Development of the new analysis system for the sea monitoring

Dottorato di ricerca in Ecologia e gestione delle risorse biologicheLa concentrazione di inquinanti nell’ambiente marino ed i loro effetti sono valutati tenendo in considerazione gli impatti e le minacce per l’ecosistema, come descritto nell'ambito della Marine Strategy (in particolare facendo riferimento alla legge 2010/477/UE del settembre 2010 e alle disposizioni pertinenti della direttiva 2000/60/CE per le acque territoriali e/o costiere ). Tra le sostanze indicate come di interesse primario vi sono gli idrocarburi, tra i più pericolosi inquinanti per l'ambiente marino, individuabili con diverse metodiche e strumentazioni. Validi strumenti per affrontare il controllo dello SQA(Stato della Qualità delle Acque) sono quelli che riescono a dare una sinotticità elevata, come per esempio i satelliti, che ci danno una variazione spaziale ampia del fenomeno e ripetuta nel tempo; essi, però, come i modelli ecologici, necessitano di continue calibrazioni tramite dati in situ in Real Time. Riuscire a disporre di numerosi dati in tempo reale e in maniera omogenea permette di avere a disposizione, sempre più, l'opportunità di colmare quella distanza che intercorre tra realtà e previsione. L'obiettivo del presente lavoro di Dottorato è stato quello di sviluppare un prototipo di un nuovo sistema real-time per il monitoraggio di aree ad alto rischio che possa permettere l'analisi delle aree di interesse in superficie e lungo la colonna d'acqua prima e dopo eventuali sversamenti in caso di incidenti. Ad oggi tali inquinanti sono individuati tramite reti di sensori su boe e ship survey. I due metodi hanno però dei limiti, il primo garantisce un monitoraggio statico mentre il secondo implica costi elevati. Per superare tali limiti si è individuata nei Veicoli Autonomi Subacquei (AUV) la piattaforma più idonea da utilizzare. Essi offrono la possibilità di monitorare l'ambiente marino in particolari condizioni (es. nelle ore notturne), quando altre metodiche (es. le registrazioni satellitari) non sono applicabili. L'AUV può inoltre essere utilizzato per eseguire analisi dello stato delle acque in aree estese, grazie alla possibilità di compiere survey studiate ad hoc per l'area di interesse. Si è tenuto conto durante il lavoro dei seguenti requisiti: ● basso costo; ● modeste dimensioni; ● estensione delle condizioni di operatività rispetto ad altre tecnologie. A tale scopo oltre allo sviluppo della piattaforma ospitante si è condotto lo studio di integrazione a bordo del veicolo di due sensori ed eseguito delle prove di acquisizione dati in mare. Dare spazio a queste nuove tecnologie è un passo importante nell'ambito dell'Oceanografia operativa e costituisce nell'ambito della Marine Strategy uno strumento importante per raggiungere gli obiettivi prefissasti per il monitoraggio dei contaminanti in ambiente marino.Pollutants concentration and their effects in the marine environment are assessed taking into account the impacts and threats to the ecosystem, as described under the Marine Strategy (particularly with regard to the law 2010/477 / EU of September 2010 and to relevant provisions of Directive 2000/60 / EC for the territorial waters and / or coastal). Among substances indicated as of primary interest there are hydrocarbons, as the most dangerous pollutants for the marine environment, which are detectable by various methods and instruments. Valuable tools to address the control of the SQA (Stato della Qualità delle Acque - Water Quality State) are those that can give a high synopticity, like for example the satellites, which give us a wide space variation of the phenomenon and repeated over the time; they, however, as the ecological models, require continuous calibration using in site real time data. Being able to have several real time data in a homogeneous way, allows to have more and more available, the opportunity to bridging the distance between reality and prediction. The aim of this PhD work was to develop a prototype of a new real-time system for monitoring of high-risk areas that can allow the analysis of the areas of interest on the surface and along the water column before and after any spills in the event of accidents. Nowadays these pollutants are identified by networks of sensors on buoys and ship survey. These two methods however, have limitations, the first guarantees a static monitoring while the second involves high costs. To overcome these limits the Autonomous Underwater Vehicles (AUV) have been identified as the most suitable platforms to use. They offer the ability to monitor the marine environment in particular conditions (eg. in the night hours), when other methods (eg. the satellite recordings) are not applicable. The AUV can also be used to perform analysis of water status in extended areas, with the ability to perform survey specifically designed for the area of interest. It was taken into account during the work of the following requirements: ● low cost; ● modest size; ● extension of operating conditions compared to other technologies. For this purpose, in addition to the development of the host platform we have conducted the study of integration on the vehicle of two sensors and we performed data acquisition tests in the sea. Make room for these new technologies is an important step in operational oceanography and represents, under the Marine Strategy, an important tool to achieve prefixed objectives for the monitoring of contaminants in the marine environment