protegeu dos piores impactos, absorvendo mais de 25% desse excesso de dióxido de carbono. Diante de uma mudança climática, entender como o carbono flui entre a superfície iluminada pelo sol do oceano e suas profundezas escuras é mais importante do que nunca.
Publicado em 06/11/2021 10h37
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