Os landers bentónicos são plataformas autónomas ou semiautónomas instaladas no fundo do mar, concebidas para permitir a realização de medições oceanográficas in situ, amostragem, captação de imagens e experimentação. As configurações incluem sondas bentónicas de câmara, de perfilagem, de câmara, de amostragem, experimentais, de águas profundas e hadais, com cargas úteis como CTDs, sensores químicos, ADCPs, hidrofones, câmaras e amostradores de sedimentos.
O presente guia abrange os landers bentónicos para a biogeoquímica e ecologia bentónicas, o transporte de sedimentos, a monitorização da poluição, os estudos sobre o armazenamento de carbono e a avaliação de infraestruturas offshore.
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Os landers bentónicos são plataformas autónomas ou semi-autónomas que transportam instrumentos, amostradores, câmaras e sistemas experimentais até ao fundo do mar, onde proporcionam uma base estável para observações in situ que podem ser difíceis de obter a partir de embarcações em movimento ou de veículos subaquáticos.
Muitos sistemas são lançados em queda livre e operam de forma independente no fundo do mar antes de libertarem o lastro e regressarem à superfície por flutuabilidade positiva, sendo que os dispositivos de libertação acústica e as balizas de superfície são frequentemente utilizados para facilitar a sua recuperação. Esta abordagem operacional permite que um módulo de aterragem bentónica funcione como um laboratório subaquático versátil para a investigação do oceano profundo, sem necessitar de uma ligação por cabo permanente.
Os módulos de aterragem com câmara bentónica isolam uma área definida de sedimento e da água sobrejacente, permitindo aos investigadores acompanhar as alterações nos compostos dissolvidos ao longo do tempo e quantificar as trocas de oxigénio, nutrientes, parâmetros do sistema de carbono e outros solutos através da interface sedimento-água. Uma vez que a inserção da câmara e a mistura podem influenciar os fluxos medidos, estes efeitos devem ser tidos em conta na interpretação dos resultados.
Os módulos de perfilagem posicionam microsensores através da água do fundo até à camada superior do sedimento, utilizando movimentos verticais precisos para produzir medições de alta resolução de variáveis como o oxigénio, o sulfureto e o pH. Esta abordagem ajuda a identificar gradientes químicos na interface sedimento-água que a amostragem convencional com garrafas pode não detetar.
Os módulos de imagem utilizam câmaras fotográficas, sistemas de time-lapse ou vídeo para observar organismos bentónicos e o seu habitat sem a necessidade de pilotagem contínua do veículo. A utilidade e a interpretação do registo visual resultante dependem de fatores que incluem a iluminação, o campo de visão, a escala da imagem, a duração da implantação, a utilização de isco e qualquer perturbação causada pela própria plataforma.
Os módulos de amostragem recolhem água, água intersticial, sedimentos, partículas ou material biológico diretamente no fundo do mar. A amostragem automatizada pode ser sincronizada com medições de sensores ou atividades experimentais, enquanto as amostras recuperadas podem ser posteriormente utilizadas para análises laboratoriais mais detalhadas.
Os landers experimentais alteram ativamente as condições controladas no fundo do mar para investigar as taxas dos processos ou as respostas do ecossistema, ao mesmo tempo que registam a alteração ambiental resultante. Dependendo da experiência, podem incorporar câmaras, injetores, bombas, dispositivos de ressuspensão, adições de marcadores ou outros módulos especializados.
Os módulos de aterragem para águas profundas são concebidos para operar sob elevada pressão hidrostática, baixas temperaturas e condições de recuperação difíceis. Os sistemas hadais estendem esta abordagem às fossas oceânicas, onde os módulos de aterragem com câmara em queda livre podem combinar a captação de imagens, medições CTD e a libertação de lastro acústico a profundidades extremas, exigindo que as caixas de pressão, os sistemas de flutuação e de libertação sejam adequadamente classificados para a profundidade da missão.
Os módulos de aterragem bentónicos permitem a realização de medições da respiração, da regeneração de nutrientes, da remineralização da matéria orgânica e da troca de carbono entre os sedimentos e as águas do fundo. Os sistemas de câmara e de perfilagem são particularmente úteis para observações diretas dos processos que ocorrem na interface sedimento-água, enquanto alguns sistemas também permitem medições por covariância de turbulência dos fluxos bentónicos sem envolver fisicamente o sedimento.
Um lander pode funcionar como um observatório compacto do mar profundo em ambientes difíceis de visitar regularmente. Ao combinar câmaras, sensores acústicos, sondas ambientais e sistemas com isco, estas plataformas podem documentar o comportamento, a abundância, a utilização do habitat e as relações entre a fauna bentónica e as condições ambientais locais.
Medidores de corrente, ADCPs, câmaras, sensores de turbidez e perfiladores próximos do leito podem ser utilizados em conjunto para caracterizar a erosão, a deposição, a ressuspensão e o fluxo na camada limite. A combinação de medições hidrodinâmicas e óticas ajuda a relacionar as alterações observadas no leito marinho com as forças que atuam imediatamente acima do sedimento, embora a altura do sensor e a perturbação do fluxo induzida pela estrutura devam ser tidas em conta na interpretação dos dados.
Os sistemas de observatórios bentónicos podem estabelecer condições de referência e acompanhar alterações químicas ou físicas em torno de locais afetados por poluição, desoxigenação, desenvolvimento offshore ou armazenamento de carbono no subsolo marinho. Os seus longos períodos de permanência permitem que as medições sejam recolhidas perto de fontes potenciais ou de habitats sensíveis durante períodos prolongados.
Os landers podem monitorizar as condições em torno de condutas, cabos, fundações e instalações submarinas, permitindo medições localizadas de correntes, resposta dos sedimentos, química da água, acústica e alterações ecológicas. Isto permite observar as condições ambientais em torno das infraestruturas sem a presença contínua de embarcações ou veículos.
A conceção da carga útil determina a capacidade de medição, a autonomia, o consumo de energia, os requisitos de armazenamento e a complexidade global da missão; por isso, o conjunto de instrumentos deve ser cuidadosamente adaptado aos objetivos da implantação. As opções comuns de carga útil incluem o seguinte.
| Sensor/Carga útil | Visão geral |
| Sensores CTD e hidrográficos | Medem a condutividade, a temperatura, a pressão e as propriedades derivadas da água do mar junto ao leito marinho. |
| Sensores de oxigénio dissolvido e optodes | Monitorizam as condições de oxigénio nas águas do fundo, em câmaras ou em volumes experimentais. |
| Sensores de pH, redox e químicos | Medem as condições químicas relevantes para a biogeoquímica e os processos sedimentares. |
| Medidores de corrente e ADCPs | Caracterize o fluxo próximo do leito, os perfis de corrente e o forçamento hidrodinâmico. |
| Sensores de turbidez e óticos | Monitorizam partículas em suspensão, retrodifusão ótica, fluorescência ou propriedades relacionadas. |
| Câmaras e sistemas de iluminação | Proporcionam observações estáticas, em time-lapse ou em vídeo do leito marinho e da fauna bentónica. |
| Hidrofones e sensores acústicos | Apoiam a monitorização acústica passiva e outras medições acústicas do fundo do mar. |
| Amostradores de água e de água intersticial | Recolhem amostras discretas para análise laboratorial. |
| Sistemas de amostragem de sedimentos e de material biológico | Recuperam material físico para estudos geológicos, químicos, microbiológicos ou ecológicos. |
A combinação de cargas úteis complementares pode transformar uma plataforma num observatório subaquático integrado, permitindo que várias variáveis ou processos ambientais sejam examinados durante a mesma missão. A calibração, a sincronização e a proteção contra incrustações tornam-se, por conseguinte, cada vez mais importantes durante missões prolongadas, especialmente quando se prevê que vários sensores funcionem em conjunto durante períodos prolongados.
O objetivo da medição e o ambiente operacional devem determinar a seleção do lander, devendo a plataforma, a carga útil e o sistema de recuperação ser considerados como partes do mesmo projeto de missão. Os principais fatores de seleção incluem:
A inclinação do fundo marinho, a resistência dos sedimentos, a velocidade da corrente, a estabilidade da estrutura e o risco de afundamento ou erosão também devem ser tidos em conta, uma vez que cada um destes fatores pode afetar tanto a qualidade das medições como o sucesso da recuperação. Em conjunto, estes fatores determinam se um módulo de aterragem bentónica é adequado para a missão prevista.
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