Aan een oceaan valt heel wat te meten. Hoe warm is het water, hoeveel CO2 bevat het, hoe hoog zijn de golven, hoe hard waait de wind, en ga zo maar door. De informatie is onder andere van belang voor klimaatonderzoek. Zo hangt de hoeveelheid CO2 in de lucht nauw samen met het CO2-gehalte van water. Het meten van zulke gegevens is echter niet eenvoudig. De omstandigheden zijn lastig (zet maar eens midden in de Atlantische Oceaan een meetapparaat dat ook nog eens lang en goed moet blijven werken) en het onderzoeksgebied is erg groot.
Het bedrijf Liquid Robotics denkt de oplossing gevonden te hebben: de Wave Glider. Een onbemand vaartuigje, vol met sensoren, dat zonder verdere hulp de zee verkent. En natuurlijk gegevens naar het thuisfront stuurt.
Schip of kabel
De Wave Glider werd in 2005 bedacht door Roger Hine, die vond dat onderzoek op zee goedkoper en makkelijker moest kunnen. Nu wordt het werk vaak gedaan door grote onderzoeksschepen, waarmee niet alle plekken te bereiken zijn. Daarnaast kost het gebruik van zo’n boot als snel meer dan dertigduizend euro per dag.
Een andere veelgebruikte methode is deep sea mooring. Daarbij wordt een lange kabel met onderzoeksapparatuur vastgezet op de bodem, om zo gedurende een langere tijd de waterkolom te monitoren (zie afbeelding hiernaast). De stroming wordt bijvoorbeeld gemeten, evenals de hoeveelheid ronddolend materiaal (sediment) en de stroming.
Als het onderzoek klaar is, kan de kabel binnenboord worden gehaald via een apparaatje vlak boven het gewicht. Deze acoustic releaser reageert op een signaal vanaf een schip en maakt de kabel los van het gewicht, waardoor het geheel naar de oppervlakte stijgt. Dat gaat niet altijd goed, want zo diep onder water heeft het mechanisme al snel last van vervuiling en roest.
Klein, maar fijn
Tegenwoordig wordt voor oceanografisch onderzoek ook vaak gebruikgemaakt van zogeheten gliders. Dat zijn autonomous underwater vehicles (UUVs): vaartuigen die zelfstandig onder water varen. De meeste hebben een batterij aan boord om een motor van stroom te voorzien of voor een systeem dat het drijfvermogen aanpast. In dat laatste geval beweegt de glider verticaal door het water door zich steeds te laten zinken en vervolgens omhoog te komen door het drijfvermogen aan te passen. Vleugels aan de zijkanten zorgen ervoor dat het vaartuig niet precies recht op- en neergaat, maar ietsje schuin, zodat de glider een klein beetje vooruit komt.
De Wave Glider van Liquid Robotics doet het anders. Allereerst is het een tweedelig systeem. Het eerste deel (de float) drijft op het water, met daarop een GPS-sensor en zonnepanelen. Het tweede deel (de glider) bevindt zich onder water en is met een lang touw aan het eerste deel verbonden.
Het bijzondere zit hem in de vleugels op de glider. Door het op- en neergaan van de float (door de golven) gaan ook de vleugels op de glider op en neer en hierdoor beweegt het onderste deel naar voren. Met als gevolg dat ook de float verder vaart, want die is tenslotte aan de glider verbonden.
Het mooie van dit systeem is dat er geen stroomvoorziening nodig is om de Wave Glider op pad te sturen. Door de kracht van de golven haalt het vaartuig gemiddeld anderhalve knoop, wat neerkomt op bijna drie kilometer per uur. Dat is niet heel hard (je loopt gemiddeld vijf kilometer per uur), maar dat hoeft ook niet. Het gaat tenslotte om het verzamelen van data.
Positie
Ook de positie wordt voortdurend bepaald. Een Automatic Indentification System zorgt ervoor dat het vaartuig zichtbaar is voor het scheepverkeer. En voor ons, want je kunt vaartuigen met zo’n systeem volgen op een speciale website.
Meten, meten, meten
De float heeft allerlei sensoren aan boord (van stroom voorzien door de zonnepanelen) voor het verzamelen van onderzoeksdata. Er is bijvoorbeeld een Seabird GPCTD, waarbij de letters staan voor ‘Glider Payload Conductivity, Temperature, Depth’. Het is een apparaat waarmee je de temperatuur, de diepte en het zoutgehalte van het water meet. Met deze gegevens wordt vervolgens de dichtheid berekend, een belangrijke eigenschap voor oceanografen. De dichtheid speelt een cruciale bij zeestromen en warmtecirculatie, doordat water met hoge dichtheid onder water met lage dichtheid zinkt.
De Seabird GPCTD is ook voorzien van een Dissolved Oxygen Sensor, oftewel een sensor die de hoeveelheid zuurstof in het water meet. Voor het leven in de zee is het natuurlijk belangrijk dat er voldoende zuurstof is. Daarnaast is er nog een Datawell MOSE-G Directional Wave Sensor om de golven te meten (hoe hoog, hoe snel, welke kant), een Airmar PB200 WeatherStation voor informatie over de lucht (temperatuur, druk, windsnelheid, windrichting) en een Turner Designs C3 Submersible Fluorometer die de fluorescentie van bladgroen en ruwe olie bepaalt. De hoeveelheid bladgroen is een indicatie voor de aanwezigheid van fytoplankton, wat een belangrijke voedselbron in de oceaan is.
Op pad
Op dit moment ligt de vloot in de Monterey Bay in Californië (VS) om naar Hawaï te varen en daarvandaan door naar Japan en Australië.
Beroemde naamgevers
De namen van de Wave Gliders zijn afgeleid van beroemde oceanografen en navigators. Ze heten Piccard Mura (naar Jacques Piccard, onderzoeker van de Marianentrog), Fontaine Maru (naar Matthew Fontaine, schrijver van het eerste boek over oceanografie), Benjamin (naar Benjamin Franklin, die de Golfstroom in kaart bracht) en Papa Mau (naar Mau Piailug, navigator die Hawaïaanse navigatietechnieken demonstreerde).
De Wave Gliders gaat op pad zodra de techniek voldoende is getest en de weersomstandigheden gunstig zijn. Als ze de reis succesvol voltooien, hebben ze meer dan twee miljoen datapunten verzameld en een nieuw wereldrecord gevestigd voor ‘langste reis met een onbemand vaartuig’.
Alle data is real-time te zien op hun website. Om wetenschappers aan te sporen de informatie te gebruiken, is Liquid Robotics een wedstrijd gestart. De opdracht van de PacX Challenge luidt: welke onderzoeksvraag kunnen we beantwoorden met de gegevens? Degene met de beste vraag mag zes maanden gratis gebruikmaken van de Wave Glider om zijn of haar antwoord te vinden.
Bronnen
- Wood, Stephen, ‘Autonomous Underwater Gliders’, Intelligent Underwater Vehicles, I-Tech Education and Publishing, Austria 2009.
- Manley et al., ‘The Wave Glider: A persistent platform for ocean science’, OCEANS 2010 IEEE – Sydney, 2010, doi: 10.1109/OCEANSSYD.2010.5603614
- Willcox et al., ‘An autonomous mobile platform for underway surface carbon measurements in open-ocean and coastal waters’, OCEANS 2009, MTS/IEEE Biloxi – Marine Technology for Our Future, 2009
Zie ook:
- Volg het blog van de Wave Gliders (Engelstalig)
- Lees meer over instrumenten voor oceaanonderzoek (Engelstalig)
- Een mooie slideshow over de Wave Gliders (Engelstalig)
- Lees meer over deep sea mooring (Engelstalig)
- Artikel op Kennislink over onderzoek op zee
Lees meer over onderwaterexpedities op Kennislink
Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/zeebodem/sonar/diepzeeonderzoek/index.atom?m=of", “max”=>"7", “detail”=>"minder"}