Quando um médico examina um paciente, eles podem ouvir a respiração do paciente, meça a temperatura deles, e discutir nutrição. Ao verificar o oceano, os cientistas também tomam oxigênio, temperatura, e leituras de nutrientes. Mas por causa de seu tamanho e variabilidade, ler os sinais vitais do oceano é muito mais desafiador do que discutir com o paciente comum.

Embora ancoradouros e robôs subaquáticos autônomos possam ajudar a monitorar a saúde do oceano, Os engenheiros e cientistas do MBARI têm trabalhado em uma nova ferramenta de diagnóstico - um flutuador de perfilamento costeiro - que pode permanecer no mar por períodos mais longos sem a necessidade de uma âncora no fundo do mar.

Por duas décadas, flutuadores de perfil de oceano aberto têm monitorado com sucesso a temperatura e a salinidade. A rede Argo possui cerca de 3, 800 flutuadores à deriva em todo o mundo, e o projeto de Observações e Modelagem de Carbono e Clima do Oceano Antártico (SOCCOM) tem cerca de 200 flutuadores no Oceano Antártico. Todos esses flutuadores coletam dados e os enviam de volta à costa em poucas horas.

Ao contrário do que o nome pode sugerir, Os flutuadores de perfil não flutuam apenas passivamente no oceano - eles se movem para cima e para baixo. Os flutuadores em oceano aberto passam a maior parte do tempo em 1, 000 a 2, 000 metros (3, 280 a 6, 560 pés) profundidades, subindo à superfície a cada 10 dias graças a uma bexiga natatória projetada.

"A bexiga externa é extensível, e tudo o que estamos fazendo é mover o óleo de dentro para fora, "disse Gene Massion, Engenheiro chefe do MBARI no projeto. Mover o óleo para fora da bóia e para dentro da bexiga externa aumenta seu volume sem alterar a massa da bóia, fazendo com que suba pela água. Mover o óleo de volta para o flutuador diminui o volume, e, portanto, a flutuabilidade, permitindo que o flutuador afunde.

"Esses flutuadores são um sistema que funciona, "disse Ken Johnson, um cientista sênior do MBARI. “Eles também são muito mais baratos do que os navios de pesquisa, e não precisa de tantos funcionários para operar ou manter. "

Mas existe uma parte vital do oceano onde esses flutuadores são menos eficazes - as áreas costeiras. Como um filamento de algas flutuando, flutuadores estão à mercê das correntes. No oceano aberto, um pequeno movimento de ida e volta não é preocupante. Mas ao longo da costa, flutuadores podem facilmente encalhar na praia, tornando-os inúteis. Como resultado, cientistas não têm dados flutuantes das regiões costeiras, as partes mais produtivas do oceano.

"Para entender a saúde do oceano, você precisa trabalhar nas zonas costeiras, onde vivem o fitoplâncton microscópico e as algas na base da cadeia alimentar, "explicou Massion. Depois de trabalhar nas matrizes SOCCOM e Argo, Johnson e sua equipe estão desenvolvendo um novo flutuador projetado para a costa.

Uma bóia que estaciona no fundo do mar

Os pesquisadores do MBARI projetaram o flutuador de perfilamento costeiro especificamente para superar os desafios de trabalhar no ambiente costeiro. Seu principal truque é manter o parque flutuante no fundo do mar entre os períodos de coleta de dados. O flutuador então passa menos tempo sendo empurrado na coluna de água e potencialmente em direção à costa.

Um maior, a bexiga modificada dá ao flutuador de perfilamento costeiro uma gama mais ampla de flutuabilidade. A maior flutuabilidade negativa permite que a bóia estacione com segurança no fundo lamacento. Uma flutuabilidade positiva maior permite que a bóia saia da lama pegajosa do fundo do mar.

Em vez de fazer uma medição a cada 10 dias, como os flutuadores Argo, os flutuadores de perfis costeiros podem se mover para cima e para baixo na coluna de água quatro vezes por dia ou mais. Devido à rápida variação no ambiente costeiro, as medições precisam ser feitas com mais frequência perto da costa do que em mar aberto.

Até aqui, Os pesquisadores do MBARI construíram dois modelos diferentes de flutuadores costeiros com os mesmos componentes principais. Os engenheiros construíram o primeiro protótipo com uma bexiga de flutuação na parte inferior do cilindro, muito parecido com os designs existentes de flutuadores Argo. Seu segundo projeto tem bexigas nas laterais do corpo para reduzir as chances de ficar preso na lama do fundo do mar. "Esses são pequenos problemas irritantes ao trabalhar no oceano real, com os quais você tem que lidar como engenheiro, "disse Massion, "mas ambas as abordagens são muito viáveis."

Eventualmente, os engenheiros esperam que os flutuadores sejam capazes de lutar contra a corrente. Se uma corrente em uma profundidade, ou na superfície, está empurrando o flutuador perigosamente perto da praia, muitas vezes há uma corrente em outra profundidade fluindo offshore. Em teoria, o flutuador precisa apenas encontrar a profundidade em que a corrente offshore está fluindo. Encontrar essa corrente é um grande desafio - um que Massion e sua equipe ainda estão enfrentando.

Massion também está testando unidades de medição inercial (IMUs), como aqueles usados ​​em alguns dos robôs do MBARI, para determinar em qual direção o flutuador está se movendo. Esta tecnologia é muito cara, mas está cada vez mais barata e melhor.

Teste na água

Nos últimos dois anos, Massion e seus colegas engenheiros resolveram a maioria dos bugs e testaram os aspectos mecânicos do flutuador. "A coisa funcionou muito bem; subiu e desceu; controlamos a velocidade, nós mantemos profundidade; Foi demais, "disse Massion. Agora os cientistas da equipe querem demonstrar sua funcionalidade executando missões científicas. Em aplicações científicas, os dados fazem toda a conversa.

Um grupo de pesquisadores do MBARI já conduziu experimentos preliminares usando um flutuador de perfilamento costeiro na Baía de Monterey. O protótipo flutua, equipado com uma armadilha de sedimentos para coletar partículas de material orgânico (alimento para animais do fundo do mar), passou um dia pairando cerca de 130 metros (426 pés) abaixo da superfície, amostragem em intervalos de seis horas. Os cientistas do MBARI ainda estão analisando os dados desse experimento.

Ainda este ano, a equipe planeja colocar três protótipos de flutuadores de perfis costeiros em um arranjo triangular na baía de Monterey. Cada primavera e verão, grandes florações de algas aparecem na costa norte da baía. Os pesquisadores esperam que esses flutuadores ajudem a identificar a fonte dos nutrientes que alimentam essas flores. Esses flutuadores serão implantados por um mês ou mais. Se necessário, os cientistas podem coletá-los, recarregue suas baterias, e enviá-los de volta.

Os pesquisadores esperam que os flutuadores de perfis costeiros também possam ser usados ​​para estudar "zonas mortas" de baixo oxigênio - áreas do oceano onde a maior parte da vida marinha morre ou sai devido aos baixos níveis de oxigênio. Fora das regiões costeiras, o flutuador pode ser útil no estudo dos sistemas árticos e de água doce. A bexiga grande funcionará bem nessas áreas, onde o gelo derretido ou os emissários de rios costeiros resultam em água doce de baixa densidade na superfície e densidade crescente com a profundidade.

Os flutuadores atualmente carregam instrumentos que medem oxigênio, nitrato, pH, temperatura, salinidade, partículas, luz solar, e clorofila (um indicador de algas). Os sensores podem ser trocados ou adicionados de acordo com as necessidades dos cientistas. "Agora mesmo, o flutuador é mais parecido com uma caminhonete do que, Digamos, uma Ferrari, "disse Johnson. À medida que os pesquisadores continuam a refinar o design do flutuador, ele prevê que os flutuadores e os instrumentos se tornem mais aerodinâmicos e compactos.

"Com esses instrumentos, podemos medir o pulso básico do oceano, "disse Johnson, “Se houver problemas em uma área, podemos então direcionar os navios para a realização de estudos mais detalhados. "Por enquanto, esses carros alegóricos fornecerão aos cientistas dados suficientes para fazer uma leitura sobre a saúde do paciente.