I lander bentonici sono piattaforme autonome o semi-autonome posizionate sul fondale marino, progettate per consentire misurazioni oceanografiche in situ, campionamenti, acquisizione di immagini e sperimentazioni. Le configurazioni comprendono lander bentonici a camera, di profilatura, con telecamera, di campionamento, sperimentali, per acque profonde e abissali, dotati di carichi utili quali CTD, sensori chimici, ADCP, idrofoni, telecamere e campionatori di sedimenti.
La presente guida tratta dei lander bentonici utilizzati per la biogeochimica e l’ecologia bentonica, il trasporto dei sedimenti, il monitoraggio dell’inquinamento, gli studi sullo stoccaggio del carbonio e la valutazione delle infrastrutture offshore.
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I lander bentonici sono piattaforme autonome o semi-autonome che trasportano strumenti, campionatori, telecamere e sistemi sperimentali sul fondale marino, dove forniscono una base stabile per osservazioni in situ che possono risultare difficili da ottenere da imbarcazioni in movimento o da veicoli subacquei.
Molti sistemi vengono dispiegati in caduta libera e operano in modo indipendente sul fondale marino prima di rilasciare la zavorra e tornare in superficie grazie alla galleggiabilità positiva; per facilitare il recupero si ricorre comunemente a dispositivi di sgancio acustici e a radiofari di superficie. Questo approccio operativo consente a un lander bentonico di fungere da versatile laboratorio subacqueo per la ricerca oceanica in acque profonde senza richiedere un collegamento via cavo permanente.
I lander a camera bentonica isolano un’area definita di sedimento e dell’acqua sovrastante, consentendo ai ricercatori di monitorare nel tempo le variazioni dei composti disciolti e di quantificare gli scambi di ossigeno, nutrienti, parametri del sistema del carbonio e altri soluti attraverso l’interfaccia sedimento-acqua. Poiché l’inserimento della camera e la miscelazione possono influenzare i flussi misurati, è necessario tenere conto di tali effetti nell’interpretazione dei risultati.
I lander di profilatura posizionano microsensori attraverso l’acqua di fondo fino alla parte superiore del sedimento, utilizzando movimenti verticali precisi per ottenere misurazioni ad alta risoluzione di variabili quali ossigeno, solfuro e pH. Questo approccio contribuisce a risolvere i gradienti chimici lungo l’interfaccia sedimento-acqua che il campionamento convenzionale con provette potrebbe non rilevare.
I lander di imaging utilizzano fotocamere, sistemi time-lapse o videocamere per osservare gli organismi bentonici e l’habitat senza la necessità di un pilotaggio continuo del veicolo. L’utilità e l’interpretazione della documentazione visiva risultante dipendono da fattori quali l’illuminazione, il campo visivo, la scala dell’immagine, la durata del dispiegamento, l’uso di esche e qualsiasi disturbo causato dalla piattaforma stessa.
I lander di campionamento raccolgono acqua, acqua interstiziale, sedimenti, particelle o materiale biologico direttamente sul fondale marino. Il campionamento automatizzato può essere sincronizzato con le misurazioni dei sensori o con attività sperimentali, mentre i campioni recuperati possono poi essere utilizzati per analisi di laboratorio più dettagliate.
I lander sperimentali modificano attivamente le condizioni controllate sul fondale marino per studiare le velocità dei processi o le risposte dell’ecosistema, registrando al contempo i cambiamenti ambientali che ne derivano. A seconda dell’esperimento, possono incorporare camere, iniettori, pompe, dispositivi di risospensione, aggiunte di traccianti o altri moduli specializzati.
I lander per acque profonde sono progettati per operare in condizioni di elevata pressione idrostatica, basse temperature e condizioni di recupero difficili. I sistemi adali estendono questo approccio alle fosse oceaniche, dove i lander con telecamera a caduta libera possono combinare l’acquisizione di immagini, le misurazioni CTD e il rilascio acustico della zavorra a profondità estreme, richiedendo che gli alloggiamenti a pressione, i sistemi di galleggiamento e di rilascio siano classificati in modo adeguato alla profondità della missione.
I lander bentonici consentono di effettuare misurazioni relative alla respirazione, alla rigenerazione dei nutrienti, alla rimineralizzazione della materia organica e allo scambio di carbonio tra i sedimenti e le acque di fondo. I sistemi a camera e di profilatura sono particolarmente utili per le osservazioni dirette dei processi che avvengono lungo il confine tra sedimento e acqua, mentre alcuni sistemi consentono anche misurazioni di covarianza dei vortici relative ai flussi bentonici senza racchiudere fisicamente il sedimento.
Un lander può fungere da osservatorio compatto in acque profonde in ambienti difficili da visitare regolarmente. Combinando telecamere, sensori acustici, sonde ambientali e sistemi con esche, queste piattaforme possono documentare il comportamento, l’abbondanza, l’utilizzo dell’habitat e le relazioni tra la fauna bentonica e le condizioni ambientali locali.
Misuratori di corrente, ADCP, telecamere, sensori di torbidità e profilatori in prossimità del fondale possono essere utilizzati congiuntamente per caratterizzare l’erosione, la deposizione, la risospensione e il flusso nello strato limite. La combinazione di misurazioni idrodinamiche e ottiche aiuta a mettere in relazione i cambiamenti osservati sul fondale marino con le forze che agiscono immediatamente sopra il sedimento, sebbene nell’interpretazione dei dati si debba tenere conto dell’altezza dei sensori e delle perturbazioni del flusso indotte dal telaio.
I sistemi di osservazione bentonica consentono di stabilire condizioni di riferimento e di monitorare i cambiamenti chimici o fisici in prossimità di siti interessati da inquinamento, deossigenazione, sviluppi offshore o stoccaggio di carbonio nel sottosuolo marino. I loro lunghi tempi di permanenza consentono di raccogliere misurazioni in prossimità di potenziali fonti o habitat sensibili per periodi prolungati.
I lander possono monitorare le condizioni in prossimità di condotte, cavi, fondazioni e installazioni sottomarine, consentendo misurazioni localizzate di correnti, risposta dei sedimenti, composizione chimica dell’acqua, parametri acustici e cambiamenti ecologici. Ciò permette di osservare le condizioni ambientali intorno alle infrastrutture senza la presenza continua di imbarcazioni o veicoli.
La progettazione del carico utile determina la capacità di misurazione, l’autonomia, il fabbisogno energetico, i requisiti di stoccaggio e la complessità complessiva della missione; pertanto, il pacchetto strumentale deve essere strettamente adeguato agli obiettivi dell’operazione. Tra le opzioni di carico utile più comuni figurano le seguenti.
| Sensore/Carico utile | Panoramica |
| Sensori CTD e idrografici | Misurano la conduttività, la temperatura, la pressione e le proprietà derivate dell’acqua di mare in prossimità del fondale marino. |
| Sensori di ossigeno disciolto e optodi | Monitorano le condizioni dell’ossigeno nelle acque di fondo, nelle camere o nei volumi sperimentali. |
| Sensori di pH, redox e chimici | Misurano le condizioni chimiche rilevanti per la biogeochimica e i processi sedimentari. |
| Misuratori di corrente e ADCP | Caratterizzate il flusso in prossimità del fondale, i profili delle correnti e le forze idrodinamiche. |
| Sensori di torbidità e ottici | Monitorano le particelle in sospensione, la retrodiffusione ottica, la fluorescenza o proprietà correlate. |
| Telecamere e sistemi di illuminazione | Forniscono osservazioni fisse, time-lapse o video del fondale marino e della fauna bentonica. |
| Idrofoni e sensori acustici | Supportano il monitoraggio acustico passivo e altre misurazioni acustiche del fondale marino. |
| Campionatori di acqua e acqua interstiziale | Raccolgono campioni discreti per l’analisi di laboratorio. |
| Sistemi di campionamento dei sedimenti e del materiale biologico | Recuperano materiale fisico per studi geologici, chimici, microbiologici o ecologici. |
La combinazione di carichi utili complementari può trasformare una singola piattaforma in un osservatorio sottomarino integrato, consentendo di esaminare diverse variabili o processi ambientali nel corso dello stesso dispiegamento. La calibrazione, la sincronizzazione e la prevenzione delle incrostazioni assumono quindi un’importanza crescente durante i dispiegamenti di lunga durata, in particolare laddove si prevede che più sensori operino insieme per periodi prolungati.
L’obiettivo di misurazione e l’ambiente operativo dovrebbero determinare la scelta del lander, considerando la piattaforma, il carico utile e il sistema di recupero come parti integranti della progettazione della missione. I fattori chiave di selezione includono:
Occorre inoltre tenere conto della pendenza del fondale marino, della resistenza dei sedimenti, della velocità della corrente, della stabilità del telaio e del rischio di affondamento o di erosione, poiché ciascuno di questi fattori può influire sia sulla qualità delle misurazioni che sul successo del recupero. Nel loro insieme, questi fattori determinano se un lander bentonico sia idoneo alla missione prevista.
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