Cuando un médico revisa a un paciente, pueden escuchar la respiración del paciente, tomar su temperatura, y discutir la nutrición. Al observar el océano, los científicos también toman oxígeno, temperatura, y lecturas de nutrientes. Pero debido a su tamaño y variabilidad, leer los signos vitales del océano es mucho más desafiante que discutir con el paciente promedio.

Aunque los amarres y los robots submarinos autónomos pueden ayudar a controlar la salud del océano, Los ingenieros y científicos de MBARI han estado trabajando en una nueva herramienta de diagnóstico, un flotador de perfilado costero, que puede permanecer en el mar por períodos más largos sin requerir un ancla en el fondo marino.

Durante dos décadas, Los flotadores de perfiles de mar abierto han seguido con éxito la temperatura y la salinidad. La red Argo cuenta con alrededor de 3, 800 flotadores a la deriva en todo el mundo, y el proyecto de Observaciones y Modelado de Carbono y Clima del Océano Austral (SOCCOM) tiene aproximadamente 200 flotadores en el Océano Austral. Todos estos flotadores recopilan datos y los envían de regreso a la costa en cuestión de horas.

Al contrario de lo que podría sugerir el nombre, los flotadores de perfilado no solo flotan pasivamente en el océano, sino que se mueven hacia arriba y hacia abajo. Los flotadores de mar abierto pasan la mayor parte de su tiempo en 1, 000 a 2, 000 metros (3, 280 a 6, 560 pies) de profundidad, subiendo a la superficie cada 10 días gracias a una vejiga natatoria diseñada.

"La vejiga externa es extensible, y todo lo que estamos haciendo es mover el aceite de adentro hacia afuera, "dijo Gene Massion, Ingeniero líder de MBARI en el proyecto. Mover aceite fuera del flotador y dentro de la vejiga externa aumenta su volumen sin cambiar la masa del flotador, haciendo que se eleve a través del agua. Mover el aceite de regreso al interior del flotador disminuye el volumen, y por tanto la flotabilidad, permitiendo que el flotador se hunda.

"Estos flotadores son un sistema que funciona, "dijo Ken Johnson, un científico senior en MBARI. "También son mucho más baratos que los buques de investigación, y no se necesita tanto personal para operar o mantener ".

Pero hay una parte vital del océano donde estos flotadores son menos efectivos:las áreas costeras. Como una hebra de algas marinas a la deriva, los flotadores están a merced de las corrientes. En mar abierto, un pequeño movimiento de ida y vuelta no es preocupante. Pero a lo largo de la costa los flotadores pueden vararse fácilmente en la playa, haciéndolos inútiles. Como resultado, los científicos carecen de datos flotantes de las regiones costeras, las partes más productivas del océano.

"Para comprender la salud del océano, necesitas trabajar en las zonas costeras, donde viven el fitoplancton microscópico y las algas en la base de la cadena alimentaria, ", explicó Massion. Después de trabajar en las matrices SOCCOM y Argo, Johnson y su equipo ahora están desarrollando un nuevo flotador diseñado para la costa.

Un flotador que se estaciona en el fondo marino.

Los investigadores de MBARI diseñaron el flotador de perfilado costero específicamente para superar los desafíos de trabajar en el entorno costero. Su principal truco es hacer que el flotador se estacione en el fondo marino entre los períodos de recopilación de datos. Luego, el flotador pasa menos tiempo siendo empujado en la columna de agua y potencialmente hacia la orilla.

Un mayor, La vejiga modificada le da al flotador de perfilado costero un rango más amplio de flotabilidad. Una mayor flotabilidad negativa permite que el flotador se estacione de forma segura en el fondo fangoso. Una mayor flotabilidad positiva permite que el flotador salga del lodo pegajoso del lecho marino.

En lugar de realizar una medición cada 10 días, como el Argo flota, los flotadores de perfilado costero pueden moverse hacia arriba y hacia abajo en la columna de agua cuatro veces al día o más. Debido a la rápida variación del entorno costero, las mediciones deben tomarse con mayor frecuencia cerca de la costa que en mar abierto.

Hasta aquí, Los investigadores de MBARI han construido dos modelos diferentes de flotador costero con los mismos componentes centrales. Los ingenieros construyeron el primer prototipo con una vejiga de flotabilidad en la parte inferior del cilindro, al igual que los diseños de flotadores Argo existentes. Su segundo diseño tiene vejigas a los lados de su cuerpo para reducir las posibilidades de quedarse atascado en el lodo del lecho marino. "Estos son pequeños problemas irritantes al trabajar en el océano real con los que tienes que lidiar como ingeniero, "dijo Massion, "pero ambos enfoques son muy viables".

Eventualmente, los ingenieros esperan que los flotadores puedan luchar contra la corriente. Si una corriente a una profundidad, o en la superficie, está empujando el flotador peligrosamente cerca de la playa, a menudo hay una corriente a otra profundidad que fluye mar adentro. En teoria, el flotador solo necesita encontrar la profundidad a la que fluye la corriente marina. Encontrar esa corriente es un gran desafío, uno que Massion y su equipo todavía están abordando.

Massion también está probando unidades de medida inercial (IMU), como los que se utilizan en algunos de los robots de MBARI, para determinar en qué dirección se mueve el flotador. Esta tecnología es muy cara, pero cada vez es más barata y mejor.

Prueba en el agua

Durante el último año o dos, Massion y sus compañeros ingenieros han resuelto la mayoría de los errores y probado los aspectos mecánicos del flotador. "La cosa funcionó muy bien; subió y bajó; controlamos la velocidad, mantuvimos la profundidad; Fue asombroso ", dijo Massion. Ahora los científicos del equipo quieren demostrar su funcionalidad ejecutando misiones científicas. En aplicaciones científicas, los datos hablan todo.

Un grupo de investigadores del MBARI ya ha realizado experimentos preliminares utilizando un flotador de perfilado costero en la Bahía de Monterey. El flotador prototipo, equipado con una trampa de sedimentos para recoger partículas de materia orgánica que se hunden (alimento para animales de aguas profundas), pasó un día flotando alrededor de 130 metros (426 pies) debajo de la superficie, muestreo a intervalos de seis horas. Los científicos de MBARI todavía están analizando los datos de este experimento.

Después en este año, el equipo planea colocar tres prototipos de flotadores de perfilado costero en una matriz triangular en la Bahía de Monterey. Cada primavera y verano Aparecen grandes floraciones de algas frente a la costa norte de la bahía. Los investigadores esperan que estos flotadores ayuden a identificar la fuente de los nutrientes que alimentan estas floraciones. Estos flotadores se desplegarán durante un mes o más. Si es necesario, los científicos pueden recolectarlos, recargar sus baterías, y enviarlos de vuelta.

Los investigadores esperan que los flotadores de perfiles costeros también se puedan utilizar para estudiar las "zonas muertas" de bajo oxígeno, áreas del océano donde la mayoría de la vida marina muere o se va debido a los bajos niveles de oxígeno. Fuera de las regiones costeras, el flotador podría resultar útil para estudiar los sistemas árticos y de agua dulce. La vejiga grande funcionará bien en tales áreas, donde el derretimiento del hielo o los desagües de los ríos costeros dan como resultado agua dulce de baja densidad en la superficie y un aumento de la densidad con la profundidad.

Los flotadores actualmente llevan instrumentos que miden el oxígeno, nitrato, pH temperatura, salinidad, partículas luz del sol, y clorofila (un indicador de algas). Los sensores se pueden cambiar o agregar según las necesidades de los científicos. "Ahora, el flotador se parece más a una camioneta que, digamos, un ferrari ", dijo Johnson. A medida que los investigadores continúan perfeccionando el diseño del flotador, prevé que tanto los flotadores como los instrumentos se vuelvan más aerodinámicos y compactos.

"Con estos instrumentos, podemos medir el pulso básico del océano, "dijo Johnson, "Si hay problemas en un área, luego podemos ordenar a los barcos que realicen estudios más detallados ". Por el momento, Estos flotadores proporcionarán a los científicos suficientes datos para obtener una lectura sobre la salud del paciente.