Гусеничный подводный робот оценил углеродный цикл Тихого океана

С его помощью удалось оценить факторы, влияющие на глубоководный углеродный цикл, как-то концентрация растворенного в воде кислорода, способность океана поглощать углекислый газ, температуру и количество фитопланктона. Его заряди хватать на год непрерывной работы, за время которой он передает данные устройства на поверхности воды, откуда те, через спутник, получают ученые. Оценку работы Benthic Rover II ученые опубликовали в Science Robotics. Разработка робота 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 (что в воде, впрочем, всего 68 килограммов) и в полтора метра в высоту и 2,6 метра в ширину. Он имеет две гусеницы для передвижения дном 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 был 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 за собой оставляет только 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 из надводного корабля и падает через толщу воды, опускаясь на нужную глубину с 2:00. Типичная миссия начинается с того, что BR-II переходит от места посадки до нового, места, в чем ему помогает течение. Робот поддерживает постоянный курс по компасу, чтобы избежать пересечения собственных путей и отбора проб в местах, где он уже бывал.

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 имеют прямое влияние на наши жизни. Океанские глубины покрывают более 65% земного шара и играют важную роль в глобальном углеродном цикле, на который сейчас сильно влияет выброс углекислого газа и, как следствие, меняется климат.

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

Кроме защиты от суровых условий океана, для исследовательской работы BR-II наделили приборами для оценки течения (за ними он ориентируется в воде), респирометрами и оптиметры, 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 BR-II по запросу передает на небольшой планер на поверхности воды, откуда исследователи уже через спутник ее получают.

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% и уже в ноябре 2020 роботу удалось пройти 1640 метров. Успех измерений Камерзе обеих сторон работа сильно варьировался в первые «пять лет эксплуатации, но с 2015 года стал стабильно высоким, от 96 до 100%. Поэтому уже с ноября 2015 года, когда BR-II уверенно можно было запускать каждый год, эффективность работы постоянно превышала 98%.

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 изменчивее, и заметное уменьшение растворенного кислорода соответствует 30-летним наблюдением за этой областью океана. Это одно из самых важных изменений, происходящих в океане, которое все больше меняется в результате деятельности человека. Его уменьшение может вызвать серьезные изменения в продуктивности 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 в сотнях прибрежных участков в настоящее время концентрация кислорода уже достаточно низкая, чтобы ограничить распространение и численность популяций животных и изменить круговорот важных питательных веществ. Принесенные BR-II данные только подтверждают эту тенденцию.

Концентрацию фитопланктона оценивали по его флуоресценции, которую проявляли с помощью синих диодов на борту робота. Оказалось, что в период с ноября 2015 по 2020 год произошло значительное увеличение количества фитопланктона, в свою очередь способствующего накоплению биомассы фитопланктона и истощению запасов кислорода.

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

Перевод материала nauka.ua