p Em certas partes do oceano profundo, espalhados pelo fundo do mar, encontram-se rochas do tamanho de uma bola de beisebol com camadas de minerais acumulados ao longo de milhões de anos. Uma região do Pacífico central, chamada de Zona de Fratura Clarion Clipperton (CCFZ), estima-se que contenha vastas reservas dessas rochas, conhecido como "nódulos polimetálicos, "que são ricos em níquel e cobalto - minerais que são comumente extraídos em terra para a produção de baterias de íon-lítio em veículos elétricos, laptops, e telefones celulares. p Conforme a demanda por essas baterias aumenta, esforços estão avançando para explorar o oceano em busca desses nódulos ricos em minerais. Esses esquemas de mineração em alto mar propõem o envio de veículos do tamanho de tratores para aspirar nódulos e enviá-los para a superfície, onde um navio iria limpá-los e descarregar qualquer sedimento indesejado de volta ao oceano. Mas os impactos da mineração em alto mar - como o efeito dos sedimentos descarregados nos ecossistemas marinhos e como esses impactos se comparam à mineração tradicional em terra - são atualmente desconhecidos.

p Agora oceanógrafos do MIT, a Scripps Institution of Oceanography, e em outros lugares realizaram um experimento no mar pela primeira vez para estudar a nuvem de sedimentos turbulentos que os navios de mineração potencialmente liberariam de volta ao oceano. Com base em suas observações, eles desenvolveram um modelo que faz previsões realistas de como uma pluma de sedimentos gerada por operações de mineração seria transportada através do oceano.

p O modelo prevê o tamanho, concentração, e evolução das plumas de sedimentos sob várias condições marinhas e de mineração. Essas previsões, os pesquisadores dizem, agora pode ser usado por biólogos e reguladores ambientais para avaliar se e em que extensão essas plumas impactariam a vida marinha circundante.

p "Há muita especulação sobre o impacto ambiental [da mineração em alto mar], "diz Thomas Peacock, professor de engenharia mecânica no MIT. "Nosso estudo é o primeiro desse tipo nessas plumas de meia água, e pode ser um importante contribuidor para a discussão internacional e o desenvolvimento de regulamentações nos próximos dois anos. "

p O estudo da equipe aparece hoje em Nature Communications:Earth and Environment .

p Os co-autores de Peacock no MIT incluem o autor principal Carlos Muñoz-Royo, Raphael Ouillon, Chinmay Kulkarni, Patrick Haley, Chris Mirabito, Rohit Supekar, Andrew Rzeznik, Eric Adams, Cindy Wang, e Pierre Lermusiaux, junto com colaboradores da Scripps, o U.S. Geological Survey, e pesquisadores na Bélgica e na Coréia do Sul.

p Para o mar

p As atuais propostas de mineração em alto mar devem gerar dois tipos de plumas de sedimentos no oceano:"plumas coletoras" que os veículos geram no fundo do mar enquanto dirigem em torno dos nódulos coletores 4, 500 metros abaixo da superfície; e, possivelmente, "plumas de meia água" que são descarregadas através de tubos que descem 1, 000 metros ou mais na zona afótica do oceano, onde a luz solar raramente penetra.

p Em seu novo estudo, Peacock e seus colegas se concentraram na pluma de água intermediária e como o sedimento se dispersaria depois de descarregado de um tubo.

p “A ciência da dinâmica da pluma para este cenário é bem fundamentada, e nosso objetivo era estabelecer claramente o regime dinâmico para tais plumas para informar adequadamente as discussões, "diz Peacock, quem é o diretor do Laboratório de Dinâmica Ambiental do MIT.

p Para definir essas dinâmicas, a equipe foi para o mar. Em 2018, os pesquisadores embarcaram no navio de pesquisas Sally Ride e zarparam 50 quilômetros ao largo da costa do sul da Califórnia. Eles trouxeram com eles equipamentos projetados para descarregar sedimentos 60 metros abaixo da superfície do oceano.

p "Usando princípios científicos básicos da dinâmica dos fluidos, projetamos o sistema para que reproduzisse totalmente uma pluma em escala comercial, sem ter que descer para 1, 000 metros ou navegue vários dias até o meio do CCFZ, "Peacock diz.

p Ao longo de uma semana, a equipe realizou um total de seis experimentos com plumas, usando novos sistemas de sensores, como o Phased Array Doppler Sonar (PADS) e o epsilômetro desenvolvido pelos cientistas da Scripps para monitorar por onde as plumas viajam e como evoluem em forma e concentração. Os dados coletados revelaram que o sedimento, quando inicialmente bombeado para fora de um tubo, era uma nuvem altamente turbulenta de partículas suspensas que se misturaram rapidamente com a água do oceano circundante.

p "Houve especulação de que esse sedimento formaria grandes agregados na pluma que se depositaria de forma relativamente rápida nas profundezas do oceano, "Peacock diz." Mas descobrimos que a descarga é tão turbulenta que quebra o sedimento em seus melhores pedaços constituintes, e depois disso dilui-se tão rapidamente que o sedimento não tem chance de se juntar. "

p Diluição

p A equipe já havia desenvolvido um modelo para prever a dinâmica de uma pluma que seria lançada no oceano. Quando eles alimentaram as condições iniciais do experimento no modelo, produziu o mesmo comportamento que a equipe observou no mar, provar que o modelo pode prever com precisão a dinâmica da pluma nas proximidades da descarga.

p Os pesquisadores usaram esses resultados para fornecer a entrada correta para simulações da dinâmica do oceano para ver a que distância as correntes carregariam a pluma liberada inicialmente.

p “Em uma operação comercial, o navio está sempre descarregando novos sedimentos. Mas, ao mesmo tempo, a turbulência de fundo do oceano está sempre misturando coisas. Então você alcança um equilíbrio. Há um processo natural de diluição que ocorre no oceano que define a escala dessas plumas, "Peacock diz." O que é fundamental para determinar a extensão das plumas é a força da turbulência do oceano, a quantidade de sedimento que é descarregado, e o nível de limite ambiental em que há impacto. "

p Com base em suas descobertas, os pesquisadores desenvolveram fórmulas para calcular a escala de uma pluma de acordo com um determinado limite ambiental. Por exemplo, se os reguladores determinarem que uma certa concentração de sedimentos pode ser prejudicial à vida marinha circundante, a fórmula pode ser usada para calcular até onde se estenderia uma pluma acima dessa concentração, e qual volume de água do oceano seria impactado ao longo de uma operação de mineração nodular de 20 anos.

p "No cerne da questão ambiental em torno da mineração em alto mar está a extensão das plumas de sedimentos, "Peacock diz." É um problema multiescala, de sedimentos em escala mícron, para fluxos turbulentos, às correntes oceânicas ao longo de milhares de quilômetros. É um grande quebra-cabeça, e estamos equipados de forma única para trabalhar nesse problema e fornecer respostas baseadas na ciência e nos dados. "

p A equipe agora está trabalhando em plumas coletoras, tendo retornado recentemente de várias semanas no mar para realizar o primeiro monitoramento ambiental de um veículo coletor de nódulos no fundo do oceano em mais de 40 anos.

p Esta pesquisa foi apoiada em parte pela Iniciativa de Soluções Ambientais do MIT, o Programa de Tempo de Envio UC, o Laboratório de Políticas do MIT, o Projeto 11ª Hora da Fundação Família Schmidt, a Benioff Ocean Initiative, e a Fundación Bancaria "la Caixa". p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.