Tecnologia Científica

O projeto de Princeton se expande para criar uma frota mundial de flutuadores robóticos para monitorar a saúde do oceano
A National Science Foundation (NSF) anunciou uma doação de US $ 53 milhões - compartilhada entre um consórcio das principais instituições de pesquisa oceânica do país - para construir uma rede global de sensores químicos e biológicos que ir
Por Roberta Hotinski - 03/11/2020


A National Science Foundation está transformando o bem-sucedido projeto SOCCOM de Princeton, uma frota de flutuadores robóticos de monitoramento do oceano no Oceano Antártico, em uma rede global de monitores flutuantes do oceano. Um único flutuador robótico custa o mesmo que dois dias no mar em um navio de pesquisa, mas os flutuadores podem coletar dados de forma autônoma por mais de cinco anos, em todas as estações, incluindo durante as tempestades de inverno, quando o trabalho a bordo é limitado. Aqui, os pesquisadores implantam um flutuador biogeoquímico SOCCOM durante um cruzeiro 2016/17 do R / V Palmer para o Oceano Antártico.  Foto do Projeto SOCCOM, Universidade de Princeton

Cientistas da Universidade de Princeton, do Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI), da Universidade de Washington, do Scripps Institution of Oceanography da UC San Diego e do Woods Hole Oceanographic Institution usarão esta doação para construir e implantar 500 flutuadores robóticos de monitoramento oceânico em todo o mundo. O novo programa se baseia no projeto bem-sucedido de Observações e Modelagem de Carbono e Clima do Oceano Antártico (SOCCOM), baseado em Princeton, que implantou flutuadores semelhantes no oceano ao redor da Antártica, provando sua utilidade como repórteres durante todo o ano da química e da atividade biológica oceânica.

A nova rede de flutuadores, chamada Global Ocean Biogeochemistry Array (GO-BGC Array), coletará observações da química e biologia do oceano entre a superfície e uma profundidade de 2.000 metros.

“É emocionante ver a tecnologia de flutuação transformativa comprovada no projeto SOCCOM estendida a todos os oceanos do mundo”, disse Jorge Sarmiento , George J. Magee Professor de Geociências e Engenharia Geológica de Princeton , Emérito, e co-investigador principal do novo projeto . “O conjunto GO-BGC nos dará uma visão 3D sem precedentes da biogeoquímica oceânica global em tempo real e fornecerá informações críticas de que precisamos para prever mudanças futuras no clima e nos ecossistemas.”

O fluxo de dados da matriz flutuante será disponibilizado gratuitamente dentro de um dia após a coleta, para ser usado por vários pesquisadores, educadores e formuladores de políticas em todo o mundo.

Esses dados permitirão que os cientistas investiguem questões fundamentais sobre os ecossistemas oceânicos, observem a saúde e a produtividade dos ecossistemas e monitorem os ciclos elementares de carbono, oxigênio e nitrogênio no oceano em todas as estações do ano. Esses dados essenciais são necessários para melhorar os modelos de computador da pesca oceânica e do clima, e para monitorar e prever os efeitos do aquecimento e da acidificação do oceano na vida marinha, disseram os pesquisadores.

Embora os cientistas possam usar plataformas em órbita terrestre e navios de pesquisa para monitorar o oceano, os satélites só podem monitorar as águas próximas à superfície, e a pequena frota global de navios de pesquisa em oceano aberto só pode permanecer no mar por períodos relativamente curtos de tempo. Como resultado, as observações da saúde do oceano cobrem apenas uma pequena fração do oceano em um determinado momento, deixando grandes regiões não visitadas por décadas ou mais.

Um único flutuador robótico custa o mesmo que dois dias no mar em um navio de pesquisa. Mas os flutuadores podem coletar dados de maneira autônoma por mais de cinco anos, em todas as estações, inclusive durante as tempestades de inverno, quando o trabalho a bordo é limitado.

O GO-BGC Array é a contribuição da National Science Foundation para o projeto Biogeochemical-Argo (BGC-Argo). Ele estende a observação biológica e química globalmente e se baseia em dois esforços contínuos para monitorar o oceano usando flutuadores robóticos, ambos com grande sucesso.

O primeiro desses programas, o Argo array , consiste em 3.900 flutuadores robóticos que navegam pelas bacias profundas do oceano, fornecendo informações sobre a temperatura e a salinidade na coluna d'água. Desde o seu início em 1999, os dados da Argo foram usados ​​em 4.100 artigos científicos. Como o primeiro sistema global de observação do oceano subterrâneo, o array Argo fez um trabalho incrível de medir as propriedades físicas do nosso oceano, mas os flutuadores Argo não fornecem informações sobre a atividade química e biológica vital do oceano.

Desde 2014, o projeto SOCCOM da NSF, baseado em Princeton , implantou quase 200 flutuadores robóticos “biogeoquímicos”, com base no projeto Argo, mas também carregando sensores para monitorar as propriedades químicas e biológicas do oceano. Os flutuadores SOCCOM operam há quase seis anos no remoto, tempestuoso e frequentemente coberto de gelo do Oceano Antártico - indiscutivelmente um dos ambientes marinhos mais severos da Terra. Esses flutuadores já forneceram novas informações críticas sobre como o Oceano Antártico interage com a atmosfera da Terra e o gelo marinho no inverno.

Semelhante aos flutuadores SOCCOM, os novos flutuadores GO-BGC transportarão vários sensores, além dos sensores de núcleo Argo para temperatura, profundidade e salinidade. Estes incluem instrumentos para medir a concentração de oxigênio, pH (acidez do oceano), nitrato (um nutriente essencial para algas microscópicas), luz solar (necessária para o crescimento de algas), clorofila (um indicador de populações de algas) e partículas na água (incluindo algas microscópicas) . Nos últimos anos, os pesquisadores testaram, refinaram e calibraram esses instrumentos sensíveis como parte do programa SOCCOM e outros esforços internacionais.

Os instrumentos nesses flutuadores permitirão aos pesquisadores monitorar a saúde do oceano, incluindo o crescimento e a respiração do fitoplâncton - algas e micróbios à deriva que usam a luz solar como fonte de energia - e os nutrientes e luz que controlam esses processos. Além de sustentar a maior parte da vida no oceano, incluindo a pesca comercial, o fitoplâncton fornece oxigênio e remove o dióxido de carbono do oceano e da atmosfera. Esse plâncton microscópico tem enormes impactos em nosso clima por meio de seu controle sobre o dióxido de carbono. Os novos flutuadores também fornecerão dados de primeira mão sobre as mudanças de longo prazo no oceano, incluindo a acidificação do oceano e a expansão de zonas de baixo oxigênio.

Este esforço de cinco anos envolve cinco instituições de pesquisa. O MBARI coordenará o projeto, refinará os sensores, assumirá a liderança no processamento de dados dos flutuadores e realizará a divulgação do programa. A Universidade de Washington, o Scripps Institution of Oceanography e o Woods Hole Oceanographic Institute construirão e distribuirão flutuadores em colaboração com parceiros comerciais. Os participantes de Princeton contribuirão para o design da matriz e gerenciamento do projeto, e garantirão que os dados sejam vinculados a modelos globais de computador do oceano e do clima da Terra. Este programa também terá um impacto significativo na indústria de tecnologia oceânica, incluindo uma série de fornecedores comerciais de sensores oceânicos e flutuadores de perfilagem.

Um amplo programa de alcance público, incluindo workshops, currículos online e atividades práticas, ajudará cientistas, professores, alunos e outros a usar esses dados. Em uma expansão do programa existente do SOCCOM Adopt-A-Float , os carros alegóricos serão adotados por classes de nível elementar a universitário. As atividades dos alunos serão desenvolvidas através de uma parceria com o programa nacional de Educação em Tecnologia Avançada Marinha . Além disso, os cursos baseados na tecnologia GO-BGC serão oferecidos por meio do The Sandbox, um makerpace da Scripps Institution of Oceanography.

Os pesquisadores esperam que o GO-BGC inspire outros países a contribuir com flutuadores instrumentados de forma semelhante, como parte do novo esforço biogeoquímico global da Argo. Idealmente, essa rede expandida dobraria para uma matriz sustentada de 1.000 flutuadores biogeoquímicos uniformemente distribuídos ao redor do oceano mundial, espaçados cerca de 1.000 quilômetros (620 milhas).

O financiamento para o array GO-BGC é fornecido por meio do Programa de Infraestrutura de Pesquisa de Média Escala da NSF (MSRI-2).

 

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