När en läkare kontrollerar en patient, de kan lyssna på patientens andning, ta deras temperatur, och diskutera kost. När du kollar på havet, forskare tar också syre, temperatur, och näringsämnesavläsningar. Men på grund av dess storlek och variation, att läsa havets vitala tecken är mycket mer utmanande än att bråka med den genomsnittlige patienten.

Även om förtöjningar och autonoma undervattensrobotar kan hjälpa till att övervaka havets hälsa, MBARI-ingenjörer och forskare har arbetat på ett nytt diagnostiskt verktyg - en kustprofileringsflotta - som kan stanna till sjöss under längre perioder utan att behöva ankare på havsbotten.

I två decennier, profilerande flöten i öppet hav har framgångsrikt spårat temperatur och salthalt. Argo-nätverket har cirka 3, 800 drivande flöten över hela världen, och projektet Southern Ocean Carbon and Climate Observations and Modeling (SOCCOM) har ungefär 200 flöten i södra oceanen. Alla dessa flottörer samlar in data och skickar dem tillbaka till land inom några timmar.

I motsats till vad namnet antyder, profilerande flöten flyter inte bara passivt i havet – de rör sig upp och ner. Öppet hav flyter tillbringar större delen av sin tid vid 1, 000 till 2, 000 meter (3, 280 till 6, 560 fot) djup, stiger upp till ytan var tionde dag tack vare en konstruerad simblåsa.

"Den yttre blåsan är utdragbar, och allt vi gör är att flytta olja fram och tillbaka från insidan till utsidan, " sa Gene Massion, MBARI:s ledande ingenjör i projektet. Att flytta olja utanför flottören och in i den yttre blåsan ökar dess volym utan att ändra flottörens massa, får den att stiga genom vattnet. Att flytta tillbaka olja inuti flottören minskar volymen, och därför flytkraften, låter flottören sjunka.

"Dessa flottörer är ett system som fungerar, sa Ken Johnson, en senior vetenskapsman vid MBARI. "De är också mycket billigare än forskningsfartyg, och behöver inte alls lika mycket personal för att driva eller underhålla."

Men det finns en viktig del av havet där dessa flöten är mindre effektiva - kustområden. Som en drivande tråd av kelp, flöten är utlämnade till strömmarna. I det öppna havet är lite fram och tillbaka rörelser inte oroande. Men längs kusten, flöten kan lätt stranda på stranden, gör dem oanvändbara. Som ett resultat, forskare saknar flytdata från kustregioner, de mest produktiva delarna av havet.

"För att förstå havets hälsa, du måste arbeta i kustområdena, där det mikroskopiska växtplanktonet och algerna vid basen av näringskedjan lever, " förklarade Massion. Efter att ha arbetat med både SOCCOM- och Argo-arrayerna, Johnson och hans team utvecklar nu en ny flottör designad för kusten.

En flottör som parkerar på havsbotten

MBARI-forskare designade kustprofileringsflottan specifikt för att övervinna utmaningarna med att arbeta i kustmiljön. Deras främsta knep är att ha floatparken på havsbotten mellan perioder av datainsamling. Flottören spenderar då mindre tid på att knuffas runt i vattenpelaren och eventuellt mot stranden.

En större, modifierad blåsa ger kustprofileringsflottan ett bredare flytförmåga. Större negativ flytkraft gör att flottören kan parkera säkert på den leriga botten. Större positiv flytkraft gör att flottören kan dyka upp ur den klibbiga havsbottenleran.

Istället för att göra en mätning var tionde dag, som Argo-svävarna, de kustnära profileringsflotterna kan röra sig upp och ner i vattenpelaren fyra gånger om dagen eller mer. På grund av den snabba variationen i kustmiljön, mätningar måste göras oftare nära kusten än i det öppna havet.

Än så länge, MBARI-forskare har byggt två olika modeller av kustflottor med samma kärnkomponenter. Ingenjörer byggde den första prototypen med en flytblåsa på botten av cylindern, ungefär som befintliga Argo float-designer. Deras andra design har blåsor på sidorna av kroppen för att minska risken att fastna i leran i havsbotten. "Det här är irriterande små problem när du arbetar i det riktiga havet som du måste hantera som ingenjör, sa Massion, "men båda metoderna är mycket genomförbara."

Så småningom hoppas ingenjörerna att flottörerna ska kunna bekämpa ström med ström. Om en ström på ett djup, eller på ytan, skjuter flottören farligt nära stranden, det finns ofta en ström på ett annat djup som flyter till havs. I teorin, flottören behöver bara hitta det djup vid vilket offshoreströmmen flyter. Att hitta den strömmen är en stor utmaning - en som Massion och hans team fortfarande tar itu med.

Massion testar också tröghetsmätenheter (IMUs), som de som används i vissa av MBARIs robotar, för att bestämma vilken riktning flottören rör sig. Denna teknik är mycket dyr men blir allt billigare och bättre.

Testa i vattnet

Under de senaste åren eller två, Massion och hans medingenjörer har åtgärdat de flesta felen och testat de mekaniska aspekterna av flottören. "Saken fungerade utmärkt, den gick upp och ner, vi kontrollerade hastigheten, vi höll djup; Det var häftigt, " sa Massion. Nu vill teamets forskare demonstrera dess funktionalitet genom att köra vetenskapsuppdrag. I vetenskapliga tillämpningar, data gör allt.

En grupp MBARI-forskare har redan utfört preliminära experiment med en kustprofileringsflotta i Monterey Bay. Prototypen flyter, utrustad med en sedimentfälla för att samla upp sjunkande partiklar av organiskt material (mat för djuphavsdjur), tillbringade en dag med att sväva runt 130 meter (426 fot) under ytan, provtagning med sex timmars intervall. MBARI-forskare analyserar fortfarande data från detta experiment.

Senare i år, teamet planerar att placera tre prototyper av kustprofileringsflottor i en triangulär uppsättning i Monterey Bay. Varje vår och sommar, stora algblomningar uppträder utanför vikens norra kust. Forskarna förväntar sig att dessa flöten kommer att hjälpa till att identifiera källan till de näringsämnen som driver dessa blomningar. Dessa flottörer kommer att användas i en månad eller mer. Om det behövs, forskarna kan samla dem, ladda sina batterier, och skicka ut dem igen.

Forskarna hoppas att kustprofilerande flottörer också kan användas för att studera "döda zoner" med låg syrehalt — områden i havet där det mesta marint liv dör eller lämnar på grund av låga syrehalter. Utanför kustområdena, flottören kan vara användbar för att studera arktiska och sötvattensystem. Den stora blåsan kommer att fungera bra i sådana områden, där smältande is eller utlopp från kustfloder resulterar i sötvatten med låg densitet vid ytan och ökande densitet med djupet.

Flottörerna bär för närvarande instrument som mäter syre, nitrat, pH, temperatur, salthalt, partiklar, solljus, och klorofyll (en indikator på alger). Sensorer kan bytas ut eller läggas till enligt forskarnas behov. "Just nu, flottören är mer som en pickup än, låt oss säga, en Ferrari, ", sa Johnson. När forskarna fortsätter att förfina flottördesignen, han förutser att både flottörerna och instrumenten blir mer strömlinjeformade och kompakta.

"Med dessa instrument, vi kan mäta havets grundpuls, sa Johnson, "Om det finns problem i ett område, vi kan sedan hänvisa fartyg att genomföra mer detaljerade studier." För närvarande, dessa flottörer kommer att ge forskarna tillräckligt med data för att kunna läsa om patientens hälsa.