Los investigadores del AOML han adoptado un enfoque innovador para estudiar la cambiante química del carbonato del agua de mar en los sitios de arrecifes de coral poco profundos. Utilizando la tecnología de impresión en 3D hecha posible por el nuevo Laboratorio de Fabricación y Diseño Avanzado del AOML, los investigadores han podido crear su propio muestreador de agua dentro del laboratorio.
El nuevo instrumento, un muestreador automatizado de subsuelo, o SAS, minimiza algunos de los obstáculos financieros que se encuentran en la realización de investigaciones marinas al servir como una alternativa de bajo costo y de fuente abierta a los muestreadores de agua existentes. Su sencillo diseño también se modifica fácilmente para adaptarse a la evolución de las necesidades de la investigación.
El muestreador automatizado del subsuelo fue diseñado y construido por los ecologistas de corales, el Dr. Ian Enochs y Nathan Formel. El instrumento se concibió para hacer frente a dos de los mayores obstáculos para la investigación marina: el tiempo y el costo. "Los problemas de tiempo y costo son los mayores obstáculos que a menudo se enfrentan en la investigación marina", dijo Enochs. "Nuestro objetivo era superar estos problemas, facilitando el estudio de la química del carbonato en los hábitats de arrecifes poco profundos".
Antes del desarrollo del muestreador automatizado del subsuelo, la mayoría de las muestras de agua recogidas en los sitios de arrecifes se hacían manualmente. Aunque existen muestreadores automatizados de agua, su diseño es propietario, lo que añade un costo inflado a su uso. También suelen ser de tamaño poco manejable, limitados a muestras únicas, y no siempre son funcionalmente aplicables a los entornos de aguas poco profundas.
El muestreador hace más eficiente el trabajo de campo al permitir a los investigadores estudiar la química del carbonato de los arrecifes de coral a escalas espaciales y temporales más finas. Se puede programar para recoger muestras de agua y mediciones de temperatura en fechas y horas predeterminadas. Además, su tamaño compacto permite a los investigadores desplegar múltiples instrumentos y recogerlos en una fecha posterior para el análisis en laboratorio de la química del agua en diferentes puntos de un sitio de arrecifes o en diferentes momentos dentro de un área.
La absorción a largo plazo de dióxido de carbono por parte del océano ha hecho que el agua de mar se vuelva gradualmente más ácida. Este fenómeno, ampliamente conocido como acidificación oceánica, afecta negativamente a los ecosistemas de los arrecifes de coral. Mientras que la química del carbonato del océano abierto muestra una clara tendencia a la disminución del pH del agua de mar, los sistemas de aguas poco profundas son intrínsecamente más dinámicos. Las fluctuaciones en la química del agua se producen a lo largo de escalas de tiempo que van desde la diaria hasta la estacional. Para caracterizar con precisión su variabilidad y vigilar las tendencias de la acidificación del océano, se necesita un muestreo de alta frecuencia.
Los trabajos comenzaron en 2015 para desarrollar el primer prototipo de muestreador capaz de desplegarse en sitios de arrecifes a profundidades de 15 metros (49 pies) y programado de antemano para recoger dos muestras de 500 ml en tiempos preestablecidos. "Queríamos crear algo que maximizara nuestra efectividad en la recolección de datos de acidificación oceánica en los arrecifes de coral", dijo Enochs. "Para ello, necesitábamos un dispositivo impermeable para recoger muestras de agua de forma fiable, al menos con la misma eficacia que la práctica común actual, pero también lo suficientemente fuerte para soportar las condiciones de agua a menudo agitadas que se encuentran en los hábitats de los arrecifes poco profundos cercanos a la costa. Debido a que las condiciones son dinámicas, también necesitábamos que el instrumento fuera adaptable y programable en el campo. Construimos una pequeña pantalla de bajo consumo y un receptor de infrarrojos en la unidad que puede ser programado con un control remoto de mano, incluso bajo el agua".
Aprovechando su riqueza colectiva de experiencia en investigación marina, los científicos del AOML han probado y refinado desde entonces este primer prototipo, lo que ha llevado a la producción de lo que ahora es el muestreador automatizado del subsuelo. Como resultado, los investigadores están preparados para determinar mejor cómo se han producido cambios en el carbono inorgánico disuelto, la alcalinidad total y la acidez del océano a lo largo del tiempo y el espacio en los sitios de los arrecifes de coral, lo que aumenta su comprensión de estos frágiles ecosistemas.
Si bien los científicos del AOML están utilizando la tecnología de impresión en 3D para lograr sus objetivos de investigación, también se han comprometido a garantizar que la ciencia sea accesible y siga siendo de código abierto. Las instrucciones detalladas sobre cómo construir los muestreadores y los circuitos que los alimentan están disponibles en línea en www.coral.noaa.gov/accrete/sas. Las guías de construcción y operación, junto con el código del muestreador, los archivos de diseño de impresión 3D, los archivos de corte por láser y los archivos de diseño de la placa de circuitos, también están disponibles para su descarga. Además, los planes de lecciones desarrollados en conjunto con las soluciones de FarOutreach están disponibles en línea para enseñar a los estudiantes sobre la acidificación oceánica, así como la ingeniería y el diseño basado en preguntas.
El SAS es utilizado actualmente por el Programa Nacional de Vigilancia de Arrecifes de Coral de la NOAA https://www.coris.noaa.gov/monitoring/ y por científicos del Laboratorio Marino Mote, la Universidad de Filipinas, la Universidad de Texas A&M, la Universidad de Hawai, la Escuela Superior Politécnica del Litoral (Ecuador), y la Universidad de Concepciόn (Chile), entre otros.