Iniciativa de Observatorios Oceánicos
La Iniciativa de Observatorios Oceánicos (OOI) es una importante instalación de investigación de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) compuesta por una red de plataformas y sensores de observación oceánica impulsada por la ciencia en los océanos Atlántico y Pacífico. Esta infraestructura en red mide variables físicas, químicas, geológicas y biológicas desde el fondo marino hasta la superficie del mar y la atmósfera suprayacente, proporcionando un sistema integrado de recopilación de datos a escala costera, regional y mundial. El objetivo de OOI es entregar datos y productos de datos durante un período de más de 25 años, lo que permite una mejor comprensión de los entornos oceánicos y los problemas oceánicos críticos.
Historia
Ya en 1987, la comunidad de las ciencias oceánicas comenzó a debatir sobre la ciencia, los conceptos de diseño y la ingeniería de los observatorios de investigación oceánica, lo que llevó a la formación de la Red Oceánica Internacional (ION) en 1993. [1] El comité nacional de ION se formó en 1995 y luego se expandió al comité Dynamics of Earth and Ocean Systems (DEOS), encargado de proporcionar un enfoque para la planificación exploratoria para una red de observatorios oceánicos. [2] En 2003, la Comisión Pew Oceans recomendó cambios diseñados para mejorar el uso, la administración y el impacto por parte de la sociedad de las costas y los océanos globales. [3] [4]
Impulso para la observación oceánica orientada a la investigación construido con dos estudios del Consejo Nacional de Investigación (NRC) en 2000 y 2003 ("Iluminando el planeta oculto: el futuro de la ciencia del observatorio del fondo marino" [5] y "Habilitación de la investigación oceánica en el siglo XXI" [6 ] ), y una serie de talleres comunitarios. En 2000, la Junta Nacional de Ciencias (NSB) aprobó la OOI como un posible proyecto de Construcción de Instalaciones y Equipos de Investigación Importante para su inclusión en un futuro presupuesto de la Fundación Nacional de Ciencias, lo que permitió esfuerzos de planificación enfocados.
En 2004, la División de Ciencias Oceánicas de la NSF (NSF OCE) estableció la Oficina de Proyectos OOI en el marco de la Red de Observatorios Interactivos de Investigación Oceánica (ORION) para coordinar la planificación adicional de la OOI entre dos grupos independientes pero complementarios, las Instituciones Oceanográficas Conjuntas (JOI) y el Consorcio para el Océano Investigación y Educación (CORE). [7] Posteriormente, la Oficina del Programa hizo la transición únicamente a JOI, que luego se fusionó con CORE para formar el Consorcio para el Liderazgo Oceánico en 2007. En 2005, la Oficina del Proyecto OOI solicitó la ayuda de la comunidad de investigación oceánica para desarrollar el diseño de la red OOI solicitando la Solicitud de Asistencia ( RFA) que dieron como resultado 48 propuestas, que representan los pensamientos e ideas de más de 550 investigadores y participantes directos, y la participación de más de 130 instituciones educativas y de investigación independientes. Utilizando las respuestas del proceso RFA y los resultados de la revisión asociada, la Oficina del Proyecto OOI ORION y el Comité Asesor Científico y Técnico externo desarrollaron un Diseño de Red Conceptual (CND) inicial [8] para la OOI, que luego sirvió como foco en un Taller de Diseño e Implementación de OOI en marzo de 2006.
En agosto de 2006, NSF convocó una Revisión de Diseño Conceptual (CDR) para evaluar la factibilidad técnica y el presupuesto del Proyecto, el Plan de Gestión del Proyecto, incluidos los cronogramas e hitos, y los planes de educación y divulgación. El Panel CDR afirmó que la OOI, como se propuso, transformaría la investigación oceanográfica en las próximas décadas, y que la CND proporcionó un buen punto de partida para desarrollar la red OOI.
Un mayor refinamiento del diseño basado en las mejores prácticas de ingeniería y revisiones financieras hizo que se revisara el CND inicial. La Oficina del Proyecto de la OOI, en colaboración con los comités asesores de la OOI, integrados por miembros de la comunidad sin conflictos, y en consulta con la NSF, generó una CND revisada.
En 2007, el Subcomité Conjunto de Ciencia y Tecnología Oceánicas del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología [9] elaboró una Estrategia de prioridades de investigación oceánica (ORPS), [10] que proporciona un marco de inversión en investigación para mejorar la comprensión de los procesos e interacciones oceánicos que facilitan el uso responsable. del medio marino. La ORPS identificó tres elementos transversales, uno de los cuales es la observación de los océanos para la investigación y la gestión.
A finales de 2007, el proyecto OOI completó su Revisión de diseño preliminar [11] y en 2008 completó su Revisión de diseño de red final que dio como resultado el Diseño de red final. [12] En mayo de 2009, la Junta Nacional de Ciencias autorizó al Director de NSF a otorgar fondos para la construcción y operación inicial de la OOI. En septiembre de 2009, NSF y el Consortium for Ocean Leadership firmaron un Acuerdo de Cooperación [13] que inició la fase de construcción del OOI.
Las ubicaciones de las matrices globales de OOI fueron seleccionadas por un equipo de aproximadamente 300 científicos [14] para apuntar a regiones que estaban submuestreadas y sujetas a condiciones extremas (p. Ej., Fuertes vientos y estados del mar) que eran un desafío para la navegación continua o incluso frecuente. mediciones. Los sitios de estudio global originalmente planeados incluyen amarres instrumentados y planeadores en cuatro ubicaciones: Cuenca Argentina, Mar Irminger, Océano Austral y Estación Papa.
El primer año de financiamiento bajo el Acuerdo de Cooperación apoyó una variedad de esfuerzos de construcción realizados por las Organizaciones de Implementación Marina (Institución Oceanográfica Woods Hole, Universidad de Washington y Universidad Estatal de Oregon), incluida la producción, ingeniería y creación de prototipos de áreas costeras y abiertas clave. componentes oceánicos (amarres, boyas, sensores), adjudicación del contrato de cable del fondo marino primario, finalización de una estación costera para energía y datos, y desarrollo de software para interfaces de sensores a la red. Los años posteriores de financiación apoyaron el diseño, la construcción y el despliegue de sistemas costeros, de aguas profundas y del fondo marino.
El OOI fue encargado y aceptado por la NSF en 2016 y los datos de más de 900 sensores en los siete sitios estuvieron disponibles gratuitamente para su descarga en línea y casi en tiempo real. El presupuesto anual es de aproximadamente $ 44 millones. [15]
En 2018, de acuerdo con algunas de las recomendaciones establecidas en Sea Change: 2015-2025 Decadal Survey of Ocean Sciences, [16] se eliminó la matriz de la cuenca argentina y se redujo el alcance de la matriz del océano austral al amarre de superficie únicamente, lo que fue posteriormente eliminado en 2020. [17] Todos los datos de OOI recopilados en los sitios de la Cuenca Argentina y el Océano Austral continúan apareciendo en el sitio web de OOI.
En octubre de 2018, la oficina de Gestión de Programas de la OOI pasó del Consorcio para el Liderazgo Oceánico a la Institución Oceanográfica Woods Hole. [18]
Estructura organizativa
El Programa OOI es administrado y coordinado por la Oficina del Proyecto OOI en la Institución Oceanográfica Woods Hole (WHOI), con cuatro organizaciones responsables de las operaciones y el mantenimiento de componentes específicos del sistema OOI. [19]
- Woods Hole Oceanographic Institution [20] responsable de los nodos de escala costera y global, que incluye el Coastal Pioneer Array y dos Global Arrays, incluidos sus amarres asociados, vehículos autónomos y sensores.
- La Universidad Estatal de Oregón es responsable de los amarres, vehículos autónomos y sensores de Coastal Endurance Array, y será responsable de la red y los sistemas de CI a partir de agosto de 2021.
- La Universidad de Washington es responsable del Regional Cabled Array, incluidos sus sistemas cableados de fondo marino, amarres y sensores. [21]
- Rutgers, la Universidad Estatal de Nueva Jersey está administrando la Infraestructura Cibernética de OOI hasta septiembre de 2021. En octubre de 2021, WHOI y la Universidad Estatal de Oregon (OSU) anunciaron conjuntamente que OSU asumiría las responsabilidades de Redes y Sistemas de Infraestructura Cibernética después de una transición ordenada de Rutgers.
Temas
Los sitios y plataformas de los componentes de OOI se dirigen a los siguientes procesos científicos clave:
Intercambio océano-atmósfera
Cuantificar el intercambio aire-mar de energía y masa, especialmente durante vientos fuertes (superiores a 20 metros por segundo), es fundamental para proporcionar estimaciones del intercambio de energía y gas entre la superficie y las profundidades del océano y mejorar la capacidad de predicción de la predicción de tormentas. y modelos de cambio climático.
Variabilidad climática, circulación oceánica y ecosistemas
La variabilidad climática afecta la circulación oceánica , los patrones climáticos, el entorno bioquímico del océano y los ecosistemas marinos . Comprender cómo cambian estos procesos en las condiciones actuales y futuras es una motivación clave para recopilar observaciones multidisciplinarias.
Mezcla turbulenta e interacciones biofísicas
La mezcla turbulenta juega un papel fundamental en la transferencia de materiales dentro del océano y en el intercambio de energía y gases entre el océano y la atmósfera. La mezcla horizontal y vertical dentro del océano puede tener un efecto profundo en una amplia variedad de procesos biológicos.
Dinámica y ecosistemas de los océanos costeros
El océano costero alberga una variedad de procesos dinámicos y heterogéneos, incluidas las influencias humanas, que a menudo interactúan fuertemente. Una mejor comprensión de estas relaciones complejas e interrelacionadas y sus impactos ayudará al dominio y la gestión de los recursos costeros en un clima cambiante.
Geodinámica oceánica a escala de placa
Los límites de las placas tectónicas activas influyen en el océano desde perspectivas físicas, químicas y biológicas en diversos grados. Los movimientos e interacciones litosféricos en los límites de las placas en o debajo del lecho marino son responsables de eventos a corto plazo como terremotos , tsunamis y erupciones volcánicas . Estas regiones también albergan la actividad hidrotermal y biológica más densa de las cuencas oceánicas.
Interacciones fluido-roca y la biosfera submarina
La corteza oceánica contiene el acuífero más grande de la Tierra y sustenta una vasta y profunda biosfera . La circulación térmica y la reactividad de los fluidos derivados del agua de mar pueden modificar la composición de las placas oceánicas, conducir a la formación de respiraderos hidrotermales que sustentan comunidades micro y macrobiológicas únicas y concentrar el metano para formar depósitos masivos de hidrato de metano y gas metano . [22]
Componentes
El OOI está compuesto por dos arreglos costeros (Coastal Pioneer Array y Coastal Endurance Array), dos arreglos globales (Global Irminger Sea Array y Global Station Papa Array), el Regional Cabled Array (RCA) y la Cyberinfrastructure. Los datos continúan siendo servidos de los arreglos descontinuados en la Cuenca Argentina y el Océano Austral.
Matrices costeras y globales
Los arreglos costeros brindan un acceso sostenido y adaptable a sistemas costeros complejos. Los arreglos costeros se extienden desde la plataforma continental hasta el talud continental , lo que permite a los científicos examinar los procesos costeros que incluyen el afloramiento , la hipoxia , los frentes de ruptura de la plataforma y el papel de los filamentos y los remolinos en el intercambio entre plataformas. Las tecnologías que recopilan datos en la región costera incluyen boyas amarradas con sensores fijos, perfiladores verticales amarrados, cables del fondo marino , planeadores y vehículos submarinos autónomos .
El observatorio costero incluye un Endurance Array a largo plazo en el Pacífico oriental y un Pioneer Array reubicable en el Atlántico occidental. La Institución Oceanográfica Woods Hole instaló y opera el Pioneer Array. La Universidad Estatal de Oregon instaló y opera el Endurance Array.
Hay dos arreglos globales actualmente en operación (Global Irminger Sea Array y Global Station Papa Array). Se eliminaron las matrices de la Cuenca Argentina y del Océano Austral, pero sus datos permanecen disponibles a través del portal de datos de OOI.
Matriz de pioneros costeros
El Coastal Pioneer Array es una red de plataformas y sensores que operan en la plataforma continental y el talud al sur de Nueva Inglaterra . Un conjunto amarrado se centra en la rotura de la plataforma en Mid-Atlantic Bight al sur de Cape Cod , Massachusetts. En 2024, Coastal Pioneer Array se trasladará al sur de Mid-Atlantic Bight, entre Cape Hatteras y Norfolk Canyon frente a la costa de Carolina del Norte. [23]
Los datos de Coastal Pioneer Array permiten a los científicos examinar cómo los procesos de intercambio estructuran las propiedades físicas, químicas y biológicas sobre la plataforma continental y el talud. [24] El muestreo rápido y continuo a intervalos de horas a días en múltiples escalas espaciales (metros a cientos de kilómetros) proporciona información sobre los procesos oceanográficos que ocurren a través de más de un ciclo estacional o anual.
Motivación científica
El frente de ruptura de la plataforma de Mid-Atlantic Bight es una característica oceanográfica persistente asociada con la batimetría cambiante de la plataforma continental y el talud. La región frontal está influenciada por anillos, meandros y filamentos de la Corriente del Golfo .
La región frontal está asociada con el transporte a lo largo y a través de la plataforma de calor, agua dulce, nutrientes y carbono. Estos flujos controlan la masa de agua y las características del ecosistema en múltiples regiones. Muchos de los procesos a lo largo del frente de ruptura de la plataforma evolucionan rápidamente y ocurren en escalas espaciales cortas. [25]
Diseño
El Pioneer Array proporciona una vista tridimensional de las interacciones biofísicas clave en la rotura del estante utilizando su matriz multiplataforma flexible que combina componentes amarrados y móviles con alta resolución espacial y temporal. El conjunto incluye siete sitios de amarres que se extienden a lo largo de 9 km y a lo largo de 47 km de plataforma continental. Los puntos de amarre se encuentran a una distancia de 9,2 a 17,5 km entre sí. Tres de los siete sitios contienen amarres emparejados. [25] En su ubicación inicial al sur de Cape Cod, el Pioneer está integrado dentro de un sistema de observación regional establecido. Está previsto que el Pioneer Array se mueva de un lugar a otro en intervalos de aproximadamente cinco años para caracterizar los procesos en diferentes entornos oceánicos costeros. [22]
Dos vehículos submarinos autónomos (AUV) muestrean la región frontal en las proximidades de la matriz amarrada y cinco planeadores costeros resuelven características de mesoescala en la plataforma exterior y el mar de la pendiente entre el frente de ruptura de plataforma y la Corriente del Golfo. Dos planeadores perfiladores han actuado como amarres mediante muestreo en un solo punto. Los planeadores monitorean un área total de 185 km por 130 km. Muestreo de misiones AUV nominal en las direcciones a lo largo de plataforma y plataforma transversal en dos rectángulos de 14 km por 47 km. [24]
Matriz de resistencia costera
El Coastal Endurance Array, ubicado en la plataforma continental y el talud frente a Oregon y Washington, proporciona una red a largo plazo de amarres, nodos bentónicos, sensores y planeadores con y sin cable. Es parte de una red más grande de observatorios en la costa del Pacífico que también incluye el OOI Regional Cabled Array, el OOI Global Station Papa Array y la NOAA Pacific Marine Environmental Laboratory (PMEL) Surface Buoy, y los observatorios Ocean Networks Canada .
Motivación científica
La matriz se centra en la observación de patrones interanuales (por ejemplo, El Niño-Oscilación del Sur ) y decenales (por ejemplo, Oscilación decenal del Pacífico ). Los instrumentos examinan la dinámica de las corrientes ascendentes y descendentes impulsadas por el viento, así como la influencia del río Columbia en el ecosistema costero. [26]
Diseño
La matriz consta de dos líneas de amarres, una frente a Newport, Oregon (la Línea Oregon) y la otra frente a Grays Harbor, Washington (la Línea Washington). El sitio para la Línea Oregon fue seleccionado porque está cerca de la histórica Línea Hidrográfica de Newport, a lo largo de la cual se han realizado muestreos oceanográficos regulares desde 1961. El sitio de la Línea Washington fue seleccionado como una línea complementaria hacia el norte. Ambas áreas están influenciadas por la cercana pluma del río Columbia, la mayor fuente de agua dulce de la costa oeste de EE. UU.
Las observaciones de planeadores abarcan 500 km desde el norte de Washington (~ 48 ° N) hasta Coos Bay, Oregon (~ 43 ° N). Los planeadores toman muestras de isóbatas de 20 m entre las líneas de amarre a lo largo de un transecto de norte a sur a 126 ° W y cinco transectos de este a oeste hasta 126 ° W o 128 ° W para los transectos que se cruzan con las matrices. [22] [27] Parte de la infraestructura de la línea Endurance Array Oregon Line se conecta a la red cableada RSN para proporcionar energía y comunicaciones mejoradas para observar los procesos de la columna de agua y del fondo marino. [26]
Matrices globales
Las ubicaciones de las matrices globales fueron seleccionadas por un equipo de científicos (~ 300 personas) [28] basándose en regiones que están submuestreadas y sujetas a condiciones extremas (p. Ej., Fuertes vientos y estados del mar) que son un desafío para los continuos o incluso frecuentes mediciones basadas en barcos. Los sitios de estudio global planeados incluyeron amarres instrumentados y planeadores en cuatro ubicaciones: Cuenca Argentina ; [29] Mar de Irminger ; [30] Océano Austral ; [31] y Station Papa. [32] El Arreglo Global de la Cuenca Argentina y el Arreglo Global del Océano Austral fueron clausurados en 2018 y 2020, respectivamente. Los arreglos globales son desarrollados y operados por Woods Hole y Scripps.
Las observaciones de estas áreas de alta latitud son fundamentales para comprender la circulación oceánica y los procesos de cambio climático. Los arreglos globales incluyen amarres compuestos por sensores fijos y móviles que miden los flujos de calor, humedad e impulso aire-mar, así como las propiedades físicas, biológicas y químicas de la columna de agua. Cada matriz también incluye planeadores para muestrear dentro de la huella de la matriz.
Matriz Global Irminger Sea
Motivación científica
El Global Irminger Sea Array se encuentra en el Atlántico norte, frente al extremo sur de Groenlandia. Los fuertes vientos y las olas generan fuertes interacciones atmósfera-océano, incluidos los intercambios de energía y gas que contribuyen al secuestro de CO 2 y la alta productividad biológica y la pesca de la región. Esta área también es un sitio de formación de aguas profundas del Atlántico norte , importante para la circulación termohalina a gran escala del agua del océano.
Diseño
El Irminger Sea Array incluye un conjunto de cuatro amarres. Con una distancia entre amarres aproximadamente diez veces mayor que la profundidad del agua, la matriz puede recopilar datos sobre la variabilidad de mesoescala. Un sitio de amarre consiste en un amarre emparejado Global Surface y subsuperficial Global Hybrid Profiler. Los otros dos sitios consisten en amarres flanqueantes globales subterráneos. El agua sobre el subsuelo Global Hybrid Profiler Mooring es muestreada por planeadores de perfiles verticales. El agua dentro y alrededor de la matriz es muestreada por planeadores de mar abierto que recopilan datos sobre la variabilidad espacial. Los datos de los planeadores se transmiten de forma inalámbrica a través de un modo acústico a los amarres y a un satélite para su transmisión a los servidores de OOI.La reprogramación inalámbrica de los planeadores y ciertas partes de la matriz también es posible para recopilar datos sobre eventos repentinos o cambios ambientales.[30]
Estación global Papa Array
Motivación científica
La estación global Papa Array está ubicada en el golfo de Alaska al norte de Coastal Endurance y los arreglos cableados regionales. La matriz es parte de una red más grande de observatorios en el Pacífico Nororiental.
Los tres amarres del conjunto están ubicados junto con la boya de superficie Ocean Station Papa, que es mantenida por NOAA PMEL. Esta región es conocida por su pesca productiva y baja variabilidad de remolinos, pero adolece de una vulnerabilidad extrema a la acidificación de los océanos. Las mediciones continuas de propiedades físicas, biológicas y químicas ayudarán a monitorear patrones de mesoescala y gran escala, como la Oscilación Decadal del Pacífico. [32]
Diseño
El Global Station Papa Array es un conjunto de tres amarres. Con una distancia entre amarres aproximadamente diez veces mayor que la profundidad del agua, la matriz puede recopilar datos sobre la variabilidad de mesoescala. A diferencia del diseño del Global Irminger Sea Array, el conjunto Global Station Papa no tiene un amarre de superficie OOI. En cambio, el amarre subterráneo Global Hybrid Profiler Mooring está ubicado junto al amarre de superficie NOAA PMEL en una esquina del triángulo. Similar al Global Irminger Sea Array, las otras dos esquinas están ocupadas por Global Flanking Moorings subsuperficiales. [33]Los amarres se complementan con planeadores de mar abierto que recopilan datos sobre la variabilidad espacial dentro y alrededor de la matriz y planeadores de perfil vertical que muestrean las aguas sobre los amarres subterráneos. Los datos de los planeadores se transmiten de forma inalámbrica a través de un módem acústico desde los amarres a un satélite para su transmisión a los servidores de OOI. El control desde la costa de los planeadores y ciertas partes de la matriz se utiliza para recopilar datos sobre eventos repentinos o cambios ambientales. [32]
Matriz de cableado regional (RCA)
El Regional Cabled Array (RCA) consiste en arreglos cableados de sensores de observación del océano en el Océano Pacífico Noreste. El RCA cruza la placa Juan de Fuca , lo que convierte al RCA en el primer observatorio oceánico de EE. UU. Que abarca una placa tectónica. Sus observaciones permiten el estudio en profundidad de la actividad volcánica, filtraciones de metano, respiraderos hidrotermales y terremotos submarinos, así como procesos biológicos, químicos y físicos en la columna de agua suprayacente.
Las plataformas y los sensores están conectados por aproximadamente 900 kilómetros (560 millas) de cable electro-óptico. El diseño proporciona alta potencia (10 kV, 8 kW) y ancho de banda (10 GbE) a los conjuntos de sensores en el fondo marino y en toda la columna de agua mediante amarres con perfiladores instrumentados de seguimiento de cables, plataformas instrumentadas de 200 my perfiladores con cabrestante. Los cables proporcionan comunicación bidireccional en tiempo real entre el lecho marino y la instrumentación de la columna de agua y la estación costera en Pacific City, Washington. El RCA fue instalado y operado por la Universidad de Washington. [34]
Siete grandes subestaciones del fondo marino (nodos primarios) proporcionan energía y ancho de banda a seis sitios que incluyen los de la plataforma de Oregon y los sitios costa afuera de Endurance Array. Dos sitios adicionales abarcan el margen continental hasta la base del talud. El sitio de la base de la pendiente se encuentra a unos 125 km al oeste de Newport, Oregon y se encuentra a una profundidad de 2900 m. Alberga amarres de perfilado instrumentados y del fondo marino y permite la investigación de la variabilidad y las interacciones de las aguas profundas del océano, la corriente de California y las afloramientos. Proporciona la base para realizar conexiones de transporte cuesta arriba y comprender la conexión de los procesos profundos a superficiales que actúan en el sitio costa afuera de Oregon.
Otros sitios en la RCA se enfocan en Southern Hydrate Ridge , un área de depósitos masivos de hidratos de gas debajo del lecho marino y flujos de metano desde el lecho marino hacia el océano, y Axial Seamount , el volcán más magmáticamente robusto en el centro de expansión de Juan de Fuca Ridge. que estalló en abril de 2011.
El RCA complementa el observatorio cableado NEPTUNE que Ocean Networks Canada opera en la placa norte de Juan de Fuca. Juntos, estos observatorios permiten investigaciones a largo plazo del fondo marino y del océano a escala de placas en el Pacífico nororiental. [35]
Matriz de margen continental cableado
Motivación científica
La porción del Margen Continental de la RCA, ubicada al oeste de Newport, Oregon, se enfoca en observaciones de procesos oceanográficos biogeoquímicos y físicos, ecosistemas costeros, filtraciones de metano / depósitos de hidratos y eventos sísmicos a lo largo de la zona de subducción de Cascadia al oeste de Newport, Oregon.
Las observaciones geofísicas en el sitio Slope Base detectan eventos sísmicos y tsunamis asociados con terremotos a lo largo de la zona de subducción de Cascadia y el campo lejano. Este sitio también contiene infraestructura del fondo marino y amarres con perfiladores instrumentados diseñados para observar las porciones más profundas de la Corriente de California, los procesos biogeoquímicos en la columna de agua suprayacente, incluida la acidificación del océano y las capas delgadas, y el forzamiento topográfico de las aguas oceánicas inducido por una topografía escarpada y accidentada.
Southern Hydrate Ridge se encuentra en una región de depósitos enterrados de hidratos de metano y, más raramente, hidratos expuestos en el lecho marino. Los fluidos ricos en metano y las columnas de burbujas emitidas por estas filtraciones mantienen densas comunidades microbianas bentónicas y pueden proporcionar una fuente de carbono para la columna de agua superior, lo que sustenta a las bacterias oxidantes del metano y organismos más grandes. Como potente gas de efecto invernadero, también es importante cuantificar el metano liberado a la atmósfera. La desestabilización de los hidratos de metano también puede provocar fallas en las pendientes, lo que representa peligros geográficos importantes. Nuevos sonares de visión general y cuantificación financiados por Alemania a través de la Universidad de Bremen, por primera vez, capturan imágenes de todas las columnas de metano que emanan de Southern Hydrate Ridge. [36]
Diseño
Continental Margin Array incluye infraestructura ubicada en el talud continental y la base del talud continental que se conecta a la línea Endurance Array Oregon Line en los sitios costa afuera y Shelf. El sitio de la base del talud de Oregon está ubicado en la zona de subducción de Cascadia, justo al lado del talud continental. El sitio Southern Hydrate Ridge está ubicado en el talud continental. Los cables de fibra óptica proporcionan alimentación y comunicación bidireccional a las cajas de conexiones, que albergan sensores e instrumentos geofísicos como sismómetros e hidrófonos. Las tres cajas de conexiones en Southern Hydrate Ridge incluyen sensores que toman imágenes y miden las columnas de hidrato de metano para ayudar a comprender el movimiento y la química de estos fluidos.Las cajas de conexiones emparejadas con los amarres cableados profundos y superficiales del perfilador en el sitio de la base de la pendiente toman observaciones a lo largo de la columna de agua desde el fondo marino hasta la superficie del océano.[37] La infraestructura del fondo marino incluye un sismómetro de banda ancha y un hidrófono de baja frecuencia para monitorear eventos sísmicos locales y de campo lejano. Toda la infraestructura está conectada al cable para la alimentación y el flujo de datos en tiempo real junto con comunicaciones en vivo que permiten capacidades de respuesta a eventos. Los hidrófonos de banda ancha en los amarres desde Axial hasta el sitio de la plataforma de Oregon delinean las vocalizaciones de los mamíferos y los sonidos producidos por las actividades humanas. [38]
Matriz de montes submarinos axiales cableados
Motivación científica
La porción del monte submarino Axial de la RCA se encuentra a más de 500 km de la costa e incluye sitios ubicados dentro de la caldera del monte submarino Axial y en su base. El monte submarino Axial es un volcán submarino activo y se encuentra en el centro de expansión de la Cordillera Juan de Fuca .
El sitio Axial Caldera está ubicado en la cima del monte submarino 1500 m debajo de la superficie del mar. El observatorio del monte submarino Axial es el observatorio volcánico submarino más avanzado del mundo. La instrumentación en el arreglo de montes submarinos axiales cableados facilita el estudio de la actividad sísmica, erupciones volcánicas, respiraderos hidrotermales , formación y alteración de la corteza oceánica , y cómo la temperatura y los cambios químicos asociados con la actividad volcánica afectan a las comunidades microbianas y macrofaunales. [39]
La infraestructura dentro de la caldera también se ha incrementado con instrumentos con fondos de la NSF , la Oficina de Investigación Naval y la NASA . Estos instrumentos abarcan amplias investigaciones científicas sobre la deformación de la corteza en el volcán con estudios de seguimiento centrados en los terremotos de la zona de subducción de Cascadia . Los nuevos instrumentos financiados por la NASA también proporcionarán información sobre la búsqueda de vida en otros planetas. [40]
El sitio de la Base Axial es un entorno de mar abierto donde la Corriente del Pacífico Norte / Corriente de California interactúa con el giro subpolar, lo que hace de este sitio un lugar importante donde se transportan el calor, la sal, los gases y la biota. La recopilación de datos tiene como objetivo encontrar conexiones entre la dinámica oceánica, los ecosistemas y el clima en una variedad de escalas, desde la cuenca hasta el nivel regional. [39]
Diseño
El sitio de Axial Caldera tiene cinco cajas de conexiones de potencia media que contienen instrumentos de recolección de datos. Los sismómetros e hidrófonos recogen datos geofísicos. Los dispositivos de inclinación por presión detectan cambios en la altura y el ángulo del fondo marino asociados con el inflado y desinflado de las cámaras de magma. Se utilizan varios tipos de instrumentos, incluidas cámaras, sensores y una matriz de termistor 3D para estudiar los respiraderos hidrotermales.
En el sitio de la Base Axial, las cajas de conexiones se emparejan con un amarre de perfilador profundo cableado y un amarre perfilador de perfil superficial cableado. El amarre del perfilador profundo cableado contiene un perfilador de seguimiento de cables que muestrea la columna de agua desde 150 m por debajo de la superficie hasta cerca del fondo (hasta 2600 m, dependiendo de la profundidad del agua). El amarre Cabled Shallow Profiler toma muestras de aguas poco profundas (200 m hasta justo debajo de la superficie) con un módulo científico instrumentado. La infraestructura del fondo marino, como un sismómetro de banda ancha y un hidrófono de baja frecuencia, permite a la RCA monitorear eventos sísmicos locales y de campo lejano.
Los cables de fibra óptica proporcionan alimentación y comunicación bidireccional en tiempo real a los instrumentos desde la costa. La comunicación en vivo permite capacidades de respuesta a eventos. [39]
Ciberinfraestructura
La Cyberinfrastructure (CI) de OOI gestiona e integra datos de más de 800 instrumentos desplegados en los cinco conjuntos oceánicos en curso, vinculando la infraestructura marina con la comunidad global de usuarios.
Los datos brutos de los arreglos se transmiten a los centros de operaciones ubicados en Pacific City (Regional Cabled Array), Oregon State University (instrumentos sin cable en la costa del Pacífico) o Woods Hole Oceanographic Institution (instrumentos sin cable en la costa atlántica). Luego, los datos se cargan en el OOI CI. [41]
El OOI CI ha estado en funcionamiento desde 2013. En mayo de 2020, ha recopilado y curado 36 terabytes de datos y ha atendido más de 189 millones de solicitudes a usuarios de más de 100 países. [42] Todos los conjuntos de datos sin procesar y procesados están disponibles en línea para los usuarios y un archivo completo de todos los conjuntos de datos sin procesar se almacena en múltiples ubicaciones. Los procedimientos de control de calidad de los datos OOI se diseñaron con el objetivo de cumplir con los estándares de garantía de calidad de los datos oceánicos en tiempo real (QARTOD) de IOOS.
El Explorador de datos de OOI es la herramienta principal para acceder a los conjuntos de datos. Los datos anteriores del portal de datos de OOI están en proceso de ser transferidos al portal de Data Explorer. El acceso a los datos y subconjuntos de datos también está disponible a través del Archivo de datos sin procesar , el Archivo de datos analíticos , el servidor del Programa de acceso a datos de la División de Investigación Ambiental de OOI (ERDDAP) y la Interfaz API OOI Máquina a Máquina (M2M) .
Referencias
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enlaces externos
- Sitio web de la iniciativa Ocean Observatories
- Universidad Estatal de Oregon - OOI Endurance Array
- Universidad de Washington - Componente regional de OOI
- Junta de Instalaciones de Observatorios Oceánicos
- Oceanografía
- Oceanografía física
- Ciberinfraestructura
