Гусеничный подводный робот оценил углеродный цикл Тихого океана. Видео

14:50 09 Ноябрь Киев, Украина

Американские исследователи представили результаты работы автономного гусеничного робота Benthic Rover II, пять лет исследовавшего дно Тихого океана на глубине четырех километров. С его помощью удалось оценить факторы, влияющие на глубоководный углеродный цикл, например концентрацию растворенного в воде кислорода, способность океана поглощать углекислый газ, температуру и количество фитопланктона. Его заряда хватает на год непрерывной работы, за время которой он передает данные устройства на поверхности воды, откуда те через спутник получают исследователи. Оценку работы Benthic Rover II ученые опубликовали в Science Robotics , где он попал на обложку выпуска.

Что это за робот?

Разработка работа Benthic Rover II или BR-II — результат 25-летней работы команды исследовательского института океанариума Монтерей в Калифорнии (Monterey Bay Aquarium Research Institute). Это автономный робот весом более 1800 килограммов (в воде, впрочем, всего 68 килограммов) и в полтора метра в высоту и 2,6 метра в ширину. Он имеет две гусеницы для передвижения по дну Тихого океана и способен выдержать погружение на шесть километров вглубь.

Последние пять лет он работает на глубине четырех километров у побережья центральной Калифорнии. BR-II специально разработан для работы в холодных, коррозионных условиях и условиях высокого давления. Причем его конструкция предназначена для небольшого контактного давления на поверхность дна, так что робот оставляет за собой лишь два небольших следа на илистом грунте. Заряда его аккумуляторов хватает на год, поэтому каждый год его вытаскивают на двое суток на поверхность, чтобы потом снова вернуть к работе.

BR-II запускается с надводного корабля и падает через толщу воды, опускаясь на нужную глубину за два часа. Типичная миссия начинается с того, что BR-II переходит от места посадки к новому, девственному месту, в чем ему помогает течение. Робот поддерживает постоянный курс по компасу во избежание пересечения собственных путей и отбора проб в местах, где он уже бывал.
 
Фото: Робот готовится к погружению
 


Что он должен исследовать?

На самом деле об экстремальных местах на Земле нам известно иногда даже меньше, чем мы знаем о Вселенной за пределами нашей планеты. Однако именно процессы в недрах Земли оказывают прямое влияние на нашу жизнь. Океанские глубины покрывают более 65 процентов земного шара и играют важную роль в глобальном углеродном цикле, на который сейчас сильно влияет увеличение выбросов углекислого газа и, как следствие, климат.

Чтобы понять текущие процессы в глубинах океана и смоделировать будущие изменения в углеродном цикле, включая способность океана поглощать атмосферный углекислый газ, необходимы долгосрочные наблюдения. Однако высокое гидростатическое давление, низкая температура, отсутствие света и постоянная коррозионная угроза приборам – серьезные препятствия для длительного мониторинга.

Кроме защиты от суровых условий океана, для исследовательской работы BR-II наделили приборами для оценки течения (по ним он ориентируется в воде), респирометрами и оптометрами, по которым робот оценивает выделенный морскими жителями углекислый газ и концентрацию в воде кислорода, а также камерами, которые приносят фотографии океанического дна и данные о количестве фитопланктона. Полученную информацию по запросу BR-II передает на небольшой планер на поверхности воды, откуда исследователи уже через спутник ее получают.
 
Фото: Схема работы Benthic Rover II

 
Что ему удалось узнать?

Эффективность BR-II оценивалась по четырем критериям: пройденное расстояние, качество полученных камерой изображений и качество данных из инструментов. Процент ожидаемого и фактического пройденного расстояния варьировался от 0 до 98,5 процента, и уже в ноябре 2020 года работу удалось пройти 1640 метров. Успех измерений камер по обе стороны работа сильно варьировался в первые пять лет эксплуатации, но с 2015 года стал стабильно высоким, от 96 до 100 процентов. Поэтому уже с ноября 2015, когда BR-II уверенно можно было запускать ежегодно, эффективность работы постоянно превышала 98 процентов.

Характеристики придонной воды оставались относительно стабильными в течение всего периода работы BR-II на океаническом дне. Но концентрация растворенного кислорода в донной воде была намного более изменчивой, и заметное уменьшение растворенного кислорода соответствует 30-летним наблюдениям за этой областью океана. Это одно из наиболее важных изменений, происходящих в океане, все больше меняется в результате деятельности человека. Его уменьшение может вызвать серьезные изменения в производительности океана, его биоразнообразии и биогеохимических циклах. Анализ прямых измерений по всему миру показывает, что зоны минимального содержания кислорода в открытом океане расширяются на несколько миллионов квадратных километров и что в сотнях прибрежных участков в настоящее время концентрация кислорода уже достаточно низка, чтобы ограничить распространение и численность популяций животных и изменить круговорот важных питательных веществ. И принесенные BR-II данные только подтверждают эту тенденцию.

Концентрацию фитопланктона оценивали по его флуоресценции, которая была обнаружена с помощью синих диодов на борту робота. Так оказалось, что с ноября 2015 по 2020 год произошло значительное увеличение количества фитопланктона, что в свою очередь способствует накоплению биомассы фитопланктона и истощению запасов кислорода.

Различия в полученных данных BR-II показывают, что небольшие наблюдательные кампании не способны обнаружить изменения, приводящие к долгосрочным и критически важным для определения углеродного цикла в глубинах океана. Тенденция к понижению растворенного кислорода является критическим параметром и будет иметь решающее значение для прогнозирования изменений климата.