Uma jornada recorde para a fossa de Atacama

Figura 1: O lander bêntico chileno Audacia é baixado para o mar no início de seu terceiro mergulho, e recorde, para 8.081 m na Fossa Atacama. (Imagem: Cortesia Kevin Hardy e Atacamex 2018)

Figura 1a: Uma pluma de sedimento é levantada quando o lander bêntico Audacia pousa em 8.024 m em 26 de janeiro de 2018. No próximo mergulho, o lander bêntico atingiu a profundidade mais profunda da Trincheira Peru-Chile, 8.081 m. Holothurians, anfípodes, poliquetas e outros animais foram observados, e alguns foram capturados em armadilhas. O lander foi operado a partir do navio científico chileno Cabo de Hornos, operado pela Armada do Chile. (Imagem: Cortesia Kevin Hardy e Atacamex 2018)

Figura 2: O lander bêntico Audacia é levantado para o lado pela tripulação de convés do moderno navio científico chileno Cabo de Hornos, operado pela Armada Chilena. As esferas de vidro aumentam a flutuabilidade, enquanto os instrumentos reduzem o peso, criando uma estabilidade inerente. (Imagem: Cortesia Kevin Hardy e Atacamex 2018)

Figura 3: O Mocness com várias redes de plâncton para amostragem em profundidades discretas. Os instrumentos de sensoriamento ambiental da Sea-Bird estão localizados na parte superior da grande estrutura de aço. (Imagem: Cortesia Kevin Hardy e Atacamex 2018)

Figura 4: Camarão pequeno e delicado, vivo e em perfeitas condições, coletado pela rede de plâncton de Mocness. (Imagem: Cortesia Kevin Hardy e Atacamex 2018)

Figura 5: Um grande anfípode recuperado da vala do Atacama durante a ATACAMEX 2018. (Imagem: Cortesia Kevin Hardy e Atacamex 2018)

Figura 6: Cientistas marinhos chilenos coletam amostras do lander bêntico Audacia após sua terceira viagem ao solo das trincheiras, atingindo 8081m. (Imagem: Cortesia Kevin Hardy e Atacamex 2018)

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Uma expedição liderada pelo Chile para explorar a costa do seu próprio litoral conseguiu lançar e recuperar um lander bêntico denominado DOV Audacia (Audacity), três vezes para mais de 8.000 metros, o último a uma profundidade recorde de 8.081 metros de profundidade. Usando um Mocness Trawl, a expedição também coletou plâncton a uma profundidade recorde de 5.000 metros. A expedição Atacamex 2018 representa um marco para a ciência marinha no Chile, já que pesquisadores buscam trabalho seminal na exploração e pesquisa em águas profundas.

A zona hadal é a região mais profunda do oceano, de 6.000 a 11.000 metros abaixo do nível do mar. Seu acesso e estudo são extremamente difíceis devido às altas pressões e grandes dificuldades de atingir essas profundidades. Por estas razões, não por falta de interesse, esta área permaneceu praticamente inexplorada. A zona hadal compreende mais de uma quantidade de trincheiras, muitas formando o Anel de Fogo do Pacífico, onde a Terra engole parte de sua crosta devido ao afundamento de uma placa tectônica sob outra, dando origem a cadeias de ilhas e áreas montanhosas como os Andes. . As trincheiras oceânicas podem surgir inesperadamente em intensa atividade sísmica, produzindo tremores de ruptura e tsunamis destrutivos.

Ao longo da costa oeste da América do Sul, encontra-se a trincheira Peru-Chile (Atacama), a mais longa do planeta, com uma profundidade máxima estimada pelo som de 8.065 metros, tornando-se a décima trincheira mais profunda do mundo.

Entre os dias 25 de janeiro e 02 de fevereiro de 2018, na Expedição Atacamex 2018, os investigadores chilenos do Instituto Milênio de Oceanografia (IMO-Chile), liderados pelo professor e diretor do Instituto Osvaldo Ulloa, fizeram as primeiras observações e coletaram amostras das profundidades mais profundas. , 8.081m na Fossa do Atacama. O navio científico chileno Cabo de Hornos, operado pela Armada Chilena, era o navio de suporte de superfície.

Conseguir a exploração histórica primeiro exigia encontrar um caminho diferente do guincho maciço e do cabo longo normalmente usado para sondar as profundidades hadal. Em vez disso, os pesquisadores se basearam no projeto e na construção de um veículo personalizado de classe completa, um lander bentônico. Feito de materiais modernos, o veículo autônomo de oceano profundo de alta tecnologia e compacto foi projetado e construído pela Global Ocean Design (San Diego, CA). Dr. Ulloa nomeou seu lander bêntico “Audácia” (Audacity), para reconhecer a ousadia e destemor necessárias para desafiar uma fronteira inexplorada. O lander bêntico “Audacia” tem 96 ”/ 244cm de altura x 25” / 64cm de largura (49 ”/ 125mm de largura com as cápsulas de flutuação laterais variáveis) x 21” / 53cm de profundidade, com um peso de aproximadamente 400 lbs / 182kg. Na água, a sonda foi aparada para flutuar como uma bóia com 40 lbs de flutuabilidade positiva. Uma âncora descartável pesando 80 lbs / 36 kg, levou a sonda para o fundo a uma taxa de cerca de 1 m / s. Deslocamento lateral por uma corrente de superfície não teria muito efeito. Se uma corrente de superfície tivesse 100m de espessura, a sonda passaria por ela em 1min 40s. O aterrissador bentônico “Audacia” foi projetado e construído por Kevin Hardy, da Global Ocean Design (San Diego, Califórnia), especialista mundial em projeto e construção de bases terrestres para exploração. Utilizou componentes de várias empresas internacionais.

O lander benthic fez três mergulhos durante a expedição Atacamex 2018, todos a profundidades de mais de 8.000 metros. Após a liberação da âncora, ela retornou à superfície próxima ao ponto de implantação.

As principais conquistas da “Audacia” na Fossa Atacama são:

• Realizar medições in situ e observações abaixo de 8.000 metros de profundidade;
• Registrando uma profundidade maior que o valor recorde histórico (8.065 metros), estabelecendo um novo recorde de 8.081 metros;
• Coleta de amostras de água do mar a mais de 8.000 metros de profundidade, o que permitirá observar pela primeira vez o tipo de microrganismo que habita as águas da Fossa Atacama, bem como algumas das propriedades químicas da água do mar ultraprofunda nesta região do país. Pacífico;
• Obtenção de fotografias do fundo do mar da trincheira a mais de 8.000 metros de profundidade;
• Obtenção de anfípodes (crustáceos) a mais de 8.000 metros de profundidade usando uma armadilha de isca que foi implantada de forma autônoma pelo lander;
• Imaginar a biologia ativa e densa que vive na camada limite bêntica;
• Demonstrando o uso de landers bentônicos altamente adaptáveis, permitindo uma maior exploração do oceano profundo a um custo total menor.

O Lander Benthic
O lander benthic é um veículo livre sem restrições, o que significa que uma vez que esteja do lado, toda a conexão física com o navio é cortada. A capacidade do transbordador de transitar para baixo e para trás baseia-se no controle da densidade de acordo com o Princípio de Arquimedes: se a sonda é mais pesada que a água do mar, afunda, se for mais leve, flutua. Uma âncora descartável fornece o peso negativo para afundar, a flutuação fixa fornece o deslocamento para flutuar de volta à superfície uma vez que a âncora é liberada.

Aterradores bênticos são a maneira mais econômica de chegar a locais de águas intermediárias ou bentônicas. Eles podem transportar armadilhas, samplers e sensores. Eles podem viajar a qualquer profundidade e permanecer por curtos períodos de tempo a vários anos. Os Landers podem ser liberados com temporizadores de contagem regressiva, comando acústico, relés de tempo galvânicos (GTR) ou por um acionador de evento pré-programado. As operações podem ser conduzidas em embarcações charter menores de portos próximos ao local de interesse, liberando os pesquisadores dos custos significativos e problemas de agendamento de embarcações oceanográficas dedicadas. Alguns são pequenos o suficiente para serem levantados com uma mão do oceano, mas fortes o suficiente para viajar até o fundo de qualquer trincheira oceânica. Os usos em expansão incluem exploração, ciência, pesquisa e monitoramento ambiental. Eles podem ser implantados individualmente ou em grandes números para examinar uma grande área de um pequeno navio. Uma vez que o módulo de aterrissagem esteja implantado, ele estará livre do navio, enquanto ao mesmo tempo o navio estará livre se o módulo de pouso estiver pousado. Os landers podem ser configurados para se comunicar uns com os outros, ou com uma plataforma de superfície, como uma plataforma de petróleo. Muitas das mesmas ciências propostas usando as redes OOS de cabo a terra podem ser feitas com terminais bênticos, com a limitação de que os dados não estão disponíveis 24 horas por dia, 7 dias por semana. Dispositivos projetados para acasalamento ao OOS podem ser qualificados usando landers.

A implantação do DOV Audacia utilizou um guindaste, slogans e uma liberação rápida. Ao retornar à superfície, um par de Zodiacs puxou a sonda para o navio, Cabo de Hornos, onde uma funda foi anexada para içar a sonda a bordo usando o guindaste. A sonda foi fixada em uma orientação vertical para que ambos os lados da sonda fossem acessíveis para remoção de amostras e download de dados.

O orçamento de flutuabilidade é gerenciado pelo uso de plásticos sobre metal para a armação e painéis laterais. Duas esferas de vidro borossilicato de 17 pol. (Nautilus Marine Service, Buxtehude, DE) fornecem flotação e carcaças e são mais leves que sintáticas. Conexões do adaptador através do casco e portas de vácuo / purga no vidro foram fornecidas pela Global Ocean Design. Conectores submersos foram fornecidos pela MacArtney / SubConn.

Pares de esferas de flotação de 10 ”, com profundidade de 10 km, adicionadas uma a cada lado até o máximo de 8, proporcionam flutuação variável de até 72 lb / 33 kg. As esferas de 10 ”também podem fornecer esferas de instrumentos auxiliares para pesquisadores convidados que desejam“ pegar carona ”no módulo de pouso chileno. Uma bandeja de peso de lastro na parte inferior fornece uma fixação conveniente de pesos de acabamento.

Um peso de âncora de 40 kg puxa a sonda bentônica para o fundo do mar. Para subir, a âncora é liberada pelo sistema de comando acústico BART (EdgeTech, West Wareham, MA) ou por um temporizador de contagem regressiva de backup (Global Ocean Design). A placa EdgeTech BART desenvolvida para esta missão possui 2 fios de arame e três comandos adicionais, que também podem ser convertidos em queimaduras.

O Radio Direction Finding (RDF) e os beacons de recuperação de strobe foram feitos pela Xeos (Dartmouth, NS, CAN). Estes funcionaram muito bem. Uma placa de sinalização GPS personalizada (Global Ocean Design) e um estroboscópio LED interior funcionaram bem. A cobertura satelitte no hemisfério sul desacelerou a taxa de determinação da posição verdadeira transmitida ao navio.

Pesquisadores chilenos solicitaram a inclusão de amostradores gêmeos de 30 litros de água em sua sonda para estudos microbiológicos. Estes foram fornecidos pela Ocean Test Equipment (Miami, FL).

O pequeno sensor “Duet” P / T (RBR, Ottawa, ON, CAN) funcionou muito bem até a profundidade máxima, fornecendo uma verificação cruzada para o sensor Sea-Bird principal, conforme solicitado pelos pesquisadores chilenos. Um sensor Deep 19 CTD com DO (Sea-Bird Scientific, Bellevue, WA) foi o principal pacote de sensores preferido pelos cientistas chilenos. Os sensores CTD funcionaram perfeitamente até a profundidade total da vala, enquanto o sensor DO não funcionou abaixo de 1500m.

A câmara de vídeo subaquática de auto-gravação foi desenvolvida para este projeto pela SubAqua Imaging (San Diego, CA) e pela Pisces Design (La Jolla, CA). O pod de bateria de 14.8vdc / 32Ah com BMS interno para alimentar os LEDs funcionou bem (Global Ocean Design). As luzes LED com compensação de pressão têm algumas melhorias necessárias para funcionar de forma mais confiável.

Com a trincheira tão perto da costa, o explorador do Hadal, James Cameron, que permaneceu em contato com a expedição, supôs que o gigantismo poderia ser observado entre os anfípodes bentônicos da Fenda Atacama. Amostras de grandes anfípodos foram de fato capturadas em armadilhas com iscas.

Os landers bênticos permitem que qualquer instituição ou agência de qualquer tamanho, em qualquer país, tenha a oportunidade de explorar seus próprios mares a qualquer profundidade que desejarem, desde a plataforma continental rasa até o fundo das trincheiras oceânicas, por um período de sua escolha. É uma tecnologia disputada que capacita todos.

O Mocness
Juntamente com a sonda bentônica “Audacia”, a expedição Atacamex utilizou outros equipamentos de última geração: o Mocness (abreviação de “Rede Múltipla de Abertura e Fechamento, com Sistema de Detecção Ambiental”), uma grande rede de plâncton com diferentes compartimentos que abrem e fecham. através de um mecanismo eletroacústico, permitindo a coleta de amostras em diferentes profundidades (Sistemas Biológicos de Amostragem Ambiental (BESS), N. Falmouth, MA). Erich Horgan (BESS) e Dr. Rubén Escribano relataram outro recorde mundial histórico para esta região do oceano, “obtendo, pela primeira vez, amostras de plâncton de uma profundidade de 5.000 metros”. O Mocness, o único do gênero no Cone Sul do continente sul-americano, coletou uma grande quantidade de novos organismos de profundidade, incluindo peixes, que serão agora estudados nos laboratórios da OMI para identificação e melhor compreensão de sua biologia.

Do navio de pesquisa da marinha chilena AGS-61 Cabo de Hornos, o Dr. Osvaldo Ulloa, principal cientista do Atacamex 2018, declarou que “alcançamos acesso repetido ao fundo da trincheira, a uma profundidade ainda maior do que o relatado, e de lá capaz de coletar água, organismos, imagens e informações hidrográficas. As possibilidades de colocar sensores, para realizar - por exemplo - medições sismológicas ou atuais, estão lá. Com isso, estamos apontando para o caminho para a criação de um programa nacional multidisciplinar de exploração e estudo científico da Fossa Atacama.

Conclusão
“O Atacamex 2018 demonstra que a ciência chilena, desenvolvida com paixão, engenhosidade, colaboração internacional e audácia, pode contribuir para a compreensão mundial do planeta. Como país, o Chile possui os recursos humanos, a indústria e as ferramentas para liderar a exploração e o estudo do leste do Oceano Pacífico Sul, a região menos conhecida do planeta azul. ”

Hardy acrescentou: “Com a nova sonda bentônica e a experiente e talentosa equipe de aterrissadores bentônicos da IMO, o Chile e seus cientistas marinhos se colocaram na linha de frente das investigações em águas profundas da Fossa Atacama e outras áreas dos oceanos do sul. Eles são um grupo excepcional, entre os melhores que eu já naveguei. Estou muito feliz por ter feito parte desta grande aventura internacional em busca de novos conhecimentos. ”

A investigação oceanográfica, cujos participantes incluem pesquisadores da Universidad de Concepción, da Pontifícia Universidade Católica do Chile e da Universidade de Antofagasta, está sendo realizada graças ao apoio da Millennium Science Initiative (ICM), da Comissão Nacional de Pesquisa Científica e Tecnológica. (CONICYT), a Marinha do Chile e festas privadas.

Os autores
Kevin Hardy (à direita) fundou a Global Ocean Design LLC após se aposentar do Scripps Institution of Oceanography. Anteriormente, ele projetou e construiu as bases para a Expedição DEEPSEA CHALLENGE, de James Cameron.

Dr. Osvaldo Ulloa, (à esquerda) é Professor Titular, Departamento de Oceanografia, Universidade de Concepción, Diretor do Instituto Milênio de Oceanografia (IMO-Chile) e principal cientista da expedição ATACAMEX 2018.

Autores Dr. Osvaldo Uloa e Kevin Hardy

(Conforme publicado na edição de abril de 2018 da Marine Technology Reporter )