Un estudio submarino es un estudio realizado en un entorno submarino o realizado de forma remota en un objeto o región submarina. El estudio puede tener varios significados. La palabra se origina en el latín medieval con significados de inspección y estudio detallado de un tema . [1] Un significado es la medición precisa de una región geográfica, generalmente con la intención de trazar las posiciones de las características como un mapa a escala de la región. Este significado se utiliza a menudo en contextos científicos, y también en ingeniería civil y extracción de minerales. Otro significado, utilizado a menudo en un contexto de ingeniería civil , estructural o marina , es la inspección de una estructura o embarcación para comparar la condición real con la condición nominal especificada, generalmente con el propósito de informar sobre la condición real y el cumplimiento o las desviaciones de la condición nominal, para control de calidad, evaluación de daños, valoración, seguros, mantenimiento y fines similares. En otros contextos puede significar la inspección de una región para establecer la presencia y distribución de contenido específico, como organismos vivos, ya sea para establecer una línea base o para comparar con una línea base.
Estos tipos de estudios pueden realizarse en o sobre el entorno submarino, en cuyo caso pueden denominarse estudios submarinos, que pueden incluir estudios batimétricos , hidrográficos y geológicos , estudios arqueológicos , estudios ecológicos y estudios estructurales o de seguridad de buques . En algunos casos, pueden realizarse mediante teledetección , utilizando una variedad de herramientas, y a veces mediante intervención humana directa, generalmente por un buzo profesional . Los estudios submarinos son una parte esencial de la planificación, y a menudo del control de calidad y el seguimiento, de la construcción submarina , el dragado , la extracción de minerales , el seguimiento ecológico y las investigaciones arqueológicas. A menudo se requieren como parte de un estudio de impacto ecológico . [2]
Los tipos de estudios submarinos incluyen, entre otros, estudios arqueológicos, batimétricos e hidrográficos, ecológicos, geológicos y de sitios de construcción, así como estudios de inspección de estructuras marinas y costeras y embarcaciones a flote. También se realizaría un estudio de la condición estructural de la embarcación y del sitio adyacente y de las condiciones hidrográficas al evaluar las operaciones de salvamento marino propuestas .
Los estudios arqueológicos de yacimientos submarinos se han realizado tradicionalmente con buzos, pero en los yacimientos en los que la profundidad es demasiado grande, se han realizado estudios con sonar desde vehículos de superficie y sumergibles , y se han utilizado técnicas de fotomosaico utilizando vehículos de observación remota (ROUV) . Los métodos tradicionales incluyen la medición directa a partir de una línea base o cuadrícula instalada en el yacimiento, y la triangulación mediante medición directa a partir de marcas de posición conocida instaladas en el yacimiento, de la misma manera que se utilizarían en un yacimiento terrestre. La precisión puede verse comprometida por las condiciones del agua.
Este trabajo generalmente lo realizan arqueólogos que son buceadores científicos calificados .
Los estudios batimétricos se realizan tradicionalmente desde la superficie, midiendo la profundidad (sondeos) en posiciones medidas a lo largo de líneas de transecto y luego trazando los datos en un mapa batimétrico, en el que se pueden dibujar líneas de profundidad constante (isóbatas) mediante interpolación de sondeos. También es habitual proporcionar un conjunto representativo de profundidades puntuales en el mapa. Originalmente, los sondeos se hacían manualmente midiendo la longitud de una línea con peso bajada hasta el fondo, pero después del desarrollo de equipos de ecosondeo precisos y confiables se convirtió en el método estándar. El registro de datos se automatizó cuando el equipo estuvo disponible y, más tarde, los datos de posición precisos se integraron en los conjuntos de datos. El sonar multihaz con datos de posición GPS corregidos para el movimiento del barco y combinados en tiempo real es el estado del arte a principios del siglo XXI.
Los estudios batimétricos de algunas masas de agua han requerido procedimientos diferentes, en particular en el caso de sumideros, cavernas y cuevas en las que una parte importante de las paredes del fondo y, en algunos casos, los techos, no son visibles para el equipo de sondeo desde la superficie, y ha sido necesario utilizar vehículos submarinos operados a distancia o buzos para recopilar los datos. Una de las complicaciones de este tipo de estudios submarinos es la relativa dificultad de establecer una línea de base o una posición precisa para el ROUV, ya que las señales GPS no se propagan a través del agua. En algunos casos se ha utilizado una línea física, pero a veces se puede establecer una línea de base utilizando transductores de sonar instalados en posiciones estudiadas con precisión y midiendo los desplazamientos relativos.
Se han utilizado diversas técnicas para realizar estudios ecológicos submarinos. Con frecuencia se utilizan buzos para recopilar datos, ya sea mediante observación y registro directos o mediante registro fotográfico en lugares registrados, que pueden especificarse con una precisión determinada según los requisitos del proyecto y la tecnología de localización disponible.
Un método consiste en que los buceadores utilicen fotografías geolocalizadas tomadas por buceadores siguiendo una ruta registrada por un receptor GPS de superficie remolcado en un flotador mantenido por encima de la cámara mediante tensión de línea. Los datos de fecha y hora se registran simultáneamente por la cámara y la unidad GPS, lo que permite extraer los datos de posición de cada foto mediante posprocesamiento o inspección. La precisión del GPS se puede aumentar mediante el Sistema de Aumento de Área Amplia (WAAS). Los datos de profundidad se pueden capturar en la cámara desde computadoras de buceo o medidores de profundidad que llevan los buceadores o montados a la vista de la cámara. Las fotos se pueden ver en un mapa o mediante un sistema de información geográfica (GIS) para su análisis. [3] Este método también se puede utilizar para estudios espaciales de áreas pequeñas, en particular en lugares a los que no puede llegar un barco de estudio. Para mapear un área, el buceador remolca el flotador a lo largo de los contornos del fondo y el recorrido del GPS se utiliza para crear un mapa utilizando software de dibujo o GIS. También se pueden tomar profundidades puntuales, utilizando una cámara digital para registrar el tiempo y la profundidad desde un medidor de profundidad o una computadora de buceo para sincronizar con los datos del recorrido. Este procedimiento puede combinarse con el registro fotográfico de las comunidades bentónicas a intervalos a lo largo del contorno o perímetro.
Los estudios realizados por buceadores profesionales suelen ser relativamente caros, y algunos programas de seguimiento ecológico y de recopilación de datos han contado con la ayuda de buceadores recreativos voluntarios para llevar a cabo la recopilación de datos adecuada a su certificación y, en algunos casos, a una formación adicional, como el Reef Life Survey , con sede en Australia . [4] Otros, como iNaturalist , han utilizado el sistema de colaboración colectiva de registros fotográficos digitales cargados de observaciones, con datos de ubicación de cualquier estándar disponible, que puede variar considerablemente, aprovechando así los miles de fotógrafos aficionados que registran su entorno submarino de todos modos. De esta forma, se han acumulado millones de observaciones de sitios de buceo de todo el mundo. [5]
Tipos de estudio ecológico:
A veces se combinan más de un tipo de observaciones en un estudio. Por ejemplo, el procedimiento Reef Life Survey incluye tres componentes a lo largo del mismo transecto: recuento visual de peces, recuento visual de fauna bentónica y fotografías del fondo a intervalos regulares. [4]
Un estudio geológico es la investigación sistemática de la geología debajo de una determinada porción de tierra con el fin de crear un mapa o modelo geológico . El estudio geológico submarino emplea técnicas que van desde el equivalente submarino de un estudio tradicional a pie, estudiando afloramientos y accidentes geográficos , hasta métodos intrusivos, como perforaciones , hasta el uso de técnicas geofísicas y métodos de teledetección . Un mapa de estudio geológico submarino normalmente superpone la extensión y los límites estudiados de las unidades geológicas en un mapa batimétrico, junto con información en puntos (como mediciones de orientación de planos de estratificación) y líneas (como la intersección de fallas con la superficie del lecho marino). El mapa puede incluir secciones transversales para ilustrar la interpretación tridimensional. Gran parte de este trabajo se realiza desde embarcaciones de superficie mediante teledetección, pero en algunos casos, como en cuevas inundadas, la medición y el muestreo requieren vehículos submarinos operados a distancia o la intervención directa de buzos.
Las técnicas de sismología de reflexión se utilizan para la teledetección del subsuelo a bordo de buques. Las fuentes sísmicas incluyen cañones de aire , generadores de chispas y explosivos .
Los métodos geofísicos aéreos incluyen mediciones magnéticas, electromagnéticas y gravitacionales.
Los estudios de sitio son inspecciones de un área donde se propone trabajar, para recopilar información para un diseño. Puede determinar una ubicación precisa, el acceso, la mejor orientación para el sitio y la ubicación de los obstáculos. El tipo de estudio de sitio y las mejores prácticas requeridas dependen de la naturaleza del proyecto. [6] En la exploración de hidrocarburos , por ejemplo, los estudios de sitio se realizan sobre las ubicaciones propuestas de pozos de exploración o evaluación en alta mar. [7] Por lo general, consisten en una cuadrícula ajustada de perfiles de sismología de reflexión de alta resolución (alta frecuencia) para buscar posibles peligros de gas en la sección poco profunda debajo del lecho marino y datos batimétricos detallados para buscar posibles obstáculos en el lecho marino (por ejemplo, naufragios, tuberías existentes) utilizando ecosondas multihaz .
Durante las operaciones de salvamento marítimo se lleva a cabo un tipo de estudio del lugar para evaluar el estado estructural de un buque varado e identificar aspectos del buque, del lugar y del entorno que puedan afectar a la operación. Este estudio puede incluir la investigación de la integridad estructural y estanca del casco, el grado de inundación, la batimetría y la geología de las inmediaciones, las corrientes y los efectos de las mareas, los peligros y el posible impacto ambiental de las labores de salvamento. [8]
Inspecciones de integridad estructural de estructuras submarinas interiores, costeras y marinas, incluidos puentes, presas, calzadas, puertos, rompeolas, embarcaderos, terraplenes, diques, plataformas e infraestructura de producción de petróleo y gas, tuberías, bocas de pozo y amarres.
Las inspecciones de seguridad de buques son inspecciones de la estructura y el equipo de un buque para evaluar el estado de los elementos inspeccionados y comprobar que cumplen los requisitos legales o de la sociedad de clasificación para el seguro y el registro. Pueden realizarse en cualquier momento cuando haya motivos para sospechar que el estado ha cambiado significativamente desde la inspección anterior, o como condición de compra, y la primera inspección se realiza generalmente durante la construcción (inspección de construcción) o antes del primer registro. Los criterios de aceptación los define la autoridad que otorga la licencia o el registro para una variedad de equipos vitales para la operación segura del buque, como la estructura del casco, la estabilidad estática, la maquinaria de propulsión, la maquinaria auxiliar, el equipo de seguridad, el equipo de elevación, el aparejo, el aparejo de tierra, etc.
Algunas inspecciones deben realizarse en dique seco, pero esto es costoso y, en algunos casos, para inspecciones intermedias, la parte submarina de la inspección externa puede realizarse a flote utilizando buzos o vehículos todoterreno para realizar la inspección, generalmente proporcionando video en vivo al inspector, o posiblemente grabando el video para su posterior análisis. El video en vivo tiene la ventaja de que el inspector puede indicarle al buzo que investigue más o que proporcione vistas desde otros ángulos. El video en vivo normalmente también se grabaría para los registros. [9]
Los sistemas de posicionamiento acústico submarino [14] [15] son sistemas para el seguimiento, navegación y localización de vehículos submarinos o buceadores mediante mediciones acústicas de distancia y/o dirección, y posterior triangulación de la posición. Se utilizan comúnmente en una amplia variedad de trabajos submarinos, incluyendo la exploración de petróleo y gas, las ciencias oceánicas , las operaciones de salvamento, la arqueología marina , la aplicación de la ley y las actividades militares.
Los sistemas de posicionamiento acústico de línea base larga [16] (sistemas LBL) utilizan redes de transpondedores de línea base montados en el fondo marino como puntos de referencia para la navegación. Por lo general, se despliegan alrededor del perímetro de un sitio de trabajo. La técnica LBL da como resultado una precisión de posicionamiento muy alta y una estabilidad de posición que es independiente de la profundidad del agua. Por lo general, es mejor que 1 metro y puede alcanzar una precisión de unos pocos centímetros. [17] Los sistemas LBL se utilizan generalmente para trabajos de prospección submarina de precisión donde la precisión o la estabilidad de posición de los sistemas de posicionamiento de línea base corta o ultracorta basados en barcos no son suficientes.
Sistema de posicionamiento acústico de línea base corta (sistemas de posicionamiento acústico SBL) [18] Los sistemas SBL no requieren ningún transpondedor o equipo montado en el fondo marino y, por lo tanto, son adecuados para rastrear objetivos submarinos desde botes o barcos que estén anclados o en movimiento. Sin embargo, a diferencia de los sistemas USBL, que ofrecen una precisión fija, la precisión de posicionamiento SBL mejora con el espaciado de los transductores. [19] Por lo tanto, cuando el espacio lo permite, como cuando se opera desde buques más grandes o un muelle, el sistema SBL puede lograr una precisión y una robustez de posición que es similar a la de los sistemas LBL montados en el fondo marino, lo que hace que el sistema sea adecuado para trabajos de estudio de alta precisión. Cuando se opera desde un buque más pequeño donde el espaciado de los transductores es limitado (es decir, cuando la línea base es corta), el sistema SBL exhibirá una precisión reducida.
El sistema de posicionamiento acústico de línea base ultracorta (USBL), también conocido como línea base supercorta (SSBL), consta de un transceptor , que se monta debajo de un barco, y un transpondedor o respondedor en el fondo marino, en un towfish o en un ROV . Se utiliza una computadora para calcular una posición a partir de los rangos y rumbos medidos por el transceptor. Los USBL también se utilizan en configuraciones "invertidas" (iUSBL), con el transceptor montado en un vehículo submarino autónomo y el transpondedor en la instalación que lo lanza. En este caso, el procesamiento de la señal ocurre dentro del vehículo para permitirle localizar el transpondedor para aplicaciones como el atraque automático y el seguimiento de objetivos .
Las mediciones se pueden realizar utilizando una variedad de instrumentos. La posición vertical con respecto a la superficie, también conocida como medición de profundidad, puede utilizar:
Medición de longitud en otras direcciones, utilizando:
Las mediciones de longitud también pueden derivarse mediante triangulación a partir de una línea base, medición angular y trigonometría.
Las mediciones angulares se pueden realizar utilizando:
O puede derivarse de posiciones GPS, de triangulación lineal y trigonometría, y de datos de posición de navegación inercial.
Las mediciones de pruebas no destructivas pueden incluir:
Mediciones de visibilidad , utilizando discos Secchi y métodos similares, y mediciones puntuales de otras características físicas y químicas mediante medición local o registro por un buzo, o muestreo del agua y la composición del fondo.
Las muestras de sedimentos y rocas del fondo marino se pueden recolectar utilizando pinzas, dispositivos de extracción de núcleos, vehículos submarinos operados por control remoto y buzos. Los dispositivos de extracción de núcleos incluyen perforadoras de núcleos y penetradores de impacto. [20] Los buzos y los operadores de vehículos submarinos operados por control remoto son más selectivos en su selección de muestras que las pinzas y los dispositivos de extracción de núcleos operados por control remoto. Las muestras biológicas se pueden recolectar mediante dragas, pinzas, trampas o redes, pero el muestreo más dirigido generalmente requiere información visual e intervención humana, y comúnmente lo realizan buzos, vehículos submarinos operados por control remoto y sumergibles tripulados equipados para la recolección.
Los resultados de los estudios submarinos se pueden presentar de varias maneras, según el grupo demográfico al que se dirigen y el uso que se pretende dar a los datos. Un formato de presentación habitual es un mapa que indica la distribución espacial o la topografía general, que a menudo incluye una dimensión de profundidad. También se pueden utilizar dibujos, imágenes fotográficas, gráficos, tablas y descripciones de texto, a menudo junto con uno o más mapas. Los mapas también se pueden utilizar para indicar variaciones a lo largo del tiempo en comparación con una línea de base.
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