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2021-07-28¿Qué pasará con las plumas de sedimentos asociadas a la minería de aguas profundas?

MIT |Crece el interés por la extracción de metales valiosos del océano. Un nuevo estudio ayuda a calibrar el alcance del impacto.

En ciertas partes de las profundidades del océano, esparcidas por el fondo marino, yacen rocas del tamaño de una pelota de béisbol con capas de minerales acumuladas durante millones de años. Se calcula que una región del Pacífico central, llamada Zona de Fractura Clarion Clipperton (CCFZ), contiene vastas reservas de estas rocas, conocidas como "nódulos polimetálicos", que son ricos en níquel y cobalto, minerales que se extraen habitualmente en tierra para la producción de baterías de iones de litio en vehículos eléctricos, ordenadores portátiles y teléfonos móviles.

A medida que aumenta la demanda de estas baterías, se están realizando esfuerzos para extraer del océano estos nódulos ricos en minerales. Estos planes de minería de aguas profundas proponen enviar vehículos del tamaño de un tractor para aspirar los nódulos y enviarlos a la superficie, donde un barco los limpiaría y devolvería al océano los sedimentos no deseados. Pero actualmente se desconocen las repercusiones de la minería de aguas profundas, como el efecto de los sedimentos vertidos en los ecosistemas marinos y su comparación con la minería tradicional en tierra.

Ahora, oceanógrafos del MIT, del Instituto Scripps de Oceanografía y de otros centros han llevado a cabo por primera vez un experimento en el mar para estudiar la pluma de sedimentos turbulentos que los buques mineros podrían devolver al océano. Basándose en sus observaciones, desarrollaron un modelo que hace predicciones realistas de cómo se transportaría por el océano una pluma de sedimentos generada por las operaciones mineras.

El modelo predice el tamaño, la concentración y la evolución de las plumas de sedimentos en diversas condiciones marinas y mineras. Según los investigadores, los biólogos y los organismos reguladores del medio ambiente pueden ahora utilizar estas predicciones para evaluar si esas plumas podrían afectar a la vida marina circundante y en qué medida.

"Hay muchas especulaciones sobre el impacto ambiental [de la minería de aguas profundas]", dice Thomas Peacock, profesor de ingeniería mecánica del MIT. "Nuestro estudio es el primero de este tipo sobre estas plumas de aguas intermedias, y puede contribuir de forma importante al debate internacional y al desarrollo de normativas en los próximos dos años".

El estudio del equipo aparece hoy en Nature Communications: Earth and Environment.

Entre los coautores de Peacock en el MIT se encuentran el autor principal, Carlos Muñoz-Royo, Raphael Ouillon, Chinmay Kulkarni, Patrick Haley, Chris Mirabito, Rohit Supekar, Andrew Rzeznik, Eric Adams, Cindy Wang y Pierre Lermusiaux, junto con colaboradores de Scripps, el Servicio Geológico de Estados Unidos e investigadores de Bélgica y Corea del Sur.

En el mar

Se espera que las propuestas actuales de extracción en aguas profundas generen dos tipos de penachos de sedimentos en el océano: los "penachos colectores" que los vehículos generan en el fondo marino mientras circulan recogiendo nódulos a 4.500 metros de profundidad; y posiblemente los "penachos de media agua" que se descargan a través de tuberías que descienden 1.000 metros o más en la zona afótica del océano, donde la luz solar rara vez penetra.

En su nuevo estudio, Peacock y sus colegas se centraron en el penacho de media agua y en cómo se dispersaría el sedimento una vez descargado de una tubería.

"La ciencia de la dinámica de la pluma para este escenario está bien fundada, y nuestro objetivo era establecer claramente el régimen dinámico de tales plumas para informar adecuadamente los debates", dice Peacock, que es el director del Laboratorio de Dinámica Ambiental del MIT.

Para precisar esta dinámica, el equipo salió al mar. En 2018, los investigadores se embarcaron en el buque de investigación Sally Ride y zarparon a 50 kilómetros de la costa del sur de California. Llevaron consigo un equipo diseñado para descargar sedimentos a 60 metros de profundidad en la superficie del océano.  

"Utilizando principios científicos fundamentales de la dinámica de fluidos, diseñamos el sistema de manera que reprodujera completamente una pluma a escala comercial, sin tener que bajar a 1.000 metros o navegar varios días hasta el centro de la CCFZ", dice Peacock.

A lo largo de una semana, el equipo llevó a cabo un total de seis experimentos con penachos, utilizando novedosos sistemas de sensores, como un sonar Doppler de matriz en fase (PADS) y un epsilómetro desarrollado por los científicos de Scripps, para controlar por dónde viajaban los penachos y cómo evolucionaban en forma y concentración. Los datos recogidos revelaron que el sedimento, al ser bombeado inicialmente por una tubería, era una nube muy turbulenta de partículas en suspensión que se mezclaba rápidamente con el agua oceánica circundante.

"Se especulaba con que este sedimento formaría grandes agregados en la pluma que se depositarían con relativa rapidez en las profundidades del océano", afirma Peacock. "Pero descubrimos que la descarga es tan turbulenta que rompe el sedimento en sus piezas constitutivas más finas, y a partir de ahí se diluye tan rápidamente que el sedimento no tiene entonces la oportunidad de adherirse".

Dilución

El equipo había desarrollado previamente un modelo para predecir la dinámica de una pluma que se vertiera en el océano. Cuando introdujeron las condiciones iniciales del experimento en el modelo, éste produjo el mismo comportamiento que el equipo observó en el mar, lo que demostró que el modelo podía predecir con precisión la dinámica de la pluma en las proximidades del vertido.

Los investigadores utilizaron estos resultados para proporcionar la información correcta para las simulaciones de la dinámica del océano para ver hasta dónde llevarían las corrientes el penacho liberado inicialmente.

"En una operación comercial, el barco siempre está descargando nuevos sedimentos. Pero, al mismo tiempo, la turbulencia de fondo del océano siempre está mezclando cosas. Así que se llega a un equilibrio. Hay un proceso de dilución natural que ocurre en el océano y que establece la escala de estos penachos", dice Peacock. "La clave para determinar la extensión de los penachos es la fuerza de la turbulencia oceánica, la cantidad de sedimento que se vierte y el nivel de umbral ambiental en el que hay impacto".

A partir de sus conclusiones, los investigadores han desarrollado fórmulas para calcular la escala de un penacho en función de un determinado umbral ambiental. Por ejemplo, si los reguladores determinan que una determinada concentración de sedimentos podría ser perjudicial para la vida marina circundante, la fórmula puede utilizarse para calcular hasta dónde se extendería una pluma por encima de esa concentración y qué volumen de agua oceánica se vería afectado en el transcurso de una operación de extracción de nódulos de 20 años.

"En el centro de la cuestión medioambiental que rodea a la minería de aguas profundas está la extensión de las plumas de sedimentos", dice Peacock. "Es un problema multiescala, desde los sedimentos a escala micrométrica hasta los flujos turbulentos y las corrientes oceánicas a lo largo de miles de kilómetros. Es un gran rompecabezas, y estamos equipados de forma única para trabajar en ese problema y proporcionar respuestas fundadas en la ciencia y los datos."

El equipo está trabajando ahora en las plumas colectoras, tras haber regresado recientemente de varias semanas en el mar para realizar el primer seguimiento ambiental de un vehículo colector de nódulos en las profundidades del océano en más de 40 años.

Esta investigación ha sido apoyada en parte por la Iniciativa de Soluciones Medioambientales del MIT, el Programa UC Ship Time, el MIT Policy Lab, el 11th Hour Project de la Schmidt Family Foundation, la Benioff Ocean Initiative y la Fundación Bancaria "la Caixa".



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