Un viaje récord a la fosa de Atacama

Figura 1: El lanchón bentónico chileno Audacia se baja al mar al comienzo de su tercera inmersión y se registra el buceo, a 8,081m en la fosa de Atacama. (Imagen: cortesía de Kevin Hardy y Atacamex 2018)

Figura 1a: Se lanza una columna de sedimento cuando el aterrizador bentónico Audacia aterriza a 8.024 m el 26 de enero de 2018. En la siguiente inmersión, el lanzador bentónico alcanzó la profundidad más profunda de la fosa Perú-Chile, 8.081 m. Se observaron holoturios, anfípodos, poliquetos y otros animales, y algunos fueron capturados en una trampa cebada. El módulo de aterrizaje fue operado desde el barco científico chileno Cabo de Hornos, operado por la Armada de Chile. (Imagen: cortesía de Kevin Hardy y Atacamex 2018)

Figura 2: El lanzador bentónico Audacia es levantado sobre el costado para ser desplegado por la tripulación del moderno buque científico chileno Cabo de Hornos, operado por la Armada de Chile. Las esferas de vidrio aumentan la flotabilidad, mientras que los instrumentos reducen el peso, creando una estabilidad inherente. (Imagen: cortesía de Kevin Hardy y Atacamex 2018)

Figura 3: El Mocness con múltiples redes de plancton para muestrear a profundidades discretas. Los instrumentos de detección ambiental Sea-Bird se encuentran en la parte superior del marco de acero grande. (Imagen: cortesía de Kevin Hardy y Atacamex 2018)

Figura 4: Un camarón pequeño y delicado, vivo y en perfecto estado, recolectado por la red de plancton de Mocness. (Imagen: cortesía de Kevin Hardy y Atacamex 2018)

Figura 5: Un gran anfípodo recuperado de la fosa de Atacama durante ATACAMEX 2018. (Imagen: Cortesía de Kevin Hardy y Atacamex 2018)

Figura 6: científicos marinos chilenos recogen muestras del aterrizador bentónico Audacia después de su tercer viaje al piso de la zanja, alcanzando 8081m. (Imagen: cortesía de Kevin Hardy y Atacamex 2018)

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Una expedición liderada por Chile para explorar la trinchera oceánica de su propia costa logró lanzar y recuperar un lanzador bentónico llamado DOV Audacia (Audacity), tres veces a más de 8,000 metros, el último a una profundidad récord de 8,081 metros de profundidad. Utilizando una red de arrastre Mocness, la expedición también recolectó plancton a una profundidad récord de 5.000 metros. La expedición Atacamex 2018 representa un hito para la ciencia marina en Chile, ya que los investigadores allí persiguen un trabajo fundamental en exploración e investigación en alta mar.

La zona hadal es la región más profunda del océano, desde 6.000 hasta 11.000 metros bajo el nivel del mar. Su acceso y estudio es extremadamente difícil debido a las altas presiones y grandes dificultades para alcanzar estas profundidades. Por estas razones, y no por falta de interés, esta área se ha mantenido prácticamente inexplorada. La zona hadal comprende más de una veintena de trincheras, muchas formando el Anillo de Fuego del Pacífico, donde la Tierra se traga parte de su corteza debido al hundimiento de una placa tectónica debajo de otra, dando lugar a cadenas insulares y áreas montañosas como los Andes. . Las trincheras oceánicas pueden erupcionar de forma inesperada en una intensa actividad sísmica, produciendo temblores devastadores y tsunamis destructivos.

A lo largo de la costa oeste de América del Sur se encuentra la fosa Perú-Chile (Atacama), la más larga del planeta, con una profundidad máxima estimada por sonido de 8.065 metros, lo que la convierte en la décima trinchera más profunda del mundo.

El pasado 25 de enero - 02 de febrero de 2018, en la Expedición Atacamex 2018, investigadores chilenos del Instituto Milenio de Oceanografía (IMO-Chile), dirigidos por el Profesor y Director del Instituto Osvaldo Ulloa, hicieron las primeras observaciones y recolectaron muestras de las profundidades más profundas , 8.081 m en la fosa de Atacama. El buque científico chileno Cabo de Hornos, operado por la Armada de Chile, fue el buque de apoyo de superficie.

Lograr la exploración histórica en primer lugar requería encontrar una forma distinta a la del gran cabrestante y el cable largo que normalmente se utilizan para sondear las profundidades del hadal. En cambio, los investigadores confían en el diseño y la construcción de un vehículo personalizado de clase dadal, un módulo de aterrizaje bentónico. Hecho de materiales modernos, el vehículo autónomo profundo de alta tecnología y compacto para alta mar fue diseñado y construido por Global Ocean Design (San Diego, CA). El Dr. Ulloa nombró a su lanzador béntico "Audacia" (Audacity), para reconocer la audacia y valentía necesarias para desafiar una frontera inexplorada. El lanzador bentónico "Audacia" mide 96 "/ 244 cm de alto x 25" / 64 cm de ancho (49 "/ 125 mm de ancho con las vainas de flotación variables laterales) x 21" / 53cm de profundidad, con un peso de aproximadamente 400 lbs / 182kg. En el agua, el módulo de aterrizaje se recortó para flotar como una boya con 40 lb de flotabilidad positiva. Un ancla fungible que pesaba 80 lb / 36 kg, llevó el módulo de descenso a la parte inferior a una velocidad de aproximadamente 1 m / seg. La compensación lateral por una corriente superficial no tendría mucho efecto. Si una corriente superficial tuviera 100 m de espesor, el módulo de aterrizaje pasaría a través de él en 1 minuto y 40 segundos. El módulo de aterrizaje bentónico "Audacia" fue diseñado y construido por Kevin Hardy, de Global Ocean Design (San Diego, CA), un experto mundial en el diseño y la construcción de módulos de exploración hadal de mar profundo. Utilizó componentes de varias compañías internacionales.

El lanzador bentónico hizo tres inmersiones durante la expedición Atacamex 2018, todas ellas a profundidades de más de 8,000 metros. Después del lanzamiento del anclaje, volvió a la superficie cerca del punto de despliegue.

Los principales logros de "Audacia" en la fosa de Atacama son:

• Realización de mediciones in situ y observaciones por debajo de 8,000 metros de profundidad;
• Registrando una profundidad mayor que el valor del registro histórico (8.065 metros), estableciendo un nuevo registro de 8.081 metros;
• Recolectando muestras de agua de mar a más de 8,000 metros de profundidad, lo que permitirá observar por primera vez qué tipo de microorganismos habitan en las aguas de la Fosa de Atacama, así como algunas de las propiedades químicas del agua de mar ultraprofunda en esta región del Pacífico;
• Obteniendo fotografías del lecho marino de la zanja a más de 8,000 metros de profundidad;
• Obteniendo anfípodos (crustáceos) a más de 8,000 metros de profundidad usando una trampa cebada que fue desplegada de manera autónoma por el módulo de aterrizaje;
• Imagine la biología activa y densa que vive en la capa límite bentónica;
• Demostrando el uso de aterrizadores bentónicos altamente adaptables, lo que permite una mayor exploración de las profundidades del océano a un menor costo total.

El Lander Benthic
El módulo de aterrizaje béntico es un vehículo libre sin ataduras, lo que significa que una vez que está sobre el costado, se corta toda conexión física con el barco. La capacidad del módulo de aterrizaje para descender y retroceder se basa en controlar la densidad de acuerdo con el Principio de Arquímedes: si el módulo de aterrizaje es más pesado que el agua de mar, se hunde, si es más ligero, flota. Un ancla extraíble proporciona el peso negativo para hundirse, la flotación fija permite que el desplazamiento flote hacia la superficie una vez que se libera el anclaje.

Los aterrizadores bentónicos son la forma más rentable de llegar a lugares bentónicos o bentónicos. Pueden transportar trampas, muestreadores y sensores. Pueden viajar a cualquier profundidad y permanecer durante cortos periodos de tiempo hasta varios años. Los Landers se pueden liberar con temporizadores de cuenta regresiva, comando acústico, liberaciones de tiempo galvánico (GTR) o mediante un desencadenador de evento preprogramado. Las operaciones se pueden llevar a cabo en embarcaciones charter más pequeñas desde puertos cercanos al sitio de interés, lo que libera a los investigadores de los costos significativos y los problemas de programación de embarcaciones oceanográficas dedicadas. Algunos son lo suficientemente pequeños como para ser levantados con una mano del océano, pero lo suficientemente fuertes como para viajar al fondo de cualquier fosa oceánica. Los usos en expansión incluyen exploración, ciencia, investigación y monitoreo ambiental. Se pueden implementar de manera individual o en grandes cantidades para inspeccionar una gran área desde un barco pequeño. Una vez que se despliega el módulo de aterrizaje, está libre del barco, mientras que al mismo tiempo el barco está libre si el módulo de aterrizaje. Los Landers se pueden configurar para comunicarse entre sí, o con una plataforma de superficie como una plataforma petrolera. Muchas de las mismas ciencias propuestas para usar las redes OOS de cable a tierra se pueden hacer con módulos de aterrizaje bentónicos, con la limitación de que los datos no están disponibles las 24 horas, los 7 días de la semana. Los dispositivos diseñados para acoplarse al OOS pueden calificarse utilizando módulos de aterrizaje.

Despliegue de DOV Audacia utilizó una grúa, eslóganes y una liberación rápida. Al regresar a la superficie, un par de Zodiacs llevaron el módulo de aterrizaje a la nave, Cabo de Hornos, donde se colocó un cabestrillo para elevar el módulo de aterrizaje a bordo utilizando la grúa. El módulo de aterrizaje se aseguró en una orientación vertical para que ambos lados del módulo de aterrizaje fueran accesibles para la eliminación de muestras y la descarga de datos.

El presupuesto de flotabilidad se gestiona mediante el uso de plásticos sobre metal para el marco y los paneles laterales. Dos esferas de vidrio de borosilicato de 17 "(Nautilus Marine Service, Buxtehude, DE) proporcionan flotación y carcasas, y son más ligeras que las sintácticas. Los accesorios del adaptador a través del casco y los puertos de vacío / purga en el vidrio fueron provistos por Global Ocean Design. Los conectores subacuáticos fueron proporcionados por MacArtney / SubConn.

Los pares de esferas de flotación de 10 ", con una profundidad de 10 km, agregan una a cada lado hasta un máximo de 8, proporcionan una flotabilidad variable de hasta 72 lb / 33 kg. Las esferas de 10 "también pueden proporcionar esferas de instrumentos auxiliares para investigadores invitados que deseen" dar un paseo "en el módulo de aterrizaje chileno. Una bandeja de lastre en la parte inferior proporciona una conveniente fijación de los pesos del borde.

Un peso de anclaje de 40 kg tira del módulo de aterrizaje bentónico hacia el fondo marino. Para elevarse, el anclaje es liberado por el sistema de comando acústico BART (EdgeTech, West Wareham, MA) o por un temporizador de cuenta regresiva de respaldo (Global Ocean Design). La placa EdgeTech BART desarrollada para esta misión cuenta con 2 cables quemadores y tres comandos adicionales, todos los cuales también podrían convertirse en cables quemados.

Radio Direction Finding (RDF) y las balizas de recuperación estroboscópica fueron hechas por Xeos (Dartmouth, NS, CAN). Esto funcionó muy bien. Una placa de señalización de GPS personalizada (Global Ocean Design) y un estroboscopio LED interior funcionaron bien. La acumulación de Satelitte en el hemisferio sur disminuyó la velocidad de determinación de la posición verdadera transmitida a la nave.

Investigadores chilenos solicitaron muestras de agua gemelas de 30 litros en su módulo de aterrizaje para estudios microbianos. Estos fueron provistos por Ocean Test Equipment (Miami, FL).

El pequeño sensor P / T "Duet" (RBR, Ottawa, ON, CAN) funcionó muy bien a la profundidad máxima, proporcionando una verificación cruzada al sensor principal Sea-Bird, tal como solicitaron los reservorios de Chilan. Un sensor de 19 CTD Deep con DO (Sea-Bird Scientific, Bellevue, WA) fue el principal paquete de sensores preferido por los científicos chilenos. Los sensores CTD funcionaron sin problemas hasta la profundidad total de la zanja, mientras que el sensor DO no funcionó por debajo de 1500 m.

La cámara de video submarina con autograbación fue desarrollada para este proyecto por SubAqua Imaging (San Diego, CA) y Pisces Design (La Jolla, CA). La batería de 14.8vdc / 32Ah con BMS interno para alimentar los LED funcionó bien (Global Ocean Design). Las luces LED con compensación de presión tienen algunas mejoras necesarias para funcionar de manera más confiable.

Con la trinchera tan cerca de la orilla, el explorador de Hadal James Cameron, que se mantuvo en contacto con la expedición, supuso que se podía observar gigantismo entre los anfípodos bentónicos de la fosa de Atacama. Las muestras de grandes anfípodos fueron capturadas en trampas cebadas.

Los módulos de aterrizaje bentónicos permiten a cualquier institución u organismo de cualquier tamaño, en cualquier país, la oportunidad de explorar sus propios mares a cualquier profundidad que deseen, desde la plataforma continental poco profunda hasta el piso de la trinchera oceánica, durante un período de tiempo de su elección. Es una tecnología discursiva que empodera a todos.

El Mocness
Junto con el lanzador bentónico "Audacia", la expedición de Atacamex utilizó otros equipos de última generación: el Mocness (abreviatura de "Red de Apertura y Cierre Múltiple, con un Sistema de Detección Ambiental"), una gran red de plancton con diferentes compartimentos que se abren y cierran a través de un mecanismo electroacústico, que permite la recolección de muestras a diferentes profundidades (Biological Environmental Sampling Systems (BESS), N. Falmouth, MA). Erich Horgan (BESS) y el Dr. Rubén Escribano reportaron otro histórico récord mundial para esta región del océano, "obteniendo, por primera vez, muestras de plancton desde una profundidad de 5.000 metros". El Mocness, el único de su tipo en el Cono Sur del continente sudamericano, recolectaron una gran cantidad de nuevos organismos de aguas profundas, incluido el pescado, que ahora se estudiarán en los laboratorios de la OMI para su identificación y una mejor comprensión de su biología.

Desde el buque de investigación de la Armada de Chile AGS-61 Cabo de Hornos, el Dr. Osvaldo Ulloa, científico principal de Atacamex 2018, declaró que "logramos acceso repetido al fondo de la zanja, a una profundidad incluso mayor de la informada, y desde allí estábamos capaz de recolectar agua, organismos, imágenes e información hidrográfica. Las posibilidades de poner sensores, para llevar a cabo, por ejemplo, medidas sismológicas o actuales, están ahí. Con eso, estamos señalando el camino para generar un programa nacional y multidisciplinario para la exploración y el estudio científico de la fosa de Atacama.

Conclusión
"Atacamex 2018 demuestra que la ciencia chilena, desarrollada con pasión, ingenio, colaboración internacional y audacia, puede contribuir a la comprensión mundial del planeta. Como país, Chile posee los recursos humanos, la industria y las herramientas para liderar la exploración y el estudio del este del Pacífico Sur, la región menos conocida del planeta azul ".

Hardy agregó: "Con su nuevo módulo de aterrizaje bentónico y el experimentado y talentoso equipo de aterrizaje bentónico de la OMI, Chile y sus científicos marinos se han puesto a la vanguardia de la investigación en alta mar de la fosa de Atacama y otras áreas de los océanos australes. Son un grupo excepcional, uno de los mejores con los que he navegado. Estoy muy feliz de haber sido parte de esta gran aventura internacional en busca de nuevos conocimientos ".

La investigación oceanográfica, cuyos participantes incluyen investigadores de la Universidad de Concepción, la Pontificia Universidad Católica de Chile y la Universidad de Antofagasta, se está llevando a cabo gracias al apoyo de la Iniciativa Científica Milenio (ICM), la Comisión Nacional de Investigación Científica y Tecnológica. (CONICYT), la Armada de Chile y fiestas privadas.

Los autores
Kevin Hardy (derecha), fundó Global Ocean Design LLC después de retirarse de la Institución de Oceanografía Scripps. Previamente diseñó y construyó los módulos de aterrizaje para DEEPSEA CHALLENGE Expedition de James Cameron.

El Dr. Osvaldo Ulloa, (izquierda) es Profesor Titular, Departamento de Oceanografía, Universidad de Concepción, Director del Instituto Milenio de Oceanografía (IMO-Chile) y científico principal de la expedición ATACAMEX 2018.

Autores Dr. Osvaldo Uloa y Kevin Hardy

(Según publicado en la edición de abril de 2018 de Marine Technology Reporter )