Gli scienziati immaginano una "Internet dell'oceano", con sensori e veicoli autonomi in grado di esplorare le profondità marine e monitorarne i segni vitali

In profondità sotto la superficie dell'oceano, la luce sfuma in una zona crepuscolare dove balene e pesci migrano e alghe morte e zooplancton piovono dall'alto.Questo è il cuore della pompa di carbonio dell’oceano, parte dei processi oceanici naturali che catturano circa un terzo di tutta l'anidride carbonica prodotta dall'uomo e la sprofondano nelle profondità del mare, dove rimane per centinaia di anni.

Potrebbero esserci modi per migliorare questi processi in modo che l’oceano estragga più carbonio dall’atmosfera per contribuire a rallentare il cambiamento climatico.Eppure si sa poco sulle conseguenze.

Pietro de Menocal, a paleoclimatologo marino e direttore della Woods Hole Oceanographic Institution, hanno discusso recentemente della rimozione del biossido di carbonio dagli oceani TEDxBoston: Gestione planetaria evento.In questa intervista, approfondisce i rischi e i benefici dell’intervento umano e descrive un piano ambizioso per costruire una vasta rete di monitoraggio di sensori autonomi nell’oceano per aiutare l’umanità a comprenderne l’impatto.

Innanzitutto, cos’è la rimozione dell’anidride carbonica dagli oceani e come funziona in natura?

L'oceano è come una grande bevanda gassata.Anche se non frizza, lo fa circa 50 volte più carbonio che l'atmosfera.Quindi, per estrarre il carbonio dall’atmosfera e immagazzinarlo in un posto dove non continui a riscaldare il pianeta, l’oceano è il il posto più grande in cui può andare.

La rimozione del biossido di carbonio dagli oceani, o CDR oceanico, sfrutta la capacità naturale dell’oceano di assorbire carbonio su larga scala e lo amplifica.

Il carbonio entra nell’oceano dall’atmosfera in due modi.

Nel primo, l'aria si dissolve nella superficie dell'oceano.I venti e le onde che si infrangono la mescolano nel mezzo miglio superiore o giù di lì, e poiché l'acqua di mare è leggermente alcalina, l'anidride carbonica viene assorbita nell'oceano.

Il secondo riguarda la pompa biologica.L’oceano è un mezzo vivente: contiene alghe, pesci e balene, e quando il materiale organico viene mangiato o muore, viene riciclato.Piove attraverso l'oceano e si fa strada verso la zona crepuscolare dell'oceano, un livello compreso tra 650 e 3.300 piedi (da 200 a 1.000 metri circa) di profondità.

La zona crepuscolare dell'oceano sostiene l'attività biologica negli oceani.È il “suolo” dell’oceano dove il carbonio organico e i nutrienti si accumulano e vengono riciclati dai microbi.È anche sede della più grande migrazione animale del pianeta.Ogni giorno trilioni di pesci e altri organismi migrano dalle profondità alla superficie per nutrirsi di plancton e tra loro, per poi ridiscendere, agendo come una grande pompa di carbonio che cattura il carbonio dalla superficie e lo devia negli oceani profondi dove viene smaltito. viene immagazzinato lontano dall'atmosfera.

Perché il CDR oceanico sta attirando così tanta attenzione in questo momento?

La frase più scioccante che ho letto nella mia carriera è stata in Sesto rapporto di valutazione del Gruppo intergovernativo sui cambiamenti climatici, pubblicato nel 2021.Abbiamo ritardato l’azione sul cambiamento climatico per così tanto tempo che la rimozione del biossido di carbonio dall’atmosfera è ora necessaria per tutti i percorsi volti a mantenere il riscaldamento globale. sotto 1,5 gradi Celsius (2,7 F).Oltre a ciò, gli impatti del cambiamento climatico diventano sempre più pericolosi e imprevedibili.

A causa del suo volume e del potenziale di stoccaggio del carbonio, l’oceano è davvero l’unica freccia nella nostra faretra che ha la capacità di assorbire e immagazzinare carbonio nella scala e nell’urgenza richieste.

Un 2022 rapporto delle accademie nazionali ha delineato una strategia di ricerca per la rimozione dell’anidride carbonica dagli oceani.I tre metodi più promettenti esplorano tutti modi per migliorare la capacità naturale dell’oceano di assorbire più carbonio.

Il primo è miglioramento dell’alcalinità dell’oceano.Gli oceani sono salati: sono naturalmente alcalini, con a pH di circa 8,1.L’aumento dell’alcalinità attraverso la dissoluzione di alcune rocce e minerali in polvere rende l’oceano una spugna chimica per la CO2 atmosferica.

Un secondo metodo aggiunge micronutrienti alla superficie dell’oceano, in particolare ferro solubile.Quantità molto piccole di il ferro solubile può stimolare una maggiore produttività, o crescita di alghe, che aziona una pompa biologica più vigorosa.Sono stati fatti più di una dozzina di questi esperimenti, quindi sappiamo che funziona.

Il terzo è forse il più facile da capire: coltivare alghe nell'oceano, che cattura il carbonio in superficie attraverso la fotosintesi, quindi lo imballa e lo affonda nelle profondità dell'oceano.

Ma tutti questi metodi presentano degli svantaggi per l’uso su larga scala, inclusi costi e conseguenze impreviste.

Non sto sostenendo nessuno di questi, né il CDR oceanico più in generale.Ma credo che sia essenziale accelerare la ricerca per comprendere l’impatto di questi metodi.L’oceano è essenziale per tutto ciò da cui dipendono gli esseri umani: cibo, acqua, riparo, raccolti, stabilità climatica.È il polmoni del pianeta.Dobbiamo quindi sapere se queste tecnologie basate sugli oceani per ridurre l’anidride carbonica e il rischio climatico sono fattibili, sicure e scalabili.

Hai parlato di costruire una “internet dell’oceano” per monitorare i cambiamenti lì.Cosa comporterebbe?

L’oceano sta cambiando rapidamente ed è il più grande ingranaggio del motore climatico della Terra, ma non abbiamo quasi nessuna osservazione dell’oceano sotterraneo per capire come questi cambiamenti stanno influenzando le cose a cui teniamo.Praticamente stiamo volando alla cieca a momento in cui abbiamo più bisogno di osservazioni.Inoltre, se dovessimo provare una qualsiasi di queste tecnologie di rimozione del carbonio su qualsiasi scala proprio adesso, non saremmo in grado di misurare o verificare la loro efficacia o valutare gli impatti sulla salute degli oceani e sugli ecosistemi.

Quindi, stiamo conducendo un'iniziativa presso la Woods Hole Oceanographic Institution per costruire il la prima Internet al mondo per l’oceano, chiamato il Rete dei segni vitali dell'oceano.Si tratta di una vasta rete di ormeggi e sensori che fornisce occhi 4D sugli oceani – la quarta dimensione è il tempo – sempre attivi, sempre connessi per monitorare questi processi di riciclaggio del carbonio e la salute degli oceani.

In questo momento, ce n'è circa uno sensore oceanico nel programma globale Argo per ogni pezzo di oceano grande quanto il Texas.Questi vanno su e giù come bastoncini a molla, misurando principalmente la temperatura e la salinità.

Immaginiamo un hub centrale nel mezzo di un bacino oceanico dove una fitta rete di alianti intelligenti e veicoli autonomi misura le proprietà degli oceani, incluso il carbonio e altri segni vitali della salute dell’oceano e del pianeta.Questi veicoli possono attraccare, ripotenziarsi, caricare i dati raccolti e uscire per raccoglierne altri.I veicoli condividerebbero informazioni e prenderebbero decisioni di campionamento intelligenti mentre misurano la chimica, la biologia e il DNA ambientale per un volume dell’oceano che è realmente rappresentativo di come funziona l’oceano.

Avere questo tipo di rete di veicoli autonomi, in grado di ritornare e ricaricarsi in mezzo all’oceano grazie all’energia del moto ondoso, solare o eolica nel sito di ormeggio e inviare dati a un satellite, potrebbe lanciare una nuova era di osservazione e osservazione degli oceani. scoperta.

Esiste la tecnologia necessaria per questo livello di monitoraggio?

Stiamo già facendo gran parte di questo sviluppo ingegneristico e tecnologico.Ciò che non abbiamo ancora fatto è cucire tutto insieme.

Ad esempio, abbiamo un team con cui lavora laser a luce blu per comunicare nell'oceano.Sott’acqua non è possibile utilizzare le radiazioni elettromagnetiche come fanno i cellulari, perché l’acqua di mare è conduttiva.Invece, devi usare il suono o la luce per comunicare sott'acqua.

UN comunicazioni acustiche il gruppo lavora su tecnologie sciamanti e comunicazioni tra veicoli vicini.Un altro gruppo lavora su come attraccare i veicoli ormeggi in mezzo all'oceano.Un altro è specializzato nella progettazione di ormeggi.Un altro sta costruendo sensori chimici e fisici che misurano le proprietà dell’oceano e il DNA ambientale.

Un esperimento nel Nord Atlantico chiamato Progetto Zona crepuscolare dell'oceano immaginerà il funzionamento più ampio dell’oceano su una grande porzione di spazio immobiliare alla scala alla quale funzionano effettivamente i processi oceanici.

Avremo ricetrasmettitori acustici in grado di creare nel tempo un'immagine 4D di queste regioni oscure e nascoste, insieme ad alianti, nuovi sensori che chiamiamo "servitori" che guarderanno l'oceano flusso di carbonio, nutrienti e cambiamenti di ossigeno. “Servi" sono fondamentalmente sensori delle dimensioni di una bottiglia di soda che scendono a una profondità fissa, diciamo 1.000 metri (0,6 miglia), e utilizzano essenzialmente la fotocamera di un iPhone rivolta verso l'alto per scattare foto di tutto il materiale che galleggia attraverso la colonna d'acqua.Ciò ci consente di quantificare la quantità di carbonio organico che si sta facendo strada in queste antiche, fredde acque profonde, dove può rimanere per secoli.

Per la prima volta potremo farlo vedere quanto è irregolare la produttività nell’oceano, come il carbonio arriva nell’oceano e se possiamo quantificare tali flussi di carbonio.

Questo è un punto di svolta.I risultati possono aiutare a stabilire l’efficacia e le regole di base per l’utilizzo del CDR.È un selvaggio West là fuori: nessuno guarda gli oceani o presta attenzione.Questa rete rende possibile l’osservazione per prendere decisioni che influenzeranno le generazioni future.

Credi che il CDR oceanico sia la risposta giusta?

L’umanità non ha molto tempo per ridurre le emissioni di carbonio e abbassare le concentrazioni di anidride carbonica nell’atmosfera.

Il motivo per cui gli scienziati stanno lavorando così diligentemente su questo non è perché siamo grandi sostenitori del CDR, ma perché sappiamo che gli oceani potrebbero essere in grado di aiutare.Con un’internet oceanica di sensori, possiamo davvero capire come funziona l’oceano, compresi i rischi e i benefici del CDR oceanico.

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