Miden la nube de sedimentos agitada por un vehículo de minería en aguas profundas
¿Cuál será el impacto en el océano si los humanos extraen minerales de las profundidades del mar? Es una pregunta que está cobrando urgencia a medida que crece el interés en los minerales marinos.
El lecho marino profundo del océano está salpicado de rocas antiguas del tamaño de una patata llamadas "nódulos polimetálicos" que contienen níquel y cobalto, minerales que tienen una gran demanda para la fabricación de baterías, como para impulsar vehículos eléctricos y almacenar energía renovable, y en respuesta a factores como el aumento de la urbanización.
Las profundidades del océano contienen grandes cantidades de nódulos cargados de minerales, pero es desconocido y muy controvertido el impacto de la minería en el fondo del océano. Ahora, los científicos oceánicos del MIT han arrojado algo de luz sobre el tema, con un nuevo estudio sobre la nube de sedimentos que agitaría un vehículo recolector al recoger nódulos del fondo marino.
El estudio 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 con instrumentos un vehículo colector preprototipo para monitorear las perturbaciones de la nube de sedimentos mientras el vehículo maniobraba a través del lecho marino, a 4.500 metros debajo de la superficie del océano. A través de una secuencia de maniobras cuidadosamente concebidas. 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 a su paso una densa nube de sedimentos, que se esparció por su propio peso, en un fenómeno conocido en dinámica de fluidos como "corriente de turbidez". A medida que se dispersaba gradualmente, la nube se mantuvo relativamente baja, dentro de los 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 estas nubes, en comparación con algunas de las conjeturas", dice el coautor del estudio Thomas Peacock, profesor de ingeniería mecánica en el MIT. "Los esfuerzos de modelado de nubes de minería en aguas profundas tendrán que tener en cuenta estos procesos que identificamos, 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 las profundidades
Para recolectar nódulos polimetálicos, algunas empresas mineras proponen desplegar en el fondo del océano vehículos del tamaño de un tractor. Los vehículos aspirarían los nódulos junto con algunos sedimentos a lo largo de su camino. Luego, los nódulos y el sedimento se separarían dentro del vehículo y los nódulos se enviarían a través de un tubo ascendente hasta un recipiente de superficie, mientras que la mayor parte del sedimento se descargaría inmediatamente detrás del vehículo.
Peacock y su grupo han estudiado previamente la dinámica de la nube de sedimentos que los buques de operación de superficie asociados pueden bombear de regreso 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 está explorando la CCZ en busca de formas de extraer nódulos ricos en metales. Un equipo científico con sede en Europa, Mining Impacts 2, también realizó en paralelo estudios separados.
Imagen derecha: El sistema de lanzamiento y recuperación que despliega el vehículo colector pre-prototipo Patania II del buque de operaciones de superficie MV Normand Energy. Créditos:Imagen: Recursos minerales marinos globales
El crucero fue el primero en más de 40 años en probar en la CCZ un vehículo de recolección "pre-prototipo". La máquina, llamada Patania II, mide unos 3 metros de alto, se extiende 4 metros de ancho y tiene aproximadamente un tercio del tamaño de lo que se espera que sea 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. Lo hicieron usando dos maniobras que el vehículo estaba programado para tomar: una "selfie" y un "drive-by".
Ambas maniobras se iniciaron de la misma manera, con el vehículo en marcha en línea recta, con todos sus sistemas de aspiración activados. Los investigadores dejaron que el vehículo recorriera 100 metros, recogiendo cualquier nódulo a su paso. Luego, en la maniobra de "selfie", ordenaron al vehículo que apagara sus sistemas de succión y diera la vuelta para conducir a través de la nube de sedimento 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 a los pocos minutos de que el vehículo la agitara.
Para la maniobra "drive-by", los investigadores colocaron un amarre cargado de sensores de 50 a 100 metros de las pistas planificadas del vehículo. A medida que el vehículo avanzaba recogiendo nódulos, creó una columna que eventualmente se extendió más allá del amarre después de una o dos horas. Esta maniobra "drive-by" permitió al equipo monitorear la nube de sedimentos durante una escala de tiempo más larga de varias horas, capturando la evolución de la nube.
Vídeo: Una película del vehículo colector pre-prototipo Patania II entrando, conduciendo y saliendo de la columna de corriente de turbidez baja como parte de una operación de selfie. A modo de escala, el puesto de instrumentación adjunto a la parte delantera del vehículo alcanza unos 3 m por encima del lecho marino. La película se acelera por un factor de 20. Crédito: Global Sea Mineral Resources
Sin vapor
Durante múltiples recorridos del vehículo, Peacock y su equipo pudieron medir y rastrear la evolución de la nube de sedimentos creada por el vehículo de minería en aguas profundas.
"Vimos que el vehículo estaría conduciendo en agua clara, viendo los nódulos en el fondo del mar", dice Peacock. "Y luego, de repente, aparece esta nube de sedimento muy aguda cuando el vehículo ingresa a la columna".
A partir de las vistas de selfies, el equipo observó un comportamiento que fue predicho por algunos de sus anteriores estudios de modelado: El vehículo agitó una gran cantidad de sedimento que era lo suficientemente denso que, incluso después de mezclarse un poco con el agua circundante, generó una nube que se comportó casi como un fluido separado, extendiéndose por su propio peso en lo que se conoce como corriente de turbidez.
Imagen: Ilustración de la nube que se extiende detrás de un vehículo recolector a medida que recoge nódulos polimetálicos.
"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 queda sin vapor", dice Peacock. "Después de eso, las corrientes oceánicas se vuelven más fuertes que la propagación natural, y los sedimentos pasan a ser transportados por las corrientes oceánicas".
En el momento en que el sedimento se deslizó más allá del amarre, los investigadores estiman que del 92 al 98 por ciento del sedimento volvió a asentarse o permaneció a 2 metros del fondo marino como una nube baja. Sin embargo, no hay garantía de que el sedimento siempre permanezca allí en lugar de ir a la deriva más arriba en la columna de agua. Estudios recientes y futuros realizados por el equipo de científicos están investigando 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 cierto tipo de operación de extracción de nódulos", dice Peacock. "La gran conclusión es que existen complejos procesos como las corrientes de turbidez que tienen lugar cuando se realiza este tipo de recolección. Por lo tanto, cualquier esfuerzo por modelar el impacto de una operación de minería en aguas profundas tendrá que tener en cuenta estos procesos".
La investigación aparece en Science Advances: An in situ study of abyssal turbidity-current sediment plumes generated by a deep seabed polymetallic nodule mining preprototype collector vehicle
