Wanneer een arts een patiënt controleert, ze kunnen luisteren naar de ademhaling van de patiënt, nemen hun temperatuur, en voeding bespreken. Bij het controleren van de oceaan, wetenschappers nemen ook zuurstof, temperatuur, en voedingswaarden. Maar vanwege zijn grootte en variabiliteit, het lezen van de vitale functies van de oceaan is een veel grotere uitdaging dan de gemiddelde patiënt te ruziën.

Hoewel ligplaatsen en autonome onderwaterrobots kunnen helpen bij het bewaken van de gezondheid van de oceaan, MBARI-ingenieurs en wetenschappers hebben gewerkt aan een nieuw diagnostisch hulpmiddel - een drijver voor kustprofilering - die langere tijd op zee kan blijven zonder dat een anker op de zeebodem nodig is.

Gedurende twee decennia, Open-oceaan-profileringsdrijvers hebben met succes temperatuur en zoutgehalte gevolgd. Het Argo-netwerk telt ongeveer 3, 800 drijvende drijvers wereldwijd, en het Southern Ocean Carbon and Climate Observations and Modeling (SOCCOM)-project heeft ongeveer 200 drijvers in de Zuidelijke Oceaan. Al deze drijvers verzamelen gegevens en sturen ze binnen enkele uren terug naar de kust.

In tegenstelling tot wat de naam doet vermoeden, profiling drijvers drijven niet alleen passief in de oceaan - ze bewegen op en neer. Open-oceaanvlotters brengen het grootste deel van hun tijd door op 1 000 tot 2, 000 meter (3, 280 tot 6, 560 voet) diepten, komt elke 10 dagen naar de oppervlakte dankzij een speciaal ontworpen zwemblaas.

"De externe blaas is uitschuifbaar, en alles wat we doen is olie heen en weer verplaatsen van binnen naar buiten, " zei Gene Massion, MBARI's hoofdingenieur op het project. Door olie buiten de vlotter en in de externe blaas te verplaatsen, neemt het volume toe zonder de massa van de vlotter te veranderen, waardoor het door het water omhoog komt. Door olie terug in de vlotter te verplaatsen, neemt het volume af, en dus het drijfvermogen, de vlotter laten zinken.

"Deze drijvers zijn een systeem dat werkt, " zei Ken Johnson, een senior wetenschapper bij MBARI. "Ze zijn ook veel goedkoper dan onderzoeksschepen, en hebben bijna niet zoveel personeel nodig om te werken of te onderhouden."

Maar er is een vitaal deel van de oceaan waar deze drijvers minder effectief zijn:kustgebieden. Als een drijvende streng kelp, drijvers zijn overgeleverd aan de stroming. In de open oceaan is een beetje heen en weer bewegen geen probleem. Maar langs de kust drijvers kunnen gemakkelijk op het strand stranden, ze onbruikbaar maken. Als resultaat, wetenschappers missen floatgegevens uit kustgebieden, de meest productieve delen van de oceaan.

"Om de gezondheid van de oceaan te begrijpen, je moet werken in de kustgebieden, waar het microscopisch kleine fytoplankton en algen aan de basis van de voedselketen leven, ", legt Massion uit. Na aan zowel de SOCCOM- als de Argo-arrays te hebben gewerkt, Johnson en zijn team ontwikkelen nu een nieuwe vlotter ontworpen voor de kust.

Een vlotter die op de zeebodem parkeert

MBARI-onderzoekers hebben de drijver voor kustprofilering speciaal ontworpen om de uitdagingen van het werken in de kustomgeving te overwinnen. Hun belangrijkste truc is om de vlotter op de zeebodem te laten parkeren tussen perioden van gegevensverzameling. De vlotter besteedt dan minder tijd aan het rondduwen in de waterkolom en mogelijk richting de kust.

Een grotere, gemodificeerde blaas geeft de kustprofileringsdrijver een groter drijfvermogen. Een groter negatief drijfvermogen zorgt ervoor dat de dobber veilig op de modderige bodem kan parkeren. Een groter positief drijfvermogen zorgt ervoor dat de dobber uit de kleverige modder op de zeebodem springt.

In plaats van elke 10 dagen één meting te doen, zoals de Argo drijft, de kustprofileringsdrijvers kunnen vier keer per dag of meer op en neer bewegen in de waterkolom. Door de snelle variatie in het kustmilieu, Aan de kust moeten vaker metingen worden gedaan dan in de open oceaan.

Tot dusver, MBARI-onderzoekers hebben twee verschillende modellen van kustdobbers gebouwd met dezelfde kerncomponenten. Ingenieurs bouwden het eerste prototype met een blaas op de bodem van de cilinder, net als bestaande Argo float-ontwerpen. Hun tweede ontwerp heeft blazen aan de zijkanten van het lichaam om de kans te verkleinen dat ze vast komen te zitten in de modder van de zeebodem. "Dit zijn irritante kleine problemen bij het werken in de echte oceaan waar je als ingenieur mee te maken hebt, " zei Massie, "maar beide benaderingen zijn zeer levensvatbaar."

Uiteindelijk hopen de ingenieurs dat de drijvers in staat zullen zijn om stroom met stroom te bestrijden. Als een stroom op één diepte, of aan de oppervlakte, duwt de vlotter gevaarlijk dicht bij het strand, er stroomt vaak een stroming op een andere diepte uit de kust. In theorie, de vlotter hoeft alleen de diepte te vinden waarop de offshore-stroom vloeit. Het vinden van die stroom is een grote uitdaging, een uitdaging die Massion en zijn team nog steeds aangaan.

Massion test ook traagheidsmeeteenheden (IMU's), zoals die worden gebruikt in sommige robots van MBARI, om te bepalen in welke richting de vlotter beweegt. Deze technologie is erg duur, maar wordt steeds goedkoper en beter.

Testen in het water

De afgelopen twee jaar, Massion en zijn collega-ingenieurs hebben de meeste bugs uitgewerkt en de mechanische aspecten van de vlotter getest. "Het ding werkte geweldig; het ging op en neer; we controleerden de snelheid, we hielden diepte; Het was geweldig, " zei Massion. Nu willen de wetenschappers van het team de functionaliteit ervan demonstreren door wetenschappelijke missies uit te voeren. In wetenschappelijke toepassingen, gegevens doen het woord.

Een groep MBARI-onderzoekers heeft al voorlopige experimenten uitgevoerd met behulp van een kustprofileringsvlotter in Monterey Bay. Het prototype vlotter, uitgerust met een sedimentvanger voor het opvangen van zinkende deeltjes organisch materiaal (voedsel voor diepzeedieren), bracht een dag door op ongeveer 130 meter (426 voet) onder het oppervlak, bemonstering met tussenpozen van zes uur. MBARI-wetenschappers analyseren nog steeds de gegevens van dit experiment.

Later dit jaar, het team is van plan om drie prototype drijvers voor kustprofilering in een driehoekige reeks in Monterey Bay te plaatsen. Elke lente en zomer, grote algenbloei verschijnt voor de noordkust van de baai. De onderzoekers verwachten dat deze drijvers zullen helpen bij het identificeren van de bron van de voedingsstoffen die deze bloemen voeden. Deze drijvers worden een maand of langer ingezet. Indien nodig, de wetenschappers kunnen ze verzamelen, hun batterijen opladen, en stuur ze terug.

De onderzoekers hopen dat drijvers voor kustprofilering ook kunnen worden gebruikt om zuurstofarme "dode zones" te bestuderen - gebieden van de oceaan waar het meeste zeeleven sterft of vertrekt vanwege een laag zuurstofgehalte. Buiten de kustgebieden, de vlotter zou nuttig kunnen zijn bij het bestuderen van Arctische en zoetwatersystemen. De grote blaas zal goed werken in dergelijke gebieden, waar smeltend ijs of rivieruitlaten langs de kust resulteren in zoet water met een lage dichtheid aan het oppervlak en een toenemende dichtheid met de diepte.

De drijvers dragen momenteel instrumenten die zuurstof meten, nitraat, pH, temperatuur, zoutgehalte, deeltjes, zonlicht, en chlorofyl (een indicator van algen). Sensoren kunnen worden verwisseld of toegevoegd, afhankelijk van de behoeften van wetenschappers. "Direct, de vlotter lijkt meer op een pick-up dan, laten we zeggen, een Ferrari, " zei Johnson. Terwijl de onderzoekers het ontwerp van de vlotter blijven verfijnen, hij voorziet dat zowel de drijvers als de instrumenten gestroomlijnder en compacter worden.

"Met deze instrumenten we kunnen de basispuls van de oceaan meten, " zei Johnson, "Als er problemen zijn in een gebied, dan kunnen we schepen de opdracht geven om meer gedetailleerde studies uit te voeren." deze drijvers zullen wetenschappers van voldoende gegevens voorzien om de gezondheid van de patiënt te lezen.