Diese Deep Sea Wall-E kann uns lehren, wie die Ozeane Kohlenstoff verarbeiten – Mutter Jones

Diese Geschichte wurde ursprünglich veröffentlicht von VERDRAHTET und wird hier als Teil von . wiedergegeben die Zusammenarbeit mit dem Climate Desk.

Der benthische Rover II hat die Größe eines Kompaktwagens, obwohl es fette Laufflächen rockt, was es eher wie ein wissenschaftlicher Panzer macht. Das verleiht ihm zusammen mit den zwei kulleraugenartigen Auftriebskörpern auf der Vorderseite eine Art WALL-E-Vibe. Nur anstatt eine mit Müll übersäte Landschaft zu erkunden, durchstreift BR-II den Pazifik-Meeresboden, 13.000 Fuß tief. Die Mission des Roboters: Das matschige Gelände auf der Suche nach Hinweisen darauf zu durchstreifen, wie die Tiefsee Kohlenstoff verarbeitet.

Diese Mission beginnt mit einer wilden Fahrt, 180 Meilen vor der Küste Südkaliforniens. Wissenschaftler des Monterey Bay Aquarium Research Institute senken BR-II ins Wasser und … lassen es dann fallen. Völlig ungebunden fällt der Roboter zweieinhalb Stunden lang im freien Fall und landet auf den abgrundtiefen Ebenen – große Strecken von dem, was man großzügigerweise Dreck nennen könnte. „Es ist matschig und staubig zugleich“, sagt MBARI-Elektroingenieurin Alana Sherman, Mitautorin eines neuen Artikels in Wissenschaftsrobotik Beschreibung der Erkenntnisse aus den Abenteuern des Roboters. „Das ist einer der Gründe, warum es ein Kettenfahrzeug ist und es hat diese wirklich breiten Laufflächen.“ Diese zusätzliche Oberfläche verteilt das Gewicht des Roboters, damit er nicht im Sand versinkt.

Wenn Sie den perfekten Weg finden wollten, um einen Roboter zu foltern, wäre die Tiefsee genau das Richtige für Sie. In diesen Tiefen ist das Wasser kalt, salzig (und daher korrosiv) und steht unter hohem Druck; Es gibt eine Menge Flüssigkeit, die auf den Roboter drückt.

Wie die Mars-Rover muss dieser Roboter autonom sein. Tatsächlich ist es in gewisser Weise sogar mehr Es ist schwieriger, einen Rover mit einer Tiefe von 13.000 Metern im Auge zu behalten, als einen Rover auf einem anderen Planeten. Funkwellen bewegen sich gut im Weltraum, es ist nur so, dass sie für die Reise zwischen Erde und Mars pro Strecke bis zu 20 Minuten benötigen – und viel Glück beim Fernsteuern eines Rovers in Echtzeit mit dieser Art von Verzögerung. Aber Funkwellen hassen Wasser. Stattdessen verwendet BR-II akustische Signale, um mit einem anderen Roboter zu sprechen, einem schwimmenden Segelflugzeug, das MBARI-Wissenschaftler viermal im Jahr vom Ufer entlassen. Das Segelflugzeug, im Wesentlichen ein sehr teures Surfbrett, reist zum ungefähren Standort des Rovers, pingt ihn, sammelt Statusaktualisierungen und Beispieldaten und sendet diese Informationen an einen Satelliten, auf den die Forscher zugreifen können.

Da MBARI-Wissenschaftler nicht einfach in ihren Labors sitzen und den Rover steuern können, ist er allein. Aber seine Anweisungen sind einfach. Auf dem Meeresboden geparkt, senkt es zwei Sauerstoffsensoren in den Dreck. Damit erhält der Roboter ein Maß für die biologische Aktivität im Sediment, da Mikroben Sauerstoff verbrauchen und Kohlendioxid ausspucken. Der Rover verfügt außerdem über ein Fluoreszenz-Kamerasystem, das blaues Licht wirft, das das Chlorophyll in organischer Substanz zum Leuchten bringt. Dadurch bekommt der Roboter eine Vorstellung davon, wie viel Schutt aus Oberflächengewässern, bekannt als „Meeresschnee“, bis auf den Meeresboden gelangt.

Der Rover sitzt 48 Stunden lang an einem Ort und bewegt sich dann 33 Fuß vorwärts. Das ist alles. „Es wüsste nicht, wenn es von einer Klippe heruntergefahren wäre – es weiß nur, dass ich 10 Meter vorwärts fahren soll“, sagt Sherman. „Aber zum Glück gibt es keine Klippen, also nutzen wir die Einfachheit der Umgebung, um den Roboter einfacher zu halten.“

Dennoch gibt es ein Problem: Die übergroßen Trittstufen verwüsten den Meeresboden. „Obwohl es sich sehr langsam bewegt, braucht es nicht viel, um diesen riesigen Staubsturm zu erzeugen“, sagt Sherman. „Wir wollen immer in die Strömung hineinfahren, damit sie das aufgewirbelte Sediment hinter uns herschieben kann.“ Bevor sich der Rover also bewegt, macht er sich mit einem Sensor ein Bild von der aktuellen Richtung der … äh, Strömung und steuert dann direkt darauf zu.

Der benthische Rover tut dies ein ganzes Jahr lang unbeaufsichtigt: Parken, Messen, 10 Meter bewegen, wiederholen. Dann dampfen die Wissenschaftler in ihrem Forschungsboot aus, um die Batterie zu wechseln.

Auf der Rückseite des Roboters befinden sich zwei Titankugeln – jede irgendwo zwischen der Größe eines Yogaballs und eines Wasserballs – gefüllt mit Batterien, die ein Jahr lang im Dauerbetrieb betrieben werden können. Wenn es Zeit ist, die Stromversorgung wieder herzustellen, rufen die Wissenschaftler BR-11 zurück, indem sie ihm ein Signal senden, das ein 250-Pfund-Gewicht freigibt, das am Bauch des Roboters befestigt ist. Sobald das Gewicht fällt, beginnen diese Schwimmhilfen, die wie Augen aussehen, ihre Arbeit zu tun. Sie sind eigentlich „syntaktischer“ Schaumstoff: Statt matschiger, poröser, mit Luft gefüllter Kunststoff sind sie eigentlich aus hartem Material und mit kleinen Glaskügelchen gefüllt, die jeweils Luft enthalten. Unter Drücken, die typischen Schaum in sich zusammenfallen würden, bleibt der syntaktische Schaum schwimmfähig und treibt den Roboter an die Oberfläche.

Die Wissenschaftler schleppen den Rover an Bord ihres Bootes, laden die Daten von BRI-II herunter, tauschen die Batterien aus und überprüfen ihn auf Probleme. Wenn alles gut ist, lassen sie es frei, um ein weiteres Jahr damit zu verbringen, die abgrundtiefen Ebenen zu durchstreifen. Als die Wissenschaftler das letzte Mal jedoch ausgingen, entdeckten sie, dass einer der Motoren des BR-II ausgefallen war, sodass sie ihn zur Reparatur an Land bringen mussten. Damit endeten unglaubliche sieben Jahre Dauerbetrieb, die sie in ihrem aktuellen Papier zusammenfassen.

Doch wie viel Kohlenstoff eingeschlossen wird, kann von Ozean zu Ozean und von Jahreszeit zu Jahreszeit variieren. Im Allgemeinen haben Forscher die biologischen und chemischen Prozesse dort unten einfach nicht im Griff. „Der Rover hilft uns zu verstehen, wie viel von diesem Kohlenstoff tatsächlich in die Sedimente der Tiefsee gelangen könnte“, sagt die MBARI-Meeresbiologin Crissy Huffard, die das neue Papier mitverfasst hat. „Es ist unser einziger Einblick, wie viel Kohlenstoff tatsächlich in den Sedimenten gespeichert werden könnte, im Vergleich dazu, wie viel tatsächlich verbraucht wird und wahrscheinlich zur Versauerung in der Tiefsee beiträgt.“ (Wenn sich Kohlendioxid in Meerwasser löst, bildet es Kohlensäure.)

Hier ist ein kniffliges Beispiel für eines dieser Kohlenstoff-Geheimnisse am Meeresboden. In Kalifornien erwärmt sich das Land viel schneller als der angrenzende Ozean, ein Unterschied, der die saisonalen Winde verstärkt. Das könnte zu mehr Auftrieb führen – Wind drückt das Oberflächenwasser weg, und Wasser strömt von unten herauf, um die Leere zu füllen. Dies würde mehr Nährstoffe hervorbringen, die Phytoplankton ernähren, das in Oberflächengewässern blühen und dann absterben und zu Meeresschnee werden. So hat die Fluoreszenzkamera des BR-II zwischen den Jahren 2015 und 2020 einen massiven Anstieg der Menge an Phytoplankton festgestellt, die in großen Pulsen den Meeresboden erreicht. Gleichzeitig erkannten seine Sensoren eine Abnahme des Sauerstoffs, was bedeutet, dass die Mikroben im Meeresboden damit beschäftigt waren, die Goldgrube organischen Materials zu verarbeiten.

Das wirft für Huffard einige Fragen auf. „Im Allgemeinen wird die Nahrungsversorgung der Gegend viel unberechenbarer – es können in wenigen Wochen Lebensmittel im Wert von Jahren aufgebraucht sein. Wie verändert das also das gesamte Ökosystem?“ Sie fragt. „Die Reaktion der Tiergemeinschaft erfolgt fast sofort. Sie fangen sofort an, es zu konsumieren, es gibt keine große Verzögerung. Die Mikroben sind gerade vorbereitet und einsatzbereit.“

Was bedeutet das für den Kohlenstoffkreislauf? Theoretisch gilt: Je mehr organisches Material herunterregnet, desto mehr wird es von der Atmosphäre abgesondert. Gleichzeitig verbrauchen die Organismen auf dem Meeresboden, die dieses Bonusbuffet fressen, aber auch Sauerstoff und spucken Kohlendioxid aus, das tiefere Gewässer versauern kann. Und weil der Ozean ständig aufgewühlt ist, kann ein Teil dieses Kohlenstoffs sogar wieder in die Oberflächengewässer und in die Atmosphäre gelangen. „Wir zeigen, dass immer mehr Kohlenstoff in die Tiefsee gelangt, als sonst vorhergesagt worden wäre“, sagt Huffard. „Der Rover fügt die Dimension hinzu, um uns zu sagen, dass der größte Teil des Kohlenstoffs tatsächlich gefressen wird, wenn er dort unten ist, und nicht im Sediment gespeichert wird.“

Sind diese extra großen Pulse von Meeresschnee jetzt ein dauerhaftes Merkmal der tiefen Gewässer vor Kalifornien oder eine Abweichung? Mit dem benthischen Rover können Wissenschaftler die Langzeitdaten sammeln, die erforderlich sind, um Antworten zu geben. „Die Tiefsee wird weitgehend zu wenig erforscht und geschätzt, obwohl sie für die Gesunderhaltung des Planeten und die Bekämpfung des Klimawandels von entscheidender Bedeutung ist“, sagt Lisa Levin, die den Meeresboden an der Scripps Institution of Oceanography untersucht, aber nicht daran beteiligt war diese Arbeit. „Eine Armee solcher Geräte könnte uns helfen, biogeochemische Veränderungen besser zu verstehen – entscheidend für die Verbesserung von Klimamodellen, Ökosystemmodellen, Fischereimodellen und mehr.“ Rover könnten Wissenschaftlern auch helfen, die Auswirkungen von Tiefseebergbaubetrieben zu untersuchen.

Vorerst werden Huffard und Sherman den BR-II vor der Küste Kaliforniens rollen lassen – den ersten von hoffentlich vielen solchen autonomen Bodenrobotern, die die Tiefen der Weltmeere durchstreifen könnten. Sie sagen, dass sie von anderen Wissenschaftlern angesprochen wurden, die sich für das System interessieren, aber bisher ist BR-II mehr oder weniger einzigartig, sowohl weil es teuer ist als auch viel technisches Know-how für den Betrieb erfordert. (Forscher in Deutschland haben einen ähnlichen benthischen Rover namens Tramper entwickelt, der seit 2016 die Arktis durchstreift.)

„Es ist fast so, als wären Sie Astronom und hätten das beste Teleskop der Welt, aber es könnte nur auf einen Stern schauen“, sagt Huffard. “Wenn Sie mehr Teleskope hätten, die mehr Sterne betrachten, könnten Sie ein viel vollständigeres Bild des Himmels sehen.”

„Ich denke, wir würden es beide lieben, wenn mehr Leute mehr Rover bauen wollten“, fügt sie hinzu.

Sherman lacht. “Solange sie uns nicht anrufen, um sie zu reparieren.”