Exploración submarina

La exploración subacuática consiste en la exploración de cualquier entorno submarino , ya sea mediante la observación directa del explorador o mediante la observación y medición remotas bajo la dirección de los investigadores. La exploración sistemática y específica es el método más eficaz para comprender mejor el océano y otras regiones submarinas, de modo que puedan gestionarse, conservarse y regularse eficazmente, y sus recursos puedan descubrirse, accederse y utilizarse. Menos del 10 % del océano ha sido cartografiado con detalle, aún menos se ha observado visualmente , y la diversidad total de la vida y la distribución de las poblaciones son igualmente desconocidas.

Los tipos de exploración incluyen la investigación de la forma y extensión de la masa de agua o parte de ella, la investigación de las características geológicas del lecho marino y sus equivalentes de agua dulce, y la investigación de la estructura geológica, los estratos y los sedimentos que subyacen a la masa de agua, la investigación de las características físicas y ecológicas de la masa de agua y sus accidentes geográficos, el descubrimiento e investigación de naufragios y yacimientos arqueológicos, y la observación visual directa y remota de lo que hay allí.

Los océanos se pueden dividir en aguas profundas y aguas costeras. Las aguas continentales son mayoritariamente dulces y consisten en ríos, lagos y aguas subterráneas, algunas de las cuales se encuentran en cuevas accesibles.

La exploración submarina es en gran medida un desarrollo reciente, ya que depende en gran medida de tecnología bastante avanzada en casi todo el territorio pertinente.

La exploración es el proceso de explorar, que se ha definido como (entre otros posibles significados): ^{[ 1 ]}

• Examinar o investigar algo sistemáticamente.
• Viajar a algún lugar en busca de descubrimientos.
• Buscar la experiencia de primera mano.
• Vagar sin ningún objetivo o propósito en particular.

Según la definición, esto no requiere necesariamente la presencia del explorador en el punto de investigación, por lo que se incluye la exploración del entorno subacuático mediante equipos operados a distancia, mediciones remotas y dispositivos autónomos programados para explorar dicho entorno. Los estudios del entorno subacuático, en particular los estudios geográficos, también se consideran exploración subacuática en un sentido amplio, ya que constituyen una forma de investigación sistemática para obtener información aún desconocida con el nivel de detalle deseado.

La investigación sistemática es propia de la ciencia, tanto profesional como amateur, especialmente cuando los hallazgos se publican para beneficio de la comunidad científica en general. Algunos resultados de la investigación sistemática se mantienen ocultos al público por razones comerciales y políticas.

Viajar en busca de descubrimientos es un lujo que la mayoría de las personas y organizaciones no pueden permitirse. Esta forma de exploración es, en gran medida, dominio de los ricos y los apasionados. Cuando se cuenta con apoyo financiero, las investigaciones tienden a volverse sistemáticas y específicas.

Buscar experiencias de primera mano y vagar sin un objetivo o propósito específico es una forma de recreación, y los descubrimientos derivados de esta exploración suelen ser personales, limitados y repetitivos, ya que distintas personas exploran el mismo entorno en momentos diferentes. Los descubrimientos por esta vía tienden a publicarse solo cuando se encuentra algo claramente inusual, y es probable que se difundan como noticias.

El alcance de la exploración subacuática incluye la distribución y variedad de la vida marina y acuática, la medición de la distribución geográfica de las propiedades químicas y físicas, incluido el movimiento del agua, y las características geofísicas, geológicas y topográficas de la corteza terrestre donde está cubierta por agua. ^{[ 2 ]}

La exploración sistemática y dirigida es el método más eficaz para comprender mejor el océano y otras regiones submarinas, de modo que puedan gestionarse, conservarse y regularse eficazmente, y sus recursos puedan descubrirse, accederse y utilizarse. El océano cubre aproximadamente el 70 % de la superficie terrestre y desempeña un papel fundamental en el sustento de la vida en el planeta, pero el conocimiento y la comprensión del océano siguen siendo limitados debido a la dificultad y el coste de acceso. ^{[ 3 ]}

La distinción entre exploración, encuesta y otras formas de investigación es algo difusa, y una manera de entenderlo es considerar las encuestas e investigaciones iniciales como exploración, ya que se recopila información previamente desconocida. La actualización y el refinamiento de los datos son menos exploratorios, pero aún pueden constituir una exploración para las personas involucradas, en el sentido de que la experiencia es nueva para ellas.

• Investigación de la forma y extensión de una masa de agua o parte de ella. (oceanografía)
  • Teledetección acústica y satelital, altímetros de radar
  • Sonar de alta resolución con multihaz
  • Medición directa por buceadores de la estructura de cuevas y arrecifes utilizando medidor de profundidad , brújula , clinómetro y cinta métrica , sonar portátil y otros instrumentos cuando corresponda.
• Investigación de las características geológicas del lecho marino y sus equivalentes de agua dulce, e investigación subterránea de la estructura geológica, los estratos y los sedimentos.
• Investigación de las características físicas y ecológicas del cuerpo de agua y de los accidentes geográficos que lo contienen.
  • Identificación y registro del número y distribución de especímenes biológicos.
  • Recolección de muestras biológicas mediante buzos, dragas, redes, dragas y sumergibles tripulados y no tripulados.
  • Radiómetros infrarrojos y de microondas para la medición de la temperatura de la superficie del mar.
  • Muestreo del fondo: Grabs , dragas , muestreador de núcleos por gravedad, muestreador de núcleos de pistón, muestreador de núcleos de pistón hidráulico ^{[ 2 ]} taladro de núcleos
  • Medición y registro de las características físicas y químicas del agua.
• Descubrimiento e investigación de naufragios y yacimientos arqueológicos.
  • Magnetómetro , sonar multihaz
• Observación visual directa y remota
  • Buzos y sumergibles de observación tripulados , vehículos submarinos operados a distancia y vehículos submarinos autónomos , vídeo y fotografía .

Los océanos se pueden dividir en aguas profundas y aguas costeras. Las aguas continentales son mayoritariamente dulces y consisten en ríos, lagos y aguas subterráneas, algunas de las cuales se encuentran en cuevas accesibles.

De alta mar

La exploración de aguas profundas consiste en la investigación de las condiciones físicas, químicas y biológicas del lecho marino y la columna de agua más allá de la plataforma continental, con fines científicos , comerciales o de otra índole. Esta actividad humana se considera relativamente reciente en comparación con otras áreas de la investigación geofísica , dado que las profundidades marinas solo se han investigado en los últimos años. Las profundidades oceánicas siguen siendo una parte de la Tierra en gran medida inexplorada y constituyen un dominio relativamente desconocido.

En general, se puede decir que la exploración científica moderna de las profundidades marinas comenzó cuando el científico francés Pierre-Simon de Laplace investigó la profundidad media del océano Atlántico observando los movimientos de las mareas registrados en las costas brasileñas y africanas. Calculó una profundidad de 3962 metros (12 999 pies) , un valor que posteriormente se demostró bastante preciso mediante técnicas de medición por ecosonda . ^{[ 9 ]} Más tarde, debido a la creciente demanda de instalación de cables submarinos , se requirieron mediciones precisas de la profundidad del fondo marino y se llevaron a cabo las primeras investigaciones del lecho marino. Las primeras formas de vida de las profundidades marinas se descubrieron en 1864 cuando el noruego Michael Sars obtuvo una muestra de un crinoideo pedunculado a una profundidad de 3109 m (10 200 pies) . ^{[ 10 ]}   

Aguas costeras

Las aguas costeras y las de la plataforma continental se han explorado de forma más sistemática que las aguas más profundas, ya que en gran medida se encuentran dentro de la zona económica exclusiva de los países vecinos y son relativamente accesibles.

• Son relativamente poco profundas, rara vez superan los 200  m, por lo que generalmente son accesibles para el buceo a presión ambiente , aunque pueden ser necesarios procedimientos especiales para la mayoría de las inmersiones en alta mar.
  • Una pequeña parte de las aguas costeras cercanas a la costa tiene menos de 50  metros de profundidad, lo que facilita con relativa facilidad el acceso a los buceadores.
• Most is accessible to surface vessels, ROUVs and AUVs. Very shallow areas of heavy reef may be relatively inaccessible to vehicles of any kind, particularly in high energy zones (heavy swell, surge, surf, tidal and other currents), but may be occasionally be accessible to Lidar.
• Very large in extent.
• Economically and strategically important for navigation.
• Relatively extensively and intensively surveyed. Extent and approximate depths are mostly known. Detailed topography is being systematically surveyed in some places. According to GEBCO data, about 50% of coastal waters were not yet surveyed as of 2019.^[5]

Lakes and rivers

Inland waters. Mostly, but not exclusively fresh water.

The exploration of lakes is done in much the same way as exploration of coastal waters, and is often simplified by relatively small water movement, and shallow depths, though depths can easily extend beyond the range for ambient pressure diving. Visibility ranges between the best, nearing the theoretical maximum for water, and the worst, effectively zero, or measurable in millimeters.

Rivers have the complication of flow, which can range from sluggish to rapid and extremely turbulent, but are relatively shallow.

Many lakes and rivers are relatively easily accessible, others are in inaccessible places.

Caves

The underwater environment in flooded caves is a relatively difficult and dangerous environment for exploration. There is a lack of natural light, limited line of sight, a general lack of free surface, and often very restricted space. The water can also be quite deep, and may have a strong flow. Cave-diving is underwater diving in fresh or seawater-filled caves. It may be done as an extreme sport, a way of exploring flooded caves for scientific investigation, or for the search for and recovery of other cave users. The equipment used varies depending on the circumstances, and ranges from breath hold to surface supplied, but almost all cave-diving is done using scuba equipment which gives the diver greater range and autonomy, but with a limited breathing gas supply, often in specialised configurations with redundancies such as sidemount or backmounted twinset. Remotely operated vehicles and autonomous underwater vehicles are also used for the exploration of flooded caves, as they do not risk human life and have a far greater operating depth range.^[8]

El mapeo de cuevas submarinas se complica por la falta de acceso a la superficie para obtener posiciones GPS, la oscuridad, la corta línea de visión y la visibilidad limitada, lo que dificulta la medición óptica. La altitud/profundidad es relativamente sencilla, ya que los buceadores disponen de mediciones precisas de profundidad mediante ordenadores de descompresión, que registran un historial de profundidad/tiempo con una precisión razonable y permiten la lectura instantánea en cualquier punto. La profundidad se puede referenciar a la altitud en la superficie. Las dimensiones verticales se pueden medir directamente o calcular como diferencias de profundidad. ^{[ 8 ]}

Las coordenadas de la superficie se pueden obtener mediante GPS y teledetección, con distintos grados de precisión según el tipo de entrada. En algunas cuevas, la superficie del agua es visible para los satélites GPS; en otras, se encuentra a una distancia considerable, a lo largo de una ruta compleja, del punto al aire libre más cercano. Se pueden crear modelos tridimensionales con distintos grados de precisión y detalle procesando las mediciones obtenidas mediante los métodos disponibles. Estos modelos se pueden utilizar en modelos de realidad virtual. Los métodos habituales para el estudio y la cartografía de cuevas submarinas son la navegación a estima y las mediciones directas de distancia, dirección y profundidad, realizadas por equipos de buceo de dos o tres buceadores, quienes registran el acimut de la línea de la cueva, las mediciones de altura, anchura, profundidad y pendiente a intervalos a lo largo de la línea, generalmente utilizando una línea guía permanente como línea base de referencia , y toman fotografías de las características y objetos de interés. Los datos se recopilan en cuadernos de a bordo y mediante fotografía digital. ^{[ 8 ]} Cuando la profundidad u otras limitaciones impiden que los buzos exploren en persona, se han utilizado eficazmente vehículos submarinos operados remotamente (ROUV) con y sin cable, utilizando tecnología de sonar para escanear y mapear los alrededores y vídeo para registrar la apariencia.

Las características, los artefactos, los restos y otros objetos de interés se registran in situ de la manera más eficaz posible, generalmente mediante fotografía. ^{[ 8 ]}

Las zonas desconocidas o poco conocidas del entorno submarino pueden ser exploradas directamente por observadores humanos o medidas y registradas mediante instrumentos. Se utilizan mediciones directas y remotas según las circunstancias. La observación directa se emplea a menudo para investigar nuevos territorios, y aún se desconoce qué esperar o qué instrumentación será la más útil, mientras que las mediciones remotas tienden a ser más rápidas y, cuando es posible, producen resultados útiles con mayor rapidez y a menor coste, pero tienen limitaciones en cuanto a lo que pueden observar.

Teledetección

La teledetección suele ser más eficiente para tareas que abarcan grandes áreas, como el perfilado del fondo marino, la sismología de reflexión o la medición de la temperatura de la superficie del mar en amplias zonas, y se utiliza generalmente donde la tecnología está disponible. La teledetección suele estar automatizada en cierta medida, y el procesamiento de señales, el almacenamiento y el análisis de datos también pueden automatizarse. La plataforma de teledetección suele ser una embarcación de superficie, pero también puede ser un sumergible tripulado, un ROV, un AUV, una aeronave o un satélite. En ocasiones, los sensores remotos han sido transportados por buzos.

Técnicas y tecnologías

La profundidad del agua medible por lidar depende de la claridad del agua y la absorción de la longitud de onda utilizada. El agua es más transparente a la luz verde y azul, por lo que estas penetrarán más profundamente en agua limpia. ^{[ 13 ]} La luz azul-verde de 532  nm producida por la salida de un láser IR de estado sólido de frecuencia duplicada es el estándar para batimetría aérea. Esta luz puede penetrar el agua, pero la fuerza del pulso se atenúa exponencialmente con la distancia recorrida a través del agua. ^{[ 14 ]} La reflexión de la superficie hace que el agua menos profunda que aproximadamente 0,9  m sea difícil de resolver, y la absorción limita la profundidad máxima. La turbidez causa dispersión y tiene un papel significativo en la determinación de la profundidad máxima que se puede resolver en la mayoría de las situaciones, y los pigmentos disueltos pueden aumentar la absorción dependiendo de la longitud de onda. ^{[ 13 ]} El lidar batimétrico es más útil en el  rango de profundidad de 0 a 10 m en el mapeo costero. ^{[ 14 ]} En promedio, en agua de mar costera bastante clara, el lidar puede penetrar hasta aproximadamente 7  m, y en agua turbia hasta aproximadamente 3  m. Un valor promedio indica que la luz láser verde penetra en el agua entre 1,5 y 2 veces la profundidad de Secchi. La temperatura y la salinidad del agua afectan el índice de refracción, lo cual tiene un efecto mínimo en el cálculo de la profundidad. ^{[ 15 ]}

El satélite ICESat-2 cuenta con un altímetro láser diseñado para medir la altura del hielo, pero se descubrió que también registraba reflejos submarinos en zonas costeras poco profundas. Esto ha permitido cartografiar batimétricamente áreas donde la profundidad es demasiado baja para que la mayoría de las embarcaciones puedan acceder con seguridad. La profundidad potencial que puede alcanzar el Sistema Avanzado de Altímetro Láser Topográfico (ATLASA) de ICESat-2 es de 38  m en condiciones óptimas. ^{[ 16 ]}

Un magnetómetro es un instrumento que mide el campo magnético o el momento dipolar magnético. Se utilizan ampliamente para medir el campo magnético terrestre, en estudios geofísicos, para detectar anomalías magnéticas de diversos tipos y para encontrar naufragios de hierro y acero. ^{[ 17 ]}

La altimetría radar mide la altitud sobre el terreno que se encuentra debajo de una aeronave o nave espacial cronometrando el tiempo que tardan las ondas de radio en viajar hasta tierra, reflejarse y regresar a la nave. Este tipo de altímetro proporciona la distancia entre la antena y la superficie del suelo o del agua directamente debajo de ella. La variación de la altura de la superficie del mar puede interpretarse para proporcionar información sobre el perfil del lecho marino y sobre el agua que se encuentra sobre él. ^{[ 18 ] [ 19 ]}

La sismología de reflexión utiliza los principios de la sismología para estimar las propiedades del subsuelo terrestre a partir de ondas sísmicas reflejadas , que son ondas mecánicas de energía acústica de baja frecuencia. El método requiere una fuente de energía sísmica controlada, como un cañón de aire especializado o un vibrador sísmico. La sismología de reflexión es similar en principio al sonar , pero resulta útil en estructuras del lecho marino donde las frecuencias del sonar no pueden penetrar. ^{[ 20 ]} La sismología pasiva puede detectar fenómenos que van desde el movimiento tectónico hasta la variación en la intensidad de las olas en mar abierto. ^{[ 21 ]}

La gravimetría es la medición de la intensidad de un campo gravitatorio . Puede utilizarse cuando interesa tanto la magnitud de un campo gravitatorio como las propiedades de la materia responsables de su creación. Los datos gravimétricos han resultado especialmente útiles para planificar estudios de sonar de mayor resolución. ^{[ 22 ] [ 19 ]}

El sonar es la tecnología más eficaz para la prospección subacuática, ya que el sonido se propaga a través del agua con menos pérdidas que la energía electromagnética, se refleja bien en una interfaz de fase, puede producirse en un amplio rango de frecuencias con diversas aplicaciones y puede enfocarse direccionalmente con cierta precisión, pero los transductores deben estar sumergidos, ya que el sonido no se propaga bien a través de una interfaz gas-líquido o líquido-sólido. Se utilizan tres aplicaciones principales: la ecosonda de haz único se utiliza generalmente para la medición de profundidad bajo la embarcación; el sonar de barrido lateral produce imágenes que muestran bien la forma de los objetos subacuáticos, pero no es muy preciso para la medición de profundidad; y las ecosondas multihaz proporcionan posiciones tridimensionales bastante precisas para una franja de puntos distribuidos a lo largo de la trayectoria del conjunto de transductores. ^{[ 23 ] [ 24 ]}

Fotografía subacuática , incluyendo fotogrametría y videografía subacuática . ^{[ 25 ] [ 26 ]}

Los científicos estiman que el océano contiene entre 700.000 y 1 millón de especies vivas (excluyendo la mayoría de los microorganismos, de los cuales se estima que hay millones más), la mayoría de las cuales aún no han sido descubiertas ni descritas. ^{[ 27 ]}

La expedición Challenger de 1872-76 fue el primer estudio submarino multidisciplinario importante, cuyo objetivo principal era descubrir la vida en las profundidades marinas mediante dragado y redes, y también realizó mediciones físicas, oceanográficas y químicas del entorno oceánico. ^{[ 2 ]}

El trabajo de cartografía del lecho oceánico se aceleró después de la Segunda Guerra Mundial, cuando la tecnología de sonar hizo posible una medición de profundidad más rápida. ^{[ 28 ]}

El primer mapa completo del fondo oceánico mundial fue publicado en 1977 por los geólogos Marie Tharp y Bruce Heezen del Laboratorio Geológico Lamont de la Universidad de Columbia en Nueva York, en una colaboración que duró desde la década de 1950 hasta la de 1970. ^{[ 29 ]} En la década de 1980, William Haxby utilizó mediciones satelitales para proporcionar más información, empleando datos del campo gravitatorio para ofrecer un mapa de baja resolución del fondo marino global. ^{[ 30 ]}

La distribución de masa de la topografía del lecho marino afecta la gravedad local lo suficiente como para que la altimetría radar satelital registre variaciones en la altura de la superficie del mar, lo que permite calcular la geomorfología submarina aproximada. El mapa creado en 2014 con estos datos reveló un gran número de montes submarinos previamente desconocidos y tiene aproximadamente el doble de resolución que el mapa anterior, creado 20 años antes. Se utilizaron datos del satélite CryoSat-2 de la Agencia Espacial Europea (ESA) y del satélite Jason-1 de la NASA. ^{[ 31 ] [ 22 ]}

La Primera Evaluación Mundial de los Océanos de 2015 demostró que el océano es importante para el clima y el sustento de la vida en todo el planeta, y que los sistemas oceánicos críticos están amenazados, lo que convierte la exploración y el mapeo del océano en un objetivo ambiental clave para facilitar la comprensión de la dinámica de los sistemas oceánicos y los cambios que se están produciendo. ^{[ 28 ]}

Para 2017, solo se había cartografiado alrededor del 6 % del fondo oceánico. La Conferencia de las Naciones Unidas sobre los Océanos de ese año desafió a las naciones a completar ese mapa y, para 2020, la cobertura había aumentado a aproximadamente el 20 %. ^{[ 28 ]}

En junio de 2022, Estados Unidos se unió formalmente al proyecto Seabed 2030, junto con otros países. En ese momento, se había cartografiado el 23,4 % del lecho marino, lo que incluía un aumento de 10,1 millones de kilómetros cuadrados de nuevos datos batimétricos desde 2022, aportados por un grupo diverso de participantes, entre los que se encontraban gobiernos nacionales, empresas privadas, instituciones académicas y socios filantrópicos. ^{[ 32 ]}

• Iniciativas globales.
  • Una colaboración internacional entre la Carta Batimétrica General de los Océanos (GEBCO) y la Fundación Nippon (NF), para recopilar todos los datos batimétricos disponibles y producir un mapa definitivo del fondo oceánico mundial para 2030, denominada Proyecto Nippon Foundation-GEBCO Seabed 2030 , se lanzó en la Conferencia de las Naciones Unidas sobre los Océanos en Nueva York el 6 de junio de 2017. Está alineada con el Objetivo de Desarrollo Sostenible n.° 14 de la ONU para conservar y hacer un uso sostenible de los recursos marinos y los océanos. ^{[ 6 ]} Seabed 2030 está recopilando datos de profundidad, identificando las áreas no cartografiadas y trabajando con la comunidad de cartografía oceánica para coordinar el trabajo cartográfico. Está patrocinada por la Organización Hidrográfica Internacional (OHI) y la Comisión Oceanográfica Intergubernamental (COI). ^{[ 6 ] [ 33 ]}
  • Agenda 2030 del Decenio de las Naciones Unidas de las Ciencias Oceánicas para los Objetivos de Desarrollo Sostenible ^{[ 33 ]}
  • Acuerdo de París en el marco de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático ^{[ 33 ]}
  • Marco de Sendai para la Reducción del Riesgo de Desastres 2015-2030 ^{[ 33 ]}
  • Datos obtenidos mediante colaboración colectiva: En 2014, la Organización Hidrográfica Internacional (OHI) inició un proyecto para recopilar batimetría obtenida mediante colaboración colectiva de buques que realizan operaciones marítimas rutinarias y utilizan instrumentos de navegación estándar, con el fin de actualizar y complementar una cobertura batimétrica científica más rigurosa. ^{[ 33 ] [ 6 ]} La mayoría de los buques tienen la capacidad de medir y registrar digitalmente la profundidad en aguas costeras, y algunos pueden realizar mediciones útiles en aguas más profundas. Estos datos se almacenarían en el Centro de Datos de Batimetría Digital (DCDB) de la OHI a medida que se reciben, y los usuarios finales serían responsables de decidir si los utilizan y cómo. ^{[ 33 ] [ 5 ]}
  • El Censo de la Vida Marina fue una iniciativa científica de 10 años y 650 millones de dólares estadounidenses, que involucró una red global de investigadores en más de 80 naciones, comprometidos con evaluar y explicar la diversidad , distribución y abundancia de la vida en los océanos . El primer Censo de la Vida Marina integral del mundo —pasado , presente y futuro— se publicó en 2010 en Londres . ^{[ 34 ]} Inicialmente apoyado por fondos de la Fundación Alfred P. Sloan , el proyecto logró generar muchas veces esa inversión inicial en apoyo adicional y aumentó sustancialmente las bases de conocimiento en áreas oceánicas a menudo poco exploradas, además de involucrar por primera vez a más de 2700 investigadores diferentes en una comunidad colaborativa global unida por un objetivo común, y ha sido descrito como "una de las mayores colaboraciones científicas jamás realizadas". ^{[ 35 ]}
• NOAA Ocean Exploration es un programa federal estadounidense encargado de explorar las profundidades oceánicas. ^{[ 36 ]}
• Proyecto de la llanura kárstica de Woodville
• Sección de Buceo en Cuevas de la Sociedad Espeleológica Nacional
• Estudio espeleológico de Quintana Roo

• Datos y productos de GEBCO