Robotar undersöker havets botten
Det som sker på havets botten studeras bäst på plats. Där nere är det svårt för människor att arbeta, och därför tar man hjälp av tekniken. En forskargrupp vid Göteborgs universitet är världsledande när det kommer till studier med så kallade bottenlandare.
I bottensedimenten finns viktig information om framtiden för våra hav och hela vår planet. Här lagras näring och miljögifter som läckt ut i havet, men också stora mängder kol, vilket är avgörande för klimatet. Att undersöka vad som läcker ut och lagras i sedimenten är alltså mycket intressant såväl i grundare områden, som Östersjön, som i de stora djuphavsslätterna som täcker mer än hälften av jordens yta.
Oavsett vad man söker i sedimenten så vill man undvika så många felkällor som möjligt. Att ta upp sediment från sin naturliga miljö till ett laboratorium är inte optimalt. Förutom mekanisk påverkan förändras då bland annat tryck, temperatur, ljus och syre, samtidigt som både djur och bakterier påverkas. Det bästa sättet är istället att göra mätningarna och experimenten direkt vid havsbotten. Det är här robotarna kommer in. Sedan 25 år har man vid Göteborgs universitet utvecklat självgående robotar, så kallade bottenlandare, och använt dem i forskningen. Dessa farkoster gör automatiska sediment-vattenmätningar direkt vid havsbotten, och gör det också möjligt att simulera olika typer av händelser och processer på bottnen som man vill studera. Sammanlagt har bottenlandarna använts mer än 300 gånger och som mest på nära 6 000 meters djup. Detta har resulterat i många vetenskapliga publikationer och internationellt samarbete med en rad olika forskargrupper.
Robotarna används i en mängd olika bottenmiljöer. Här pågår mätningar i grumligt vatten under en musselodling. Foto: Daniel Taylor.
Närstudier på djupet
Hur fungerar då en bottenlandare? Man kan säga att mätningarna går ut på att stänga inne en liten del av havsbotten med överliggande vatten och sedan mäta vad som läcker ut eller tas upp av sedimenten.
Efter att ha förberett landarna på däck skickas de ner till botten, antingen genom att hänga dem i en tamp och försiktigt hissa ner dem till botten om vattnet är grunt eller helt autonomt med hjälp av en skyttel. Denna sjunker med hjälp av vikter för att landa på botten och flyter till ytan när vikterna släppts när mätningarna är färdiga.
Väl på botten börjar roboten arbeta. De så kallade inkubationskamrarna trycks försiktigt ned i sedimentet och lämnas öppna för att ventileras i ett antal timmar. Därefter stängs locken till kamrarna automatiskt av en minidator och mätningarna börjar. En motor rör om vattnet inne i kammaren medan sensorer mäter inuti och utanför kamrarna och ett antal automatiska sprutor tar tidsserier av vattenprover från det inneslutna vattnet.
Sensorerna mäter salthalt, temperatur, tryck, grumlighet, syrgas och ibland koldioxid. Beroende på hur biologiskt och kemiskt aktiva sedimenten är kan försöken pågå i mellan 6 timmar i sediment med mycket organiskt material, och upp till 72 timmar i lågaktiva sediment som till exempel finns i djuphavet eller på många ställen i Medelhavet.
När mätningarna är färdiga släpps vikterna som håller landaren vid botten med en akustisk fjärrkontroll så att den stiger till ytan, eller vinschas upp om man är på grunt vatten. När den lyfts ombord kontrolleras sensordata för att avgöra om allt gått enligt plan och om vatten- och sedimentproverna ska tas tillvara för vidare analyser.
Simulerar syrebrist
Bottenlandarnas unika möjligheter att mäta vad som händer vid botten har spelat en viktig roll för att bättre förstå hur betydelsefulla sedimenten är för havsmiljön. Flera projekt har fokuserat på syreförbrukning och läckage av näringsämnen från sedimentet. I Östersjön, där mycket näring har läckt ut från land och lagrats i botten genom åren, kan sedimenten bidra med minst 80 procent av det fosfor som tillförs Östersjöns vatten. Överskott av fosfat leder ofta till att cyanobakterier blommar och skapar problem på sommaren. Läckaget styrs i huvudsak av syreförhållandena vid botten. När syrehalten sjunker frigörs fosfat. Även balansen mellan flera grundämnen påverkas av lågt syrehalt, och djuren som lever i och på botten kan dö.
För att klara extremt tryck och fungera tillförlitligt under lång tid har landarna flera smarta tekniska lösningar. Noggrant underhåll mellan expeditioner är en förutsättning för framgång. Foto: Anna Apler.
Landarna har också anpassats för att kunna göra kontrollerade experiment på botten. Man kan till exempel låta syrenivåerna sjunka till noll och följa i detalj hur detta påverkar läckaget av näringsämnen och föroreningar. Ökar man omrörningshastigheten så att det inneslutna sedimentet virvlas upp kan man också simulera de effekter naturliga processer som starka strömmar och vågor eller mänsklig aktivitet som trålning och muddring har på sedimentet. På det sättet har man kunnat konstatera ökad syreförbrukning, bindning av fosfat till partiklar, och frisättning av vissa föroreningar.
I ett annat försök injicerades kalkrik lera, märgel, som är en biprodukt från cementproduktion, i kamrarna. Här ville man se om detta kunde vara en möjlig metod för att permanent binda fosfat till sedimentet i en syrefri miljö. Experimentet genomfördes på 104 meters djup i Kanholmsfjärden i Stockholms skärgård. Det visade att läckaget av fosfat från sedimentet kunde reduceras till ungefär hälften genom att bindas till kalkrik lera.
Från kust till djuphav
Olika typer av förorenade sediment har undersökts med bottenlandare, till exempel bottnen under fisk- och musselodlingar, läckage från kvicksilverrika cellulosafiberbankar utanför pappersbruk och sediment som läcker arsenik från dumpad kemisk ammunition från andra världskriget.
När robotarna har arbetat på större djup, så som Nordatlantens djuphavsslätter (4500-4800 meters djup) eller i de allra djupaste delarna av Arktis (Molloydjupet är runt 5680 meter djupt), har mätningarna i huvudsak varit fokuserade på att förstå vilken roll sådana sediment spelar i de globala kol- och näringscyklerna.
I år kommer landarna först att användas i Östersjön där man under flera år har kartlagt läckage av näringsämnen från sedimenten. Dessa studier har inkluderat effekter av inströmning av syrerikt bottenvatten. Därefter kommer landarna användas i västsvenska fjordar, och senare i höst skeppas en av landarna till Kalifornien där forskare från Göteborgs universitet är inbjudna att delta i en amerikansk Stilla havs-expedition med fokus på det organiska och oorganiska kolets omsättning i djuphavet.