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Un rover robótico autónomo, Benthic Rover II, ha proporcionado nuevos conocimientos sobre la vida en el fondo marino abisal, a 4.000 metros de profundidad. Un estudio publicado hoy en Science Robotics detalla el desarrollo y el funcionamiento probado a largo plazo de este rover. Este innovador laboratorio móvil ha revelado el papel de las profundidades marinas en el ciclo del carbono. Los datos recogidos por este rover son fundamentales para comprender los impactos del cambio climático en el océano.
"El éxito de este rover abisal permite ahora un seguimiento a largo plazo del acoplamiento entre la columna de agua y el fondo marino. Comprender estos procesos conectados es fundamental para predecir la salud y la productividad de nuestro planeta sumido en un clima cambiante", dijo el científico principal del MBARI Ken Smith.
A pesar de su distancia de las aguas superficiales iluminadas por el sol, el fondo marino está conectado con las aguas superiores y es vital para el ciclo y la retención del carbono. Los trozos de materia orgánica -incluyendo plantas y animales muertos, mucosidad y desechos excretados- se hunden lentamente a través de la columna de agua hasta el fondo marino.
La comunidad de animales y microbios del lodo digiere parte de este carbono, mientras que el resto puede quedar atrapado en los sedimentos de las profundidades marinas durante miles de años.
Las profundidades marinas desempeñan un importante papel en el ciclo del carbono y el clima de la Tierra, pero aún sabemos poco sobre los procesos que tienen lugar a miles de metros de profundidad. Los obstáculos de ingeniería, como la presión extrema y la naturaleza corrosiva del agua de mar, dificultan el envío de equipos al fondo marino abisal para estudiar y controlar el flujo y reflujo del carbono.
Los ingenieros del MBARI diseñaron el Benthic Rover II para hacer frente a las condiciones de frío, corrosión y alta presión de las profundidades marinas. Construido con titanio resistente a la corrosión, plástico y espuma sintáctica resistente a la presión, este rover puede soportar despliegues de hasta 6.000 metros (unos 19.700 pies) de profundidad.
El Benthic Rover II tiene el tamaño de un coche pequeño (2,6 metros de largo, 1,7 metros de ancho y 1,5 metros de alto) y se desplaza suavemente por el fondo fangoso sobre un par de anchas orugas de goma.
Los investigadores despliegan el Benthic Rover II desde el buque del MBARI, el R/V Western Flyer. La tripulación del barco baja con cuidado el rover al agua y lo suelta para que caiga libremente al fondo del océano. El rover tarda unas dos horas en llegar al fondo. Una vez que aterriza en el fondo marino, el rover puede comenzar su misión.
En primer lugar, los sensores comprueban las corrientes que circulan por el fondo marino. Cuando detectan corrientes favorables, el rover se desplaza hacia arriba o hacia el otro lado de la corriente para llegar a un lugar no perturbado y comenzar a recoger datos.
Las cámaras situadas en la parte delantera del vehículo fotografían el fondo marino y miden la fluorescencia. Este brillo característico de la clorofila bajo la luz azul revela la cantidad de fitoplancton "fresco" y otros restos vegetales que han llegado al fondo marino. Los sensores registran la temperatura y la concentración de oxígeno de las aguas justo por encima del fondo.
A continuación, el rover baja un par de cámaras respiratorias transparentes que miden el consumo de oxígeno de la comunidad de vida en el lodo durante 48 horas. A medida que los animales y los microbios digieren la materia orgánica, utilizan oxígeno y liberan dióxido de carbono en una proporción específica. Saber cuánto oxígeno utilizan esos animales y microbios es crucial para entender la remineralización del carbono, es decir, la descomposición de la materia orgánica en componentes más simples, incluido el dióxido de carbono.
Al cabo de 48 horas, el rover levanta las cámaras del respirómetro y avanza 10 metros, con cuidado de no cruzar su trayectoria anterior, y selecciona otro lugar para tomar muestras. Este patrón de muestreo se repite una y otra vez durante todo el despliegue, que suele ser de un año.
Al final de cada despliegue, el R/V Western Flyer regresa para recuperar el rover, descargar sus datos, cambiar su batería y devolverlo al fondo marino para otro año. Dentro de cada despliegue de un año, el equipo del MBARI lanza otro robot autónomo -el Wave Glider- desde la costa para que regrese trimestralmente a comprobar el progreso del Benthic Rover II.
"El rover no puede comunicarse directamente con nosotros para decirnos su ubicación o estado, así que enviamos un robot para que encuentre a nuestro robot", explicó McGill.
Un transmisor acústico en el Wave Glider envía un mensaje al rover en el fondo marino. El rover envía entonces actualizaciones de estado y datos de muestreo al planeador. A continuación, el planeador transmite esa información a los investigadores de la costa vía satélite.
"Los datos del Benthic Rover II nos han ayudado a cuantificar cuándo, cuánto y qué fuentes de carbono pueden estar secuestradas o almacenadas en el fondo marino abisal", dijo Crissy Huffard, especialista en investigación del MBARI.
"El rendimiento fiable del rover durante siete años, pasando el 99 por ciento de su vida en el fondo marino, es el resultado de muchos años de pruebas, resolución de problemas y desarrollo de las mejores técnicas para mantener el vehículo", dijo Sherman. "Es un gran ejemplo de lo que es posible cuando se aplica la tecnología a problemas desafiantes en la ciencia".
Los datos recogidos en la Estación M demuestran que las profundidades marinas no son ni mucho menos estáticas. Las condiciones físicas, químicas y biológicas pueden cambiar drásticamente en escalas de tiempo que van de horas a décadas.
Las aguas superficiales de la corriente de California sobre la estación M rebosan de fitoplancton en primavera y verano. Estos pulsos estacionales de productividad van en cascada desde la columna de agua hasta el fondo marino. Gran parte de esta materia orgánica que se hunde -conocida como "nieve marina"- se origina como dióxido de carbono en la atmósfera.
En la última década, los investigadores del MBARI han observado un aumento espectacular de los grandes pulsos de nieve marina que caen al fondo marino en la Estación M. Estos episodios representan una fracción cada vez mayor del suministro anual de alimentos en este lugar. En siete años de funcionamiento en la Estación M, el Benthic Rover II registró importantes eventos semanales, estacionales, anuales y episódicos, proporcionando datos que ayudan a los investigadores del MBARI a comprender el ciclo del carbono en las profundidades marinas.
Entre noviembre de 2015 y noviembre de 2020, el Benthic Rover II registró un aumento sustancial de la lluvia de fitoplancton muerto y otros restos ricos en plantas (fitodetritus) que aterrizan en el fondo marino abisal desde las aguas superiores. La disminución de la concentración de oxígeno disuelto en las aguas situadas justo por encima del fondo marino acompañó a esta avalancha de materia orgánica.
Las herramientas tradicionales de seguimiento a corto plazo no habrían detectado las fluctuaciones que impulsan los cambios y las tendencias a largo plazo. El Benthic Rover II ha revelado una imagen más completa de cómo el carbono se desplaza de la superficie al fondo marino.
"Benthic Rover II nos ha alertado de importantes cambios a corto y largo plazo en las profundidades marinas que no se tienen en cuenta en los modelos globales", subrayó Huffard.
Fuentes, créditos y referencias:
“Abyssal Benthic Rover: autonomous long-term monitoring of deep-ocean processes” 3 November 2021, Science Robotics.
DOI: 10.1126/scirobotics.abl4925
Imagen: El Benthic Rover II del MBARI recorre el fondo marino fangoso, tomando fotografías y midiendo la cantidad de oxígeno que utilizan los animales y microbios del fondo a lo largo del tiempo. La información recopilada por este rover autónomo ha ayudado a los científicos a entender cómo los ciclos de carbono desde la superficie hasta el fondo marino. Crédito: © 2016 MBARI
Fuente: Instituto de Investigación del Acuario de la Bahía de Monterey