Actualmente se desconocen los impactos de la minería en aguas profundas
En ciertas partes del océano profundo, esparcidas por el lecho marino, se encuentran rocas del tamaño de una pelota de béisbol con capas de minerales acumulados durante millones de años.
Se estima que una región del Pacífico central, llamada Zona de Fractura Clarion Clipperton (CCFZ), contiene vastas reservas de estas rocas, conocidas como "nódulos polimetálicos", que son ricos en níquel y cobalto, minerales que comúnmente se extraen en tierra para la producción de baterías de iones de litio en vehículos eléctricos, computadoras portátiles y teléfonos móviles.
A medida que aumenta la demanda de estas baterías, avanzan los esfuerzos para extraer del océano estos nódulos ricos en minerales. Tales esquemas de minería en aguas profundas proponen enviar vehículos del tamaño de un tractor para aspirar los nódulos y enviarlos a la superficie, donde un barco los limpiaría y descargaría cualquier sedimento no deseado de regreso al océano.
Pero los impactos de la minería en aguas profundas, como el efecto de los sedimentos descargados en los ecosistemas marinos y cómo se comparan estos impactos con la minería tradicional basada en tierra, actualmente se desconocen.
Ahora, los oceanógrafos del MIT, la Institución de Oceanografía Scripps y otros lugares han llevado a cabo por primera vez un experimento en el mar para estudiar las nubes de turbulentos sedimentos que los barcos mineros potencialmente liberarían de regreso al océano. Basándose en sus observaciones, desarrollaron un modelo que hace predicciones realistas de cómo sería transportada a través del océano una nube de sedimentos generada por las operaciones mineras.
El modelo predice el tamaño, la concentración y la evolución de las columnas de sedimentos en diversas condiciones marinas y mineras. Estas predicciones, dicen los investigadores, pueden ser utilizadas ahora por biólogos y reguladores ambientales para evaluar si tales nubes impactarían la vida marina circundante y en qué medida.
"Hay mucha especulación sobre el impacto ambiental [de la minería de aguas profundas]", dice Thomas Peacock, profesor de ingeniería mecánica en el MIT. "Nuestro estudio es el primero de su tipo en estos penachos de media agua y puede ser un importante contribuyente a la discusión internacional y al desarrollo de regulaciones durante los próximos dos años".
Imagen: Esquema de una operación minera de nódulos polimetálicos.
Se espera que las actuales propuestas de minería de aguas profundas generen dos tipos de nubes de sedimentos en el océano: "penachos colectores" que generan los vehículos en el fondo marino cuando circulan acumulando nódulos a 4.500 metros por debajo de la superficie; y posiblemente "penachos de media agua" que se descargan a través de tuberías que descienden 1.000 metros o más hacia la zona afótica del océano, donde la luz del sol raramente penetra.
En su nuevo estudio, Peacock y sus colegas se centraron en las nubes de agua media y cómo se dispersaría el sedimento una vez descargado de una tubería.
"Está bien fundada la ciencia de la dinámica de las nubes de sedimentos para este escenario, y nuestro objetivo era establecer claramente el régimen dinámico de dichas nubes para informar adecuadamente las discusiones", dice Peacock, quien es el director del Laboratorio de Dinámica Ambiental del MIT.
Para precisar estas dinámicas, el equipo se hizo a la mar. En 2018, los investigadores abordaron el barco de investigación Sally Ride y zarparon a 50 kilómetros de la costa del sur de California. Llevaron consigo equipos diseñados para descargar sedimentos a 60 metros por debajo de la superficie del océano.
"Utilizando principios científicos fundamentales de la dinámica de fluidos, diseñamos el sistema para que reprodujera completamente una nube a escala comercial, sin tener que descender a 1.000 metros o navegar varios días hasta la mitad de la CCFZ", dice Peacock.
Durante una semana el equipo realizó un total de seis experimentos de nubes, utilizando novedosos sistemas de sensores como un Sonar Doppler Phased Array (PADS) y un epsilómetro desarrollado por científicos de Scripps para monitorear dónde viajaban las nubes o plumas y cómo evolucionaban en forma y concentración. Los datos recopilados revelaron que el sedimento, cuando se bombeó inicialmente de una tubería, era una nube muy turbulenta de partículas en suspensión que se mezclaba rápidamente con el agua del océano circundante.
"Se especuló que este sedimento formaría grandes agregados en la columna que se asentarían relativamente rápido en las profundidades del océano", dice Peacock. "Pero descubrimos que la descarga es tan turbulenta que rompe el sedimento en sus partes constituyentes más finas, y luego se diluye tan rápidamente que el sedimento no tiene la posibilidad de pegarse".
Dilución
El equipo había desarrollado previamente un modelo para predecir la dinámica de una columna que se descargaría en el océano. Cuando introdujeron en el modelo las condiciones iniciales del experimento, se produjo el mismo comportamiento que el equipo observó en el mar, lo que demuestra que el modelo podría predecir con precisión la dinámica de la nube en las proximidades de la descarga.
Los investigadores utilizaron estos resultados para proporcionar la información correcta para las simulaciones de la dinámica del océano para ver qué tan lejos llevarían las corrientes la nube liberada inicialmente.
"En una operación comercial, el barco siempre está descargando sedimentos nuevos. Pero al mismo tiempo, la turbulencia de fondo del océano siempre mezcla cosas. Entonces alcanzas un equilibrio. Hay un proceso de dilución natural que ocurre en el océano y que establece la escala de estas nubes de sedimentos", dice Peacock. "Lo que es clave para determinar la extensión de las nubes es la fuerza de la turbulencia del océano, la cantidad de sedimento que se descarga y el nivel de umbral ambiental en el que hay impacto".
Con base en sus hallazgos, los investigadores han desarrollado fórmulas para calcular la escala de una nube en función de un umbral ambiental dado. Por ejemplo, si los reguladores determinan que una cierta concentración de sedimentos podría ser perjudicial para la vida marina circundante, se puede usar la fórmula para calcular qué tan lejos se extendería una nube por encima de esa concentración y qué volumen de agua del océano se vería afectado en el transcurso de una operación de extracción de nódulos de 20 años.
"En el corazón de la cuestión ambiental que rodea a la minería en aguas profundas está la extensión de las nubes de sedimentos", dice Peacock. "Es un problema de múltiples escalas, desde sedimentos a escala micrométrica hasta flujos turbulentos y corrientes oceánicas a lo largo de miles de kilómetros. Es un gran rompecabezas y estamos equipados de manera única para trabajar en ese problema y brindar respuestas basadas en la ciencia y los datos".
El equipo ahora está trabajando en penachos colectores, después de haber regresado recientemente de varias semanas en el mar para realizar el primer monitoreo ambiental de un vehículo recolector de nódulos en las profundidades del océano en más de 40 años.
Esta investigación fue subvencionada en parte por la MIT Environmental Solutions Initiative, el UC Ship Time Program, el MIT Policy Lab, el Proyecto 11th Hour de la Schmidt Family Foundation, la Benioff Ocean Initiative y la Fundación Bancaria "la Caixa".
El estudio del equipo apareció ayer en Nature Communications: Earth and Environment: Extent of impact of deep-sea nodule mining midwater plumes is influenced by sediment loading, turbulence and thresholds
