Ciencia en remojo > Reportajes > Planeadores submarinos

Reportaje: Planeadores submarinos

sábado, 1 junio, 2013

Los gliders, unos pequeños vehículos autropopulsados llamados a revolucionar la investigación oceanográfica

Slocum
Un glider Slocum operado por la NOAA comienza su inmersión / Foto: Teledyne Webb Research

Mediante pequeños cambios en su flotación, los gliders generan desplazamientos verticales, que con ayuda de unas alas se convierten en oblicuos. Cada cierto tiempo el glider se asoma a la superficie y envía vía satélite todos los datos oceanográficos que recogen sus sensores. Tienen una autonomía de meses y un recorrido de miles de kilómetros lo que les permite recorrer los lugares más remotos del planeta con un coste muy bajo. Estos pequeños vehículos autopropulsados están llamados a revolucionar la investigación oceanográfica.

El océano es un medio hostil para el ser humano. Ocupa tres cuartas partes del planeta, es clave en la regulación del clima y alberga valiosos recursos fundamentales para nuestra supervivencia y, sin embargo, nuestra fisiología nos hace incompatibles. Esto ha fomentado a lo largo de la historia nuestra habilidad para desarrollar instrumentos con los que aproximarnos a sus misterios y, desde que se tallaran los primeros anzuelos y construyeran las primeras balsas, la exploración primero y la investigación marina más tarde, han estado ligadas irremediablemente al desarrollo de la técnica.

La oceanografía moderna nació en 1872, como no, ligada a la tecnología, al buque Challenger, que realizaría la primera expedición de la historia. Durante cuatro años, esta corveta de guerra británica, transformada en el primer buque oceanográfico, se dedicó a recoger datos por los océanos de todo el mundo, incluyendo medidas de la temperatura, la química marina, las corrientes, la vida del océano y la geología del fondo.

Desde entonces los buques oceanográficos han sido los protagonistas de esta joven ciencia. La campaña oceanográfica, realizada de una forma sistemática, ha sido hasta hace poco la única forma de obtener series de datos largas de las principales variables que permiten estudiar la dinámica del océano. Sin embargo, en las últimas décadas han ido apareciendo nuevos instrumentos capaces de estudiar los mares más remotos: la altimetría por satélite, boyas y fondeos equipados con sensores, vehículos no tripulados,… Pero de momento, todos estos métodos de muestreo no dejan de ser complementos de las campañas oceanográficas clásicas, las cuales siguen siendo la fuente principal de información oceánica.

Gliders

Uno de estos nuevos métodos está presentando un desarrollo de vértigo en los últimos años y ya está sustituyendo a los buques oceanográficos en cierto tipo de misiones. Hablamos de los gliders, unos vehículos autónomos (AUV) que se autopropulsan mediante pequeños cambios en su flotación, lo que les permite generar desplazamientos verticales que, gracias a unas alas, se convierten en un movimiento hacia delante, un recorrido en forma de dientes de sierra, durante el cual sus sensores van recopilando información que envían por satélite cada vez que llegan a superficie. El consumo energético de estos aparatos es mínimo, lo que les permite recorrer miles de kilómetros durante meses y aportar datos a escalas espacio-temporales impensables con otros vehículos autónomos y con unos costes muy bajos en comparación con las tradicionales campañas a bordo de buques.

Cómo funcionan

Los gliders se controlan remotamente con la ayuda de ajustes periódicos vía GPS, sensores de presión e inclinación y brújulas magnéticas. La flotabilidad se controla a través de un pistón que introduce o extrae agua de un compartimento, o bien moviendo aceite desde el interior del aparato a una vejiga externa, según el modelo. La dirección se dirige con un timón en unos casos, y moviendo un lastre interno que provoca el balanceo del aparato en otros. La profundidad máxima que ha alcanzado un glider es de 6.000 metros pero la mayoría suelen trabajar en torno a 1.000. Cuando alcanzan esa profundidad, cambian su flotabilidad y continúan planeando hasta alcanzar la superficie, momento en el cual transmiten vía satélite toda la información recopilada en el trayecto para volver a sumergirse un momento después.

La mayoría de modelos de gliders incorporan un CTD para medir salinidad, temperatura y profundidad; un doppler acústico para medir la velocidad y dirección de las corrientes; sensores de oxígeno y turbidez; y un fluorómetro para estimar la cantidad de clorofila.

La flota de gliders

Henry Stommel, uno de los oceanógrafos físicos más influyentes de la historia, fue el primero en imaginar los primeros gliders. En 1989 escribió un artículo de ciencia ficción en el que imaginaba un futuro cercano en el que los océanos estaban repletos de estos vehículos. Hablaba en su artículo de un océano con más de 1.000 gliders surcando sus aguas. La mitad dirigidos a un programa rutinario de observación hidrográfica, “lo mismo que hace la meteorología en la atmósfera”, explicaba. “Medirían temperatura, salinidad, oxígeno, nutrientes y cualquier otro parámetro geoquímico para el que hubiera sensores. La otra mitad de los gliders se dedicarían a programas con fines puramente científicos que contratarían los académicos con los operadores”.

Veinte años después nos acercamos a ese modelo que describía Stommel, aunque con unos años de retraso, pues ese mundo surcado de gliders lo imaginaba en 1996. En la actualidad, según Teledyne Webb Research, uno de los principales fabricantes, se han vendido 335 de estos vehículos. Algunos estarán surcando los océanos, pero muchos estarán en talleres y laboratorios… Y es que ésta es una tecnología muy nueva y aún queda mucho para establecer el sistema de monitorización mundial que imaginaba Stommel.

Científicos del Costal Ocean Observation Lab de la Universidad de Rutgers (RU COOL), en colaboración con empresas, instituciones y otras universidades de todo el mundo, llevan desde 2009 implementando una red mundial de operadores de gliders. Inspirados en el viaje del Challenger de 1872, pretenden recorrer las rutas que hizo este buque a lo largo de todo el mundo pero de una forma sistemática, gracias a esta tecnología. Su objetivo es operar 16 gliders en los próximos años que funcionen simultáneamente en todos los océanos.

Este proyecto, conocido como Challenger Glider Mission, comenzó después de que en diciembre de 2009, el mismo equipo científico, lograra completar la primera misión transoceánica con un glider. El RU27 –como se bautizó a este submarino- llegó a Galicia desde Nueva Jersey tras 240 días de navegación, convirtiéndose en un hito histórico para esta tecnología.

glider_crossing

Recorrido seguido por RU27 durante la primera misión transoceánica completada por un glider / Foto: RU COOL

Tras este logro se puso en marcha la Challenger Glider Mission y su primer vehículo tubo –y tiene- acento español. Se llama Silbo, en honor al ancestral lenguaje por medio de silbidos que se practica en la isla canaria de la Gomera, y partió de Islandia en junio de 2011 con el objetivo de completar el gran giro del Atlántico Norte. Después de más de año y medio de navegación, Silbo paró en Azores, continuó hasta Canarias, cruzó Cabo Verde y ahora mismo se encuentra rumbo a las Antillas. El segundo glider de la misión, el RU29, acaba de comenzar el mismo recorrido pero en el otro hemisferio. Salió de Sudáfrica el pasado 11 de enero con dirección al norte, se cruzará de orilla antes de alcanzar el ecuador, pondrá rumbo al sur hasta llegar a la península antártica y finalmente volverá a Sudáfrica.

“El objetivo de estas primeras misiones transoceánicas es definir las rutas que seguirán las misiones operacionales futuras”, explica Antonio González Ramos, científico de la Universidad de Las Palmas y líder del equipo de pilotos del proyecto. “Nuestro objetivo es cruzar por primera vez los tres océanos y crear las bases para futuras misiones cotidianas y automáticas con gliders. Es como los primeros años de la carrera espacial cuando se lanzaban instrumentos y se testeaban sus capacidades, errores, posibles averías, trayectorias que deberían seguir,… Nos encontramos en esa fase”, apunta González Ramos.

El científico canario, que el 1 de mayo recogerá el premio RU COOL al logro técnico por su trabajo con esta tecnología, es uno de los principales colaboradores del proyecto.

Silbo está batiendo todos los récords de navegación autónoma en este tipo de vehículos. Desde que se lanzase en aguas canarias el 24 de julio de 2012, el glider ha navegado durante más de 250 días y ha recorrido más de 5.600 kilómetros, y, si sumamos los transectos previos desde que salió de Islandia, son ya más de 11.000 kilómetros de misión.

Los datos que ha aportado Silbo son de un valor incalculable. Cruzó la célula convectiva al sur de Islandia, donde se forman en superficie las masas de agua profunda y da comienzo la circulación termohalina, uno de los motores fundamentales del clima del planeta. En su camino al sur, se encontró con la estela de dos huracanes –Katia e Irene-, que volaban nuevamente hacia Europa, tras azotar la costa americana. “Ver los efectos en el agua de estos fenómenos fue espectacular”, comenta González Ramos. “Pudimos observar cómo se enfriaba súbitamente la columna de agua al paso de los huracanes, y esto con olas en superficie de hasta 8 metros”, explica el científico.

Tras cruzar el frente de azores, llegando a las islas Canarias, Silbo delató la presencia de eddies profundos entre los 700 y los 1000 metros de profundidad que procedían del Mediterráneo, sobrevoló sistemas de remolinos en superficie que se agrupaban formando sistemas en los que un giro frío se rodeaba de cálidos y viceversa, reportó las primeras trazas del agua intermedia de procedencia antártica antes de llegar a Canarias y, ahora, camino de la costa americana, está mostrando la gran influencia del agua amazónica en el océano.

Cuando complete su misión, Silbo habrá recorrido cerca de 20.000 kilómetros durante unos dos años y medio aportando una cantidad de datos científicos de incalculable valor, una información que está disponible en abierto en la página web y en el blog del proyecto.

Una de las principales ventajas de los gliders es la alta resolución espacio-temporal a la que trabajan. Silbo, por ejemplo, está programado para subir y bajar a 1000 metros de profundidad cada 10 horas durante las que recorre 2 kilómetros. Esto, sumado a la enorme autonomía que tienen, convierte a estas máquinas en unos excelentes observadores del océano.

El principal problema de esta tecnología es su limitación en cuanto a las variables que es capaz de medir. Los vehículos de la Challenger Glider Mission van equipados solamente con un CTD que mide salinidad, temperatura y profundidad. Existen otros sensores que pueden portar los gliders pero estos aumentan su consumo, y su autonomía por tanto se reduce considerablemente, por lo que solo se utilizan en misiones de corta duración.

El próximo año, a Silbo y RU29 se unirán dos nuevas unidades que surcarán el océano Pacífico, y para 2015 de prevé que se lance otro glider más en el océano Índico.

Misiones a escala regional 

La dinámica del océano se manifiesta a diferentes escalas espaciales y temporales. Las misiones transoceánicas ofrecen una información muy valiosa sobre los grandes giros oceánicos y otros procesos de gran escala, pero si hacemos un zoom o nos aproximamos a la costa, aparecen estructuras oceanográficas con una variabilidad mayor que requieren de un estudio a otra resolución. Y aquí los gliders también juegan un papel cada vez más importante.

En España existen dos instituciones que operan gliders: la Plataforma Oceánica de Canarias (PLOCAN) y el Sistema de Observación y Predicción Costera de las Islas Baleares (SOCIB), dos Infraestructuras Científico-Tecnológicas Singulares (ICTS) que se dedican a la puesta a punto de tecnologías para la observación y monitorización de los océanos.

SOCIB lleva más tiempo en funcionamiento y su gestión -en cuanto a los gliders- se asemeja mucho al escenario que imaginaba Stommel en su artículo de 1989, pero a pequeña escala. Operan una flota de siete glider -cuatros son suyos y tres del Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (IMEDEA), un centro mixto de la Universidad de Baleares y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)-, cinco del modelo Slocum y dos Seaglider.

glider polar

Los glider facilitan el acceso a lugares poco accesibles para los buques oceanográficos / Foto: Ben Allsup

En los últimos años SOCIB ha establecido una serie de transectos fijos que repiten varias veces al año y cuyos datos publican en su web en acceso libre para la comunidad científica. Concretamente, desde 2012 sus glider recorren los 42 kilómetros que separan las islas de Mallorca e Ibiza y los casi 80 que separan esta última de la costa valenciana, lo que se conoce como los canales de Mallorca e Ibiza. “SOCIB ha adquirido el compromiso de realizar estos transectos cada 2 meses en este año 2013 y cada mes, si todo va bien, en 2014 y en adelante”, explica Marc Torner, técnico de gliders de SOCIB.

Estos trayectos fijos los paga la institución, que está financiada al 50 por ciento por el Ministerio de Economía y Competitividad y el Gobierno de las Islas Baleares, pero, por otra parte, SOCIB posee otros gliders que están disponible para que cualquier científico pueda contratar sus servicios y diseñar una misión a su gusto.

“Desde SOCIB nos encargamos de la gestión integral de la flota: desde la logística, hasta el mantenimiento, pasando por la configuración y el pilotaje, y, por supuesto, de la descarga de los datos y de ofrecerlos en un formato estandarizado en nuestra web para que cualquier científico los pueda utilizar”, apunta Torner.

En la actualidad SOCIB está llevando a cabo una de estas misiones por encargo. Se trata de volar varias veces al año el canal que separa las islas de Menorca y Cerdeña, una misión que se enmarca dentro del proyecto europeo JERICO, que lidera el CNR italiano. El pasado mes de marzo terminaba el primer transecto. En 44 días de navegación el glider salió de Menorca, llegó a la costa de Cerdeña y volvió a Baleares. Durante las 450 millas náuticas que separan las islas se tomaron datos de múltiples parámetros físico-químicos bajo unas condiciones meteorológicas en las que un buque no podría haber operado.

En este tipo de misiones en las que la distancia no es limitante, los gliders van completamente equipados con todos los sensores disponibles. Además del CTD, que mide salinidad, temperatura y profundidad; el vehículo porta un sensor para medir la saturación de oxígeno en el agua, un fluorómetro para estimar la cantidad de clorofila y un sensor de turbidez para medir las partículas en suspensión.

Simón Ruiz es oceanógrafo del IMEDEA y desde hace unos años trabaja con datos de glider. “Esta tecnología nos ha aportado una nueva visión del océano. Nos ofrece una mayor resolución tanto espacial como temporal, lo que nos permite estudiar estructuras más pequeñas que hasta ahora no podíamos ver con otros métodos de muestreo convencionales”.

Uno de los principales trabajos que ha publicado Ruiz con datos de glider ha sido precisamente gracias a la información de los transectos que SOCIB opera en el canal de Ibiza. Gracias a la periodicidad y resolución de estas misiones, este científico y su equipo observaron en cuestión de días, procesos que se creía que ocurrían con una variabilidad anual.

Hasta ahora se pensaba que en verano había un transporte de agua en un sentido y en invierno en el otro pero ahora han descubierto procesos de menor escala que son capaces de bloquear la circulación en el canal y hacer que el agua que fluía hacia el sur se vea forzada a recircular al norte de las islas.

“Es un resultado importante ya que significa que estamos encontrando una variabilidad en el océano mucho más alta de lo que pensábamos, lo que podría influir en la respuesta del ecosistema”, explica Ruiz. Y es que en esta zona de los canales de Baleares, donde se intercambian las aguas más recientes que vienen del Atlántico con las aguas más mezcladas y antiguas que vienen del norte, se encuentra una de las zonas de puesta de atunes más importantes del océano. “Ahora se está estudiando la implicación de esta mayor variabilidad en el transporte de agua en estos procesos biológicos, pero todavía es un tema incipiente”, apunta Ruiz.

PLOCAN por su parte, además de colaborar con la Universidad de Rutgers en la Challenger Glider Mission, está implementando también un transecto fijo con esta tecnología. Cada tres meses vuelan un glider desde la isla de Gran Canaria hasta al observatorio oceánico que tienen instalado a 60 millas al norte del archipiélago. Los datos no están en su web pero pueden solicitarse sin coste poniéndose en contacto con PLOCAN.

La ICTS canaria posee tres glider: un Slocum, un Seaglider y un Spray. Operan los tres modelos indistintamente, los cuales utilizan además para impartir la docencia de su Escuela Internacional de gliders, uno de los mejores lugares de Europa para aprender a pilotar y utilizar uno de estos vehículos. “Son tecnologías muy específicas que requieren de un aprendizaje especializado. Aunque son unidades comerciales no dejan de ser prototipos en desarrollo, con lo cual siempre hay alguna cosa nueva que ni siquiera el fabricante ha tenido en cuenta, y por tanto es necesario mucha práctica”, explica Carlos Barrera, jefe de la flota de glider de PLOCAN y uno de los responsables de la Gliders School.

Además de este transecto fijo, PLOCAN lleva desde 2008 participando de forma activa en la puesta a punto de esta tecnología, colaborando con empresas e instituciones extranjeras poniendo a prueba las máquinas y los sensores.

Por otra parte, al igual que SOCIB, PLOCAN también trabaja por encargo para científicos interesados en utilizar esta tecnología en sus estudios. Entre sus usuarios está Pedro Vélez, investigador del Centro Oceanográfico de Canarias del Instituto Español de Oceanografía (IEO).

Vélez y su equipo llevan desde 2006 realizando una radial profunda al norte de las islas Canarias con el objetivo principal de estudiar el transporte de calor y masa del bucle latitudinal en esta zona, así como su interacción con el afloramiento. Para ello, al menos una vez al año llevan a cabo una campaña oceanográfica en la que recorren unas 1200 millas náuticas analizando, en más de 20 estaciones de muestreo de 0 a 5000 metros de profundidad, unos 40 parámetros físico-químicos y biológicos como temperatura, conductividad, presión, velocidad de la corriente, oxígeno disuelto, nutrientes, pH, alcalinidad, carbono inorgánico total, fluorescencia, zooplancton, fitoplancton y bacterias, etc. Este proyecto, conocido como RAPROCAN (RAdial PROfunda de CAnarias), da continuidad y estabilidad a las observaciones iniciadas en los años 90 por otros proyectos nacionales e internacionales en estas aguas.

En este contexto PLOCAN y el IEO van a comenzar una colaboración para complementar estas campañas oceanográficas con datos de glider. “Queremos ver qué ocurre entre campaña y campaña y reducir así el coeficiente ruido-señal de nuestra serie de datos con las medidas de los gliders. A las radiales con barco de febrero y agosto se añadirían cuatro muestreos más al año con estos vehículos”, explica Vélez.

Todavía no hay una fecha para la primera misión y al principio no se realizará la radial completa hasta que esta tecnología esté bien implementada. Así que habrá que esperar todavía a que los gliders hagan el recorrido que hace el buque. En cualquier caso, y pese a que el coste de la radial hecha por el glider y la que hace el barco es incomparable, todavía lo son también las prestaciones que dan una y otra tecnología.

“Los gliders son un buen complemento pero nunca un sustituto. Hay cosas que tienes que hacer con un barco, como tomar muestras o medir determinados parámetros. Además, hasta el momento los glider solo llegan a 1.000 metros y en RAPROCAN muestreamos hasta los 5.000”, comenta Vélez.  “Sin embargo su coste es muchísimo más bajo y permiten obtener datos con una frecuencia temporal muy alta, lo que descargará de trabajo a los barcos”.

 

Este reportaje se publicó en junio de 2013 en el número 6 de Magazine Océano

Etiquetas:
img-responsive center-block Pablo

Me llamo Pablo, soy oceanógrafo y periodista, y he creado Ciencia en Remojo para compartir mis trabajos –científicos y divulgativos- e informar sobre actualidad en ciencias del mar.

Menú Principal

¡Suscríbete!

Únete a otros 10 suscriptores