Sensores ópticos para oceanografía y vigilancia del medio marino

Los sensores ópticos desempeñan un papel crucial en la vigilancia continua de los entornos oceánicos y costeros. Utilizando los principios de absorción, dispersión y fluorescencia de la luz, estos dispositivos pueden detectar una serie de parámetros físicos, químicos y biológicos en la columna de agua. Se utilizan ampliamente para despliegues a largo plazo en amarres, flotadores de perfilado, AUV, planeadores, boyas y sistemas de a bordo.

En las ciencias marinas, los sensores ópticos sirven de apoyo a actividades esenciales, como el seguimiento de la biomasa de fitoplancton, la detección de vertidos de petróleo, la evaluación de la claridad del agua y la caracterización de las partículas en suspensión. Su capacidad de medición in situ y no destructiva los hace indispensables para estudiar fenómenos transitorios, como la proliferación de algas y las fugas de hidrocarburos, así como las tendencias a largo plazo de la calidad del agua y la productividad marina.

Tipos de sensores ópticos

Hyperion Crude Oil de Teledyne Valeport.

Los sensores ópticos utilizados en oceanografía y vigilancia del medio ambiente marino varían mucho en función y diseño. A grandes rasgos, pueden agruparse en sensores fluorométricos (fluorómetros), que detectan sustancias específicas basándose en la fluorescencia, y sensores no fluorométricos, que se basan en la dispersión de la luz, la absorción o la formación de imágenes. A continuación se ofrece un desglose organizado de las principales categorías de sensores y sus aplicaciones típicas.

Fluorómetros

Los fluorómetros miden la fluorescencia que emiten las sustancias cuando son excitadas por longitudes de onda de luz específicas. Estos sensores se utilizan ampliamente para detectar pigmentos, compuestos orgánicos y trazadores en entornos acuáticos. Los principales tipos de fluorómetros son:

Fluorómetros de clorofila

Los fluorómetros de clorofila detectan la fluorescencia de la clorofila a para estimar la biomasa de fitoplancton y controlar la actividad de las algas.

Casos prácticos:

• Seguimiento de la dinámica del fitoplancton en los ecosistemas marinos
• Seguimiento de floraciones de algas nocivas (FAN)
• Apoyo a la evaluación de emplazamientos acuícolas mediante ROV

Fluorómetros de clorofila a

Los fluorómetros de clorofila a son versiones especializadas de los fluorómetros de clorofila, diseñados para la detección precisa de clorofila a con una interferencia mínima de otros pigmentos.

Casos de uso:

• Estudios oceanográficos de productividad primaria
• Estaciones de investigación ecológica a largo plazo

Fluorómetros de ficocianina

Los fluorómetros de ficocianina, un pigmento específico de las cianobacterias, son fundamentales para la vigilancia de las aguas dulces y los estuarios.

Casos prácticos:

• Detección de cianobacterias en acuicultura
• Estudios de eutrofización en embalses y lagos

Fluorómetros FDOM (materia orgánica disuelta fluorescente)

Los fluorómetros FDOM miden la fluorescencia de la materia orgánica disuelta de forma natural, a menudo como indicador de la contaminación de las aguas residuales o de la actividad microbiana.

Casos prácticos:

• Seguimiento de la contaminación costera
• Estudios de plumas fluviales e intrusión de agua dulce

Fluorómetros de rodamina

Los fluorómetros de rodamina están diseñados para detectar la rodamina WT, un colorante trazador utilizado en estudios hidrológicos y de transporte de contaminantes.

Casos de uso:

• Cartografía de afluencia de agua dulce
• Modelización de la dispersión de contaminantes

Fluorómetros de fluoresceína

Los fluorómetros de fluoresceína detectan el colorante fluoresceína, utilizado en aplicaciones similares a la rodamina para el trazado de flujos de corta duración.

Casos de uso:

• Detección de fugas en infraestructuras marinas
• Estudios hidrodinámicos costeros

Fluorómetros de sulforodamina B

Los fluorómetros de sulforodamina B detectan el colorante sulforodamina B, ofreciendo una fuerte fluorescencia y una baja toxicidad, lo que los hace ideales para entornos sensibles.

Serie ECO V2 de Sea-Bird Scientific

Casos de uso:

• Estudios de trazadores en áreas marinas protegidas
• Visualización de flujos en sistemas de acuicultura

Fluorómetros para petróleo crudo

Los fluorómetros de petróleo crudo se utilizan para detectar hidrocarburos de petróleo naturalmente fluorescentes en la columna de agua.

Casos de uso:

• Detección de vertidos de petróleo en tiempo real
• Vigilancia continua en torno a perforaciones en alta mar

Otros sensores ópticos

Además de los fluorómetros, muchos sensores ópticos en entornos marinos funcionan basándose en la dispersión de la luz, la absorción o el análisis del movimiento. Entre ellos se incluyen:

Sensores ópticos de retrodispersión

Los sensores ópticos de retrodispersión miden la intensidad de la luz dispersada por las partículas en suspensión para estimar la turbidez y el total de sólidos en suspensión (SST).

Casos prácticos:

• Estudios de transporte de sedimentos
• Cumplimiento de la normativa medioambiental durante el dragado

Sensores de turbidez

Los sensores de turbidez suelen basarse en la dispersión nefelométrica, que evalúa la claridad del agua y la concentración de partículas.

Casos prácticos:

• Control de la calidad del agua en estuarios y puertos
• Control de la turbidez en instalaciones de acuicultura

Sensores de detección de hidrocarburos

Estos sensores detectan la presencia de hidrocarburos basándose en los cambios de reflectancia o absorción, y a veces en la fluorescencia cuando hay hidrocarburos presentes.

Casos prácticos:

• Vigilancia de vertidos de petróleo cerca de infraestructuras costeras
• Vigilancia de vertidos ilegales de sentinas

Sensores ópticos de caudal

Los sensores ópticos de flujo rastrean el movimiento de partículas o elementos en la columna de agua para estimar las velocidades de la corriente o el movimiento del agua.

Casos prácticos:

• Medición de la velocidad de la corriente en estudios bentónicos
• Navegación y control de vehículos submarinos

Sensores de claridad y absorción del agua

Los sensores de claridad y absorción del agua miden la cantidad de luz que penetra en la columna de agua, lo que se utiliza para estimar la claridad del agua y la visibilidad.

Casos prácticos:

• Vigilancia costera y planificación turística
• Estudios de oceanografía óptica

Aplicaciones en vigilancia marina y medioambiental

Los sensores ópticos se despliegan en diversas plataformas y contextos de investigación. En acuicultura, los sensores de clorofila y turbidez garantizan las condiciones óptimas del agua y la alerta temprana de FAN. En la vigilancia costera, los sensores CDOM y FDOM proporcionan información sobre las interacciones tierra-mar y la carga de nutrientes. Para la detección de vertidos de petróleo, los sensores de petróleo crudo y sulforodamina ofrecen datos críticos para la respuesta a incidentes y la evaluación medioambiental.

Los sensores ópticos también apoyan las misiones oceanográficas, midiendo la productividad primaria, la claridad del agua y la velocidad de las corrientes. Los instrumentos se integran con frecuencia en redes de observatorios, conjuntos de boyas y vehículos autónomos, mejorando la resolución espacial y temporal en la recogida de datos.

Desde la cartografía de hábitats bentónicos hasta la evaluación de la detección de cianobacterias y la estimación de la biomasa de fitoplancton, la versatilidad de los sensores ópticos respalda su creciente importancia en la gestión y protección de los entornos marinos.

Creciente demanda en un entorno cambiante

A medida que crece la demanda de datos oceánicos exhaustivos, los sensores ópticos siguen impulsando la innovación en las ciencias marinas y la vigilancia del medio ambiente. Su capacidad para proporcionar en tiempo real mediciones de alta resolución de parámetros biológicos y químicos es esencial para comprender la salud y la dinámica de los ecosistemas marinos.

Con aplicaciones que abarcan la vigilancia de la acuicultura, la detección de hidrocarburos, la evaluación de la calidad del agua, etc., estas tecnologías proporcionan información práctica a investigadores, responsables políticos y agentes del sector. Al avanzar en la integración de sensores ópticos con plataformas autónomas y sistemas de telemetría, la comunidad científica marina está mejor equipada para afrontar los retos de un entorno oceánico cambiante.