Vela completa la prima circumnavigazione autonoma dell'Antartide

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Un veicolo di sette metri (23 piedi) di lunghezza, alimentato dal vento e senza equipaggio (USV) chiamato "saildrone" è diventato il primo sistema senza equipaggio a circumnavigare l'Antartide. Il veicolo, noto come SD 1020, è stato equipaggiato con una serie di sensori di grado climatico e ha raccolto dati in acque precedentemente inesplorate, consentendo nuove e importanti informazioni sui processi oceanici e climatici.

La missione, della durata di 196 giorni, è stata lanciata da Southport a Bluff, Nuova Zelanda, il 19 gennaio 2019, per poi tornare allo stesso porto il 3 agosto dopo aver percorso oltre 22.000 km (13.670 miglia) intorno all'Antartide. Durante la missione, il veicolo è sopravvissuto a temperature gelide, onde di 15 metri (50 piedi), 130 km/h (80 mph) di vento e collisioni con iceberg giganti. questa missione è stata sponsorizzata dalla Li Ka Shing Foundation non-profit e tutti i dati sono stati resi pubblici gratuitamente per accelerare la nostra comprensione dei processi critici che colpiscono l'umanità. La missione è anche un'iniziativa educativa, volta ad esporre le generazioni future ai rapidi cambiamenti in corso in Antartide. Saildrone e il Trust 1851 si sono associati per sviluppare una serie di piani di lezione STEM radicati nelle scienze, tecnologia, ingegneria e matematica, che sono disponibili gratuitamente per gli insegnanti sul sito web Saildrone all'indirizzo saildrone.com/antarctica.

I collaboratori scientifici di questa prima circumnavigazione dell'Antartico Saildrone includono esperti delle seguenti istituzioni: la US National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAAA), la US National Aeronautics and Space Administration (NASA), il Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO), la Palmer Long-Term Ecological Research (LTER), la Scripps Institution of Oceanography, il Southern Ocean Observing System (SOOS), l'Agenzia giapponese per la scienza e la tecnologia marino-terrestre (JAMSTEC), il Korea Polar Research Institute (KOPRI), il Norwegian Polar Institute, l'Università di Exeter, l'Università di Göteborg, il Dipartimento di scienze marine, l'Università di Otago e il New Zealand National Institute of Water and Atmospheric Research (NIWA).

L'Oceano Australe svolge un ruolo chiave nella regolazione del calore e del carbonio per il nostro pianeta. E' così remoto e inospitale che anche le grandi navi cercano di evitarlo in inverno. Tuttavia, la vela agile e robusta non solo è sopravvissuta all'inverno dell'Oceano Meridionale, ma ha restituito nuovi dati vitali provenienti da territori precedentemente non campionati.

"Uno dei nostri più grandi 'punti ciechi' in termini di conoscenza del clima e delle sue previsioni per il futuro si trova nell'Oceano Australe. Ciò è dovuto principalmente alla grave mancanza di osservazioni, in particolare in inverno, in questo ambiente remoto e rigido. Questo porta ad una scarsa comprensione del funzionamento di questi oceani polari", ha detto Sebastiaan Swart, co-presidente del Southern Ocean Observing System (SOOS). "Queste entusiasmanti osservazioni ad alta risoluzione da Saildrone durante la circumnavigazione dell'Antartico forniscono preziosi set di dati a terra per gli scienziati per comprendere meglio l'Oceano Australe e valutare i modelli che usiamo per prevedere il tempo e il clima"

"C'è ancora molto da imparare sull'assorbimento delle emissioni di CO2 da parte dell'oceano, specialmente nell'Oceano Meridionale. Fino a pochi anni fa, l'Oceano del Sud era considerato un grande serbatoio di CO2 . Tuttavia, questa comprensione si basava principalmente su osservazioni fatte da navi che evitano il clima più rigido dell'Oceano del Sud, lasciando i mesi invernali sottocampionati", ha spiegato il Dr. Adrienne Sutton, un oceanografo del NOAAA Pacific Marine Environmental Laboratory (PMEL) Carbon Group. Il Gruppo PMEL Carbon Group è stato coinvolto in tutte le missioni Saildrone relative alla CO2 fino ad oggi.

Secondo Sutton, con l'implementazione di sensori di carbonio sui galleggianti di profilo, parte del progetto Southern Ocean Carbon and Climate Observations and Modeling (SOCCOM), gli scienziati hanno iniziato a ottenere una più ampia distribuzione stagionale delle osservazioni, e hanno trovato meno di un pozzo di CO2 di quanto si pensasse in precedenza.

I galleggianti SOCCOM misurano il pH dell'acqua di mare e utilizzano relazioni empiriche per calcolare la pressione parziale di anidride carbonica (pCO2), il che introduce una certa incertezza relativa ad una misura diretta. Ciò ha generato una discussione attiva incentrata sull'incertezza nel pCO2 calcolato dalle misurazioni del galleggiante e se il pozzo di CO2 indebolito, che è stato osservato dai galleggianti 2014 - 2017, fosse solo una variabilità naturale.

"Avere un'altra piattaforma autonoma in grado di sopravvivere all'Oceano del Sud è sia un'impresa tecnologica che un'opportunità per avvicinarci alla soluzione del puzzle del pozzo di CO2 dell'oceano! I risultati preliminari suggeriscono che abbiamo osservato anche il degassamento di CO2 durante i mesi invernali nella stessa regione dei galleggianti misurati in precedenza. Il degassamento di CO2 dall'oceano all'atmosfera si verifica quando i livelli di pCO2 degli oceani sono superiori ai livelli atmosferici", ha spiegato Sutton.

"I nostri risultati iniziali sono che i galleggianti SOCCOM corrispondono al Saildrone pCO2 all'interno della loro incertezza dichiarata," ha detto Nancy Williams, Assistant Professor presso l'University of South Florida College of Marine Science. "Questi incroci offrono grandi opportunità di validazione e contesto tra due set di dati molto diversi e complementari. Sostenere entrambi questi tipi di osservazioni sarà estremamente utile per migliorare la nostra comprensione del ruolo dell'Oceano del Sud nel bilancio globale del carbonio e non vedo l'ora di tuffarmi in questo nuovo dataset"

"Per la ricerca sono necessari dati affidabili e di alta qualità. Per i sensori a vela, vengono effettuate calibrazioni accurate prima del dispiegamento e altri controlli su misure simili da un numero limitato di ormeggi e profili di galleggianti nella regione. Il confronto più recente è avvenuto a sud della Tasmania, in Australia, dove la vela passava vicino a uno dei due unici ormeggi di superficie dell'Oceano del Sud dotati di sensori simili", ha spiegato il Dr. Bronte Tilbrook, un biogeochimico che studia l'acidificazione dell'oceano e il ciclo globale del carbonio al CSIRO.

"La tecnologia Saildrone sta rivoluzionando il modo in cui i dati possono essere raccolti nell'Oceano Australe, fornendo per la prima volta un modo per raccogliere dati cruciali durante tutto l'anno e in luoghi che le navi raramente visitano. Le applicazioni includono una migliore comprensione della quantità di anidride carbonica assorbita dall'Oceano Australe e la determinazione delle mutevoli condizioni ambientali e dei processi che guidano il cambiamento", ha detto Tilbrook.

I Saildrone USVs sono progettati per impieghi a lungo termine negli oceani, fino a 12 mesi, ma non bruciano combustibili fossili, quindi, una volta utilizzati, hanno un'impronta di carbonio pari a zero. Sono alimentati esclusivamente dal vento per la propulsione e dall'energia solare per alimentare gli strumenti di bordo.

Le droni a vela sono dotate di una serie di sensori di livello scientifico per la raccolta di dati meteorologici e oceanografici critici per comprendere i cambiamenti in atto nell'ecosistema antartico. La suite di sensori standard include strumenti per misurare la temperatura dell'aria e del mare, la pressione barometrica, la velocità e la direzione del vento, l'altezza e il periodo delle onde, nonché telecamere per cielo, mare e orizzonte. Oltre all'ASVCO2, il pacchetto di sensori avanzati della SD 1020 include un Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) per misurare le correnti oceaniche.

La configurazione standard di una vela Generazione 5 comprende uno scafo di sette metri (23 piedi), una chiglia di 2,5 metri (8 piedi) e un'ala solida alta cinque metri (15 piedi). Questa vela a vela normale ha un'escursione del vento operativo fino a 60 nodi; tuttavia, le enormi onde dell'Oceano Australe erano troppo per questa ala alta e snella. In due precedenti occasioni, nel 2015 e nel 2017, per tentare la circumnavigazione nell'Oceano del Sud, sono state impiegate delle vele a vela per tentare la circumnavigazione. In ogni caso, dopo un breve periodo di tempo, la missione fu compromessa e le vele dovettero ritornare per le riparazioni. Il team ha imparato molto da questi fallimenti e ha progettato un nuovo tipo di vela specifica per l'Oceano Australe. La "piattaforma quadrata" di aspetto inferiore è incredibilmente forte ed è progettata per affrontare le enormi forze di essere rotolata e sommersa da onde frantumatrici di 15 metri (50 piedi).

"Anche se l'attrezzatura quadrata ha meno prestazioni della normale vela a vela e fatica a navigare controvento, fa un ottimo lavoro di vela sottovento e può comunque portarti dove devi andare nell'Oceano del Sud", ha dichiarato Richard Jenkins, fondatore e CEO di Saildrone. "Si sacrifica inevitabilmente la manovrabilità per la sopravvivenza, ma noi abbiamo creato qualcosa che fa il suo lavoro e che l'Oceano del Sud non può distruggere"

SD 1022 e SD 1023 sono stati rilasciati con vele regolari "rinforzate" insieme all'SD 1020 a gennaio, ma come i loro predecessori, entrambi hanno subito danni da tempesta nei primi giorni, mentre la vela quadrata ha continuato ad aratro nonostante le condizioni tempestose. SD 1022 e SD 1023 sono tornati in Nuova Zelanda per la riparazione e sono stati reimpiegati a maggio con ali quadrate simili all'SD 1020. Queste due vele hanno recentemente navigato con successo nelle condizioni invernali attraverso il Passaggio del Drake e sono entrate nell'Oceano Atlantico del Sud. A differenza di SD 1020, SD 1022 e SD 1023 sono dotati di ecoscandagli scientifici per lo studio della biomassa ittica, oltre agli strumenti standard standard atmosferici e oceanografici

"In termini di carbonio e calore, l'Oceano del Sud è di gran lunga l'oceano più importante. A livello globale, l'Oceano del Sud assorbe circa la metà del carbonio e il 75% del calore che entra nell'oceano. Questo rende sproporzionatamente più importante mettere gli sforzi e le risorse, come quelle che si verificano da piattaforme robotiche come Saildrone, per ottenere misure più scientifiche in questa regione polare," ha detto Swart.

"Un sistema di monitoraggio per l'Oceano Australe è una delle nostre massime priorità", ha detto Jenkins. "La comprensione del calore e dei flussi di carbonio, delle popolazioni ittiche e dell'acidificazione degli oceani nell'Oceano del Sud sono assolutamente fondamentali per migliorare la comprensione del nostro clima e la sostenibilità della vita su questo pianeta. Solo un aumento molto significativo delle misurazioni permetterà di fare previsioni significative per il futuro"

Saildrone è grata per il supporto dei suoi sponsor e collaboratori scientifici in questa storica missione. Saildrone desidera inoltre ringraziare in modo particolare la Guardia Costiera Bluff che ha assistito nel traino della SD 1020 nel porto di Bluff, lo staff e il porto di South Port a Bluff, NZ, e Biosecurity New Zealand - Tiakitanga Pūtaiao Aotearoa per l'ispezione del veicolo al suo ritorno.