Enorma system av roterande vattenmassor – kallade gyres – bildas i hav och stora sjöar. Två EPFL-laboratorier, arbetar med University of California, Davis, använder ett undervattenssegelflygplan för att utforska ett sådant gyre i Genèvesjön och lära sig mer om hur det påverkar den tredimensionella strukturen i det akvatiska ekosystemet.

I en första för Genèvesjön, forskare är på väg att få en aldrig tidigare skådad insikt i gyres inflytande på sjöns ekologi tack vare ett undervattenssegelflygplan på lån från USA. Det gula tvåvingade fordonet, som kan dyka ner till 1, 000 meter under havets yta, kommer att göra mätningar av Genèvesjöns turbulens under flera veckor.

Ocean gyres, som matas av vinden och jordens rotation, är hundratals kilometer tvärs över. Genom centripetalkraften, som ett exempel, de förvandlar plastavfall i havet till enorma virvlar av sopor.

Gyres förekommer också i Genèvesjön, resultatet av sjöns topografiska form och den rådande vinden längs sjöaxeln. Från juni till oktober, två gyres, var och en cirka 10 kilometer i diameter, bildas ofta i de bredaste delarna av sjön sydväst om Morges och sydost om Lausanne. Forskarna bestämde sig för att studera den första, där det finns färre båtar runt omkring som kan kollidera med glidplanet när det dyker upp.

Vi har fortfarande mycket att lära om gyres. Fråga bara Alexander LeBaron Forrest, professor vid University of California, Davis, och en toppexpert på detta område. Han har lett flera forskningsprojekt kring gyres runt om i världen med hjälp av autonoma robotar. Han har också samlat in data i Lake Tahoe i Kalifornien, som liknar Genèvesjön på flera sätt. "Vårt mål är att mäta turbulens i gyren så exakt som möjligt, så att vi kan lära oss mer om hur hydrodynamiken påverkar sjömiljön."

Vad rör gyret vid den östra änden av Genèvesjön upp i mitten av sjön och spolas ut på sjöstranden?

Vilken påverkan har den på de näringsämnen som den drar upp till ytan eller ner till djupet? Vilken roll spelar den för att syresätta vattenytan? Hur mycket klorofyll rymmer det? Oscar Sepúlveda, från EPFL:s Physics of Aquatic Systems Laboratory (APHYS), hoppas kunna identifiera gyrets påverkan på lagret av växtplankton som bildas varje sommar i sjöns vatten:"Jag skulle vilja veta om den turbulenta blandningen som orsakas av gyret påverkar strukturen och fördelningen av växtplankton i sjön."

För att svara på alla dessa frågor, det tog expertis från Alcherio Martinoli som leder doktorandprogrammet i robotik, Control and Intelligent Systems (DISAL) men också ett batteri av sensorer integrerade i sina egna robotar. Dessa inkluderar en miniatyriserad högfrekvent temperatursensor implementerad i EPFL:s labb av Hydromea, en av skolans startups.

"Vi brukade samla in data genom att fästa sensorer på en profilerare och släppa dem rakt ner i vattnet från en båt. Vi lärde oss mycket om turbulens och utbyte med sedimentet med den här tekniken, men tyvärr bara på specifika platser. Med detta avancerade segelflygplan från UC Davis, vi kommer att kunna täcka mycket stora områden inom gyret, säger Johny Wüest, som leder APHYS-labbet och är även forskare i akvatisk fysik vid det schweiziska federala institutet för vattenvetenskap och teknologi (Eawag).

Segelflygplanet kan arbeta autonomt i flera dagar åt gången, dyker upp var fjärde timme för att överföra en del av dess data via en satellitanslutning. Eftersom det inte är självgående, segelflygplanet stör inte de mätningar det tar. Den kan sjunka till ett maximalt djup av 250 meter i Genèvesjön, rör sig upp och ner när den glider genom att ändra sin tyngdpunkt och batteriernas läge. Denna jojo-bana innebär att den kan samla in data både vertikalt och i sidled under hela sin resa på många km.