Os pesquisadores do Sandia National Laboratories estão começando a analisar o primeiro conjunto de dados do fundo do mar sob o gelo marinho do Ártico usando um novo método. Eles foram capazes de capturar tremores de gelo e atividades de transporte na encosta norte do Alasca enquanto monitoravam outros sinais climáticos e vida marinha.

O time, liderado pelo geofísico Sandia Rob Abbott, conectado a um iDAS, um sistema interrogador de detecção acústica distribuída fabricado pela Silixa, a um cabo de fibra óptica existente de propriedade da Quintillion, uma empresa de telecomunicações com sede no Alasca. O cabo chega ao fundo do mar de Oliktok Point. Por sete dias, 24 horas por dia, as vibrações do cabo foram capturadas e registradas, ajudando os pesquisadores a entender melhor quais atividades naturais e causadas pelo homem ocorrem no oceano sem dados.

Esta é a primeira vez que um sistema interrogador de detecção acústica distribuído foi usado para capturar dados no fundo do mar dos oceanos Ártico ou Antártico, e a equipe vê muitas vantagens para uso futuro.

"Esta é uma coleta de dados inédita, e no que diz respeito ao que os laboratórios nacionais fazem, este é exatamente o tipo de alto risco, pesquisas de alta recompensa que podem fazer uma grande diferença na forma como somos capazes de monitorar o Oceano Ártico, "disse o gerente do Sandia Kyle Jones." Isso realmente está na vanguarda da sismologia e geofísica, junto com a mudança climática e outras disciplinas. "

A equipe espera registrar sinais climáticos, como o momento e a distribuição da quebra do gelo marinho, altura da onda do oceano, espessura do gelo marinho, zonas de falha e severidade de tempestade. Envio, o canto das baleias e as violações também podem ser gravados. Esta nova forma de monitoramento tem o potencial de capturar persistentemente uma ampla variedade de fenômenos árticos de maneira econômica e segura para que os cientistas possam entender melhor os efeitos das mudanças climáticas neste ambiente frágil. Disse Abbott.

O interrogador se parece com uma caixa eletrônica que pode ser conectada ao cabo de fibra óptica em terra, e usa um laser para enviar milhares de pulsos curtos de luz ao longo do cabo a cada segundo. Uma pequena proporção dessa luz é refletida de volta - ou espalhada - ao longo do cabo à medida que o fundo do mar a que está ligado se move devido à terra, gelo marinho, corrente oceânica e atividades animais. A luz retroespalhada permite que o interrogador detecte, monitorar e rastrear eventos ao longo da fibra, e os dados são armazenados em discos rígidos.

"O cabo de fibra óptica da Quintillion está em um local favorável na encosta norte do Alasca, "Abbott disse." Esta tecnologia funciona para este projeto por vários motivos. Não estamos enviando um barco para plantar monitores; não estamos perambulando pelo gelo marinho tentando instalar sensores. Este cabo existirá por décadas e podemos levar bons dados nele. É uma maneira muito segura de fazer essa medição em um ambiente perigoso. "

Financiado pelo programa de Pesquisa e Desenvolvimento Dirigido por Laboratório, esta foi a primeira de uma coleta de dados de oito semanas que acontecerá nos próximos dois anos durante o projeto. A equipe visitará o Alasca em cada uma das quatro estações do Ártico definidas como ligadas ao gelo, sem gelo, congelamento e descongelamento. Um terceiro ano será dedicado à análise de dados.

Abbott disse que os resultados serão comunicados à comunidade científica em geral e serão fornecidos à comunidade de modelagem climática para inclusão em algoritmos. Adicionalmente, a equipe espera que os resultados do projeto mostrem a necessidade de monitoramento de sensoriamento acústico distribuído persistente no Ártico.

"Gostaríamos de fornecer dados para modelos climáticos de alta fidelidade e análises de dados brutos, "Disse Abbott." Também espero realizar uma medição direta da espessura do gelo marinho, o que atualmente é difícil. Agora mesmo, você precisa de um avião voando ou precisa ir para o gelo. Isso pode ser muito perigoso e caro, e você só pode fazer isso uma ou duas vezes por ano. Usando um cabo de fibra ótica, o sistema de detecção acústica distribuída pode estar disponível 24 horas por dia, 7 dias por semana, 365 dias por ano, e você pode fazer uma medição da espessura do gelo marinho uma vez por dia. "

Encorajando dados capturados nas primeiras 168 horas

Os pesquisadores do Sandia estão apenas começando a analisar as primeiras 168 horas de dados coletados em fevereiro, e eles são encorajados pelo que vêem, Disse Abbott.

"Vemos coisas que são indicativas de terremotos. Vemos eventos de até 33 quilômetros no oceano, onde não deveria haver atividade antropogênica, " ele disse, referindo-se às primeiras duas horas de dados que ele olhou. "Certamente estamos vendo algum tipo de evento natural. Pode ser um terremoto de gelo, ou pode ser um evento micro-sísmico no solo, como um terremoto. Não temos certeza ainda. "

Mais perto da costa, Abbott disse que a equipe provavelmente registrou produção e reinjeção de poços reciclando águas residuais e frequências que são indicativas de marés e correntes oceânicas. Um resultado surpreendente foi o sistema captando frequências de uma nave flutuante voando baixo.

O interrogador pode registrar eventos em uma densidade espacial de três a quatro ordens de magnitude maior do que os hidrofones tradicionais ou implantações de sismômetro de fundo do oceano, Disse Abbott.

“Nesta primeira coleta de dados, não esperávamos ver muitas correntes e tremores de gelo porque havia uma cobertura de gelo estável em toda a área, e ainda assim vemos algumas dessas coisas, o que é emocionante, "Abbott disse.

Abbott disse que está ansioso para capturar dados sobre baleias e focas durante a temporada de migração. O Ártico é o lar das baleias bowhead e beluga, cada um com canções individuais. O sistema deve ser capaz de gravar essas músicas da mesma maneira que grava terremotos, porque as vibrações do oceano são transmitidas para a terra, que é então transmitido ao cabo. Com baleias, um padrão característico se desenvolve conforme a música muda de tom.

"Chama-se planar, onde com o tempo, as frequências começam baixas e vão altas e voltam para baixo, "Abbott disse." Frequências como essa são características de fontes biológicas e são facilmente discriminadas de outras fontes, como terremotos. As baleias costumam cantar por mais de 30 minutos com notas individuais repetidas que duram alguns segundos e flutuam para cima e para baixo. "

O clima de North Slope adicionou intensidade à crítica da primeira semana do experimento

O clima esperado, mas violento, da Encosta Norte foi um desafio. Em fevereiro, a área fica escura cerca de 18 horas do dia e como a neve sopra na maior parte do tempo e as estradas não estão bem sinalizadas, tudo continua parecendo novo, Disse Abbott. A equipe também estava lidando com o frio intenso, e enquanto eles estavam preparados, as temperaturas estavam cerca de 10 graus mais frias do que o esperado, em um ponto caindo para menos 45 Fahrenheit (menos 77 incluindo sensação térmica). Mesmo as pessoas que trabalham lá para viver fecham todas as atividades ao ar livre, Disse Abbott.

"O Ártico americano é formidável, 30 graus abaixo de zero sendo uma ocorrência comum nos meses de inverno, "disse Michael McHale, Diretor de receita da Quintillion. "Grande parte da região é tundra e difícil de atravessar no melhor tempo. Trabalhar aqui requer experiência significativa e conhecimento adquirido a duras penas. As implicações de engenharia são enormes. A maioria das redes e estações terrestres de satélite não operam em regiões onde precisam estar capaz de tolerar 70 graus abaixo de zero. "

Devido às condições adversas, O cabo de fibra óptica da Quintillion é duplamente blindado com revestimento de cobre e aço para proteção contra cortes, danos por esmagamento ou abrasão, McHale disse.

"Todos os componentes de rede da empresa, incluindo o cabeamento, são projetados para resistir ao ambiente ártico extremo e proteger contra interrupções na rede, "ele acrescentou." As porções submarinas do cabo estão principalmente enterradas abaixo do fundo do mar. "

Os nervos duraram ao longo da semana, pois a coleta de dados bem-sucedida era incerta

No dia seguinte à chegada da equipe, os pesquisadores se reuniram na instalação de aterrissagem do cabo Quintillion, onde o sistema de sensoriamento acústico distribuído foi instalado com a ajuda da empresa. Um membro da equipe da Silixa, a empresa Sandia comprou o sistema de sensoriamento acústico distribuído de, também estava lá para ajudar.

Os pesquisadores Sandia foram capazes de utilizar cerca de 30 milhas do cabeamento de fibra óptica submarina, McHale disse, e a configuração correu bem. Ele acrescentou que o projeto tem sido uma grande experiência até agora.

"A oportunidade de trabalhar com alguns dos mais experientes geofísicos e cientistas de dados do país é emocionante e uma honra, "disse ele." Apoiar o trabalho da comunidade científica tem sido uma meta da Quintillion. Alcançar esse objetivo com um cliente tão conceituado como o Sandia Labs superou nossas expectativas. "

Durante os primeiros dias da coleta inicial, havia um nervosismo antecipado entre a equipe porque isso era algo que não havia sido feito antes. Embora a Abbott tenha usado cabos de fibra óptica para registrar explosões para Sandia, ele não os tinha usado no fundo do mar nem para algo tão grande.

O interrogador reúne 2 gigabytes de informações por minuto, e porque está chegando tão rápido, é difícil saber se os dados são bons, Disse Abbott. Depois de três ou quatro dias, a equipe tinha indicações de que o sistema estava funcionando bem, e levou uma semana inteira até que eles se sentissem confiantes sobre o experimento.

"Estou animado para ver muitos fenômenos interessantes nesta coleta de dados, que provavelmente será o conjunto de dados mais silencioso com a menor quantidade de tremores de gelo ou ação das ondas, "Disse Abbott." Assim que começarmos a ver o gelo se rompendo e os icebergs colidindo uns com os outros em outras temporadas, quando não há gelo lá em cima, veremos coisas melhor como marés, correntes e tempestades. "