Los oceanólogos miden una columna de sedimentos levantada por un vehículo minero de aguas profundas | Noticias del MIT

¿Cuál será el impacto en el océano si los humanos tienen que explotar las profundidades del mar? Esta es una pregunta que está ganando en urgencia a medida que crece el interés en los minerales marinos.

El lecho marino profundo del océano está salpicado de antiguas rocas del tamaño de una patata llamadas «nódulos polimetálicos» que contienen níquel y cobalto, minerales de gran demanda para fabricar baterías, como alimentar vehículos eléctricos y almacenar energía renovable, y en respuesta a factores como creciente urbanización. Las profundidades del océano contienen grandes cantidades de nódulos cargados de minerales, pero el impacto de la minería en el fondo del océano es desconocido y muy discutido.

Hoy, los científicos oceánicos del MIT arrojaron algo de luz sobre el asunto, con un nuevo estudio de la nube de sedimento que levantaría un vehículo recolector al recoger nódulos del fondo marino.

El estudio, publicado hoy en avances científicos, informa los resultados de un crucero de investigación de 2021 a una región del Océano Pacífico conocida como la Zona Clarion Clipperton (CCZ), donde abundan los nódulos polimetálicos. Allí, los investigadores equiparon un vehículo colector preprototipo con instrumentos para monitorear las perturbaciones de la columna de sedimentos mientras el vehículo maniobraba en el lecho marino, a 4.500 metros debajo de la superficie del océano. A través de una secuencia de maniobras cuidadosamente diseñadas. Los científicos del MIT usaron el vehículo para monitorear su propia nube de sedimentos y medir sus propiedades.

Sus mediciones mostraron que el vehículo creó una densa columna de sedimentos a su paso, que se esparció por su propio peso, en un fenómeno conocido en dinámica de fluidos como «corriente de turbidez». A medida que se dispersaba, el penacho permaneció relativamente bajo, a menos de 2 metros del lecho marino, en lugar de elevarse inmediatamente más alto en la columna de agua como se había postulado.

«Es una imagen bastante diferente de cómo se ven estos penachos, en comparación con algunas conjeturas», dice el coautor del estudio Thomas Peacock, profesor de ingeniería mecánica en el MIT. «Los esfuerzos de modelado de plumas de minería en aguas profundas deberán considerar estos procesos que hemos identificado, para evaluar su alcance».

Los coautores del estudio incluyen al autor principal Carlos Muñoz-Royo, Raphael Ouillon y Souha El Mousadik del MIT; y Matthew Alford de la Institución Scripps de Oceanografía.

Maniobras en alta mar

Para recolectar los nódulos polimetálicos, algunas compañías mineras ofrecen desplegar vehículos del tamaño de un tractor en el fondo del océano. Los vehículos aspirarían los nódulos así como los sedimentos a lo largo de su camino. Luego, los nódulos y el sedimento se separarían dentro del vehículo y los nódulos se enviarían mediante un elevador a un buque de superficie, mientras que la mayor parte del sedimento se evacuaría inmediatamente detrás del vehículo.

Peacock y su grupo han estudiado previamente la dinámica de la columna de sedimentos que los barcos de superficie asociados pueden devolver al océano. En su estudio actual, se centraron en el extremo opuesto de la operación, para medir la nube de sedimentos creada por los propios colectores.

En abril de 2021, el equipo se unió a una expedición dirigida por Global Sea Mineral Resources NV (GSR), un contratista de ingeniería marina belga que explora la CCZ en busca de formas de extraer nódulos ricos en metales. Un equipo científico con sede en Europa, Mining Impacts 2, también realizó estudios separados en paralelo. La campaña fue la primera en más de 40 años en probar un vehículo coleccionable «pre-prototipo» en la CCZ. La máquina, llamada Patania II, tiene unos 3 metros de altura, 4 metros de ancho y es aproximadamente un tercio del tamaño de un vehículo a escala comercial.

Mientras el contratista probaba el rendimiento de recolección de nódulos del vehículo, los científicos del MIT monitorearon la nube de sedimentos creada en la estela del vehículo. Hicieron esto usando dos maniobras para las que estaba programado el vehículo: un «selfie» y un «drive-by».

Ambas maniobras comienzan de la misma manera, con el vehículo yendo en línea recta con todos sus sistemas de vacío activados. Los investigadores dejaron rodar el vehículo durante 100 metros, recogiendo los nódulos a su paso. Luego, en la maniobra de «selfie», le ordenaron al vehículo que apagara sus sistemas de vacío y girara para conducir a través de la nube de sedimentos que acababa de crear. Los sensores instalados en el vehículo midieron la concentración de sedimentos durante esta maniobra de «selfie», lo que permitió a los científicos monitorear la nube minutos después de que el vehículo la agitara.

Para la maniobra de conducción, los investigadores colocaron un amarre cargado de sensores de 50 a 100 metros de las trayectorias previstas del vehículo. A medida que el vehículo rodaba recogiendo nódulos, creó una columna que finalmente se extendió más allá del fondeadero después de una o dos horas. Esta maniobra de conducción permitió al equipo monitorear la nube de sedimentos en una escala de tiempo más larga de varias horas, capturando la evolución de la pluma.

Jadeante

Durante varios recorridos del vehículo, Peacock y su equipo pudieron medir y rastrear la evolución de la columna de sedimentos creada por el vehículo de minería en aguas profundas.

«Vimos que el vehículo rodaba por agua clara, viendo los nódulos en el lecho marino», dijo Peacock. «Y luego, de repente, hay una nube de sedimentos muy nítida que pasa cuando el vehículo entra en el penacho».

A partir de las vistas de selfies, el equipo observó un comportamiento que había sido predicho por algunos de sus estudios de modelado anteriores: el vehículo levantó una gran cantidad de sedimento lo suficientemente denso que, incluso después de mezclarse con el entorno acuático, generó una columna que se comportó casi como un fluido separado, que se esparce por su propio peso en lo que se llama una corriente de turbidez.

«La corriente de turbidez se propaga por su propio peso durante algún tiempo, decenas de minutos, pero mientras lo hace, deposita sedimentos en el lecho marino y finalmente se extingue», dice Peacock. «Después de eso, las corrientes oceánicas se vuelven más fuertes que la propagación natural y los sedimentos son transportados por las corrientes oceánicas».

En el momento en que el sedimento se desplazó más allá del anclaje, los investigadores estiman que el 92-98% del sedimento se había asentado o permanecido dentro de los 2 metros del lecho marino como una nube baja. Sin embargo, no hay garantía de que el sedimento siempre permanezca allí en lugar de subir a la deriva en la columna de agua. Estudios recientes y futuros realizados por el equipo de investigación están abordando esta cuestión, con el objetivo de consolidar la comprensión de las columnas de sedimentos de la minería en aguas profundas.

“Nuestro estudio aclara la realidad de cómo se ve la perturbación inicial de los sedimentos cuando se tiene algún tipo de extracción de nódulos”, dice Peacock. «La gran conclusión es que existen procesos complejos, como las corrientes de turbidez, que ocurren cuando se realiza este tipo de recopilación. Por lo tanto, cualquier esfuerzo por modelar el impacto de una operación minera en aguas profundas deberá capturar estos procesos.

«Los penachos de sedimentos producidos por la minería en los fondos marinos son una gran preocupación en términos de impacto ambiental, ya que se extenderán sobre áreas potencialmente grandes más allá del sitio de extracción real y afectarán la vida en alta mar», dice Henko de Stigter, geólogo marino de la Instituto Real de los Países Bajos para la Investigación Marina, que no participó en la investigación. «El documento actual proporciona información esencial sobre el desarrollo inicial de estos penachos».

Esta investigación fue apoyada, en parte, por la Fundación Nacional de Ciencias, ARPA-E, el Proyecto 11th Hour, la Iniciativa Benioff Ocean y Global Sea Mineral Resources. Los financiadores no tuvieron ningún papel en ningún aspecto del análisis de la investigación, afirma el equipo de investigación.