L'internet degli elefanti marini

L'animale preferito di Michael Fedak è l'elefante marino, ma non per le ragioni più comuni. Non sono le facce espressive o i larghi sorrisi ad averlo sedotto, né le battaglie sorprendentemente violente che ingaggiano tra loro per questioni di territorio. Ad affascinare Fedak è il mistero di come questi animali possano sopravvivere restando in mare anche per mesi.

"Sono creature buffe in un certo senso," ha detto. "fanno scorta di cibo al largo, restando nel mare per lunghi periodi di tempo, e tornano a riva solo due volte all'anno per accoppiarsi e fare la muta."

Negli ultimi 10 anni, Fedak ha incollato delle placche satellitari su centinaia di elefanti marini, per raccogliere dati su fattori oceanici come la temperatura delle acque e la loro salinità, il tutto mentre gli animali si fanno una nuotata. Fedak fa parte di un gruppo di scienziati marini che utilizzano mammiferi acquatici come narvali, foche e balene boreali per mappare l'ambiente delle profondità del mare in aree dove gli esseri umani non possono arrivare.

Adattare la tecnologia satellitare agli animali non è un'impresa facile, ma sta aiutando i biologi a ricavare informazioni utili sulle loro specie preferite, mentre gli oceanografi colmano le lacune nella visione d'insieme necessaria per predire gli effetti del cambiamento climatico.

"Questi animali vivono in posti dove gli oceanografi non possono avventurarsi, e si immergono fino a un chilometro e mezzo in profondità più volte al giorno," ha detto l'ecologista marina Kristin Laidre dell'università di Washington, che ha incollato trasmettitori su narvali e balene boreali dell'Artico. "Sono ottime piattaforme di campionamento per le zone remote e coperte dai ghiacci."

Biologo dell'università di St. Andrews, in Scozia, Fedak si è occupato di monitorare gli enormi elefanti marini durante le migliaia di chilometri compiono quando migrano verso l'Antartide per nutrirsi, all'inizio degli anni Novanta. Al tempo, usava placche satellitari che registravano solo la posizione e la velocità degli animali. Ma poi è finito in un vicolo cieco: sapeva a che profondità si trovavano gli animali e in quale punto dell'oceano, ma non aveva alcuna informazione sugli ambienti marini che preferivano. Quando ha chiesto agli oceanografi di aiutarlo, questi gli hanno risposto che non era fattibile; le aree preferite dalle foche erano troppo difficili da raggiungere per essere esaminate, e i dati che erano riusciti a raccogliere da altre zone non erano abbastanza precisi.

Così, Fedak ha stipulato un'alleanza bizzarra: insieme a un oceanografo "che era impaziente di ottenere informazioni sui posti dove gli animali si recavano," mi ha detto Fedak. "Con lui abbiamo delineato il piano di affidare gli strumenti oceanografici agli animali stessi."

Gli oceanografi in genere raccolgono dati nelle aree ghiacciate impiegando alianti robotici o frantumando il ghiaccio con una rompighiaccio e lasciando cadere nell'acqua una sonda CTD, che immagazzina informazioni su salinità, temperatura e profondità man mano che viene tirata su attraverso la colonna d'acqua. Ma raccogliere dati su un territorio ampio, specialmente se coperto dai ghiacci, richiede di spostare la nave spesso, e molti punti restano completamente irraggiungibili.

I mammiferi marini, dal canto loro, sono un ottimo strumento oceanografico. Gli elefanti marini e i narvali possono spingersi fino a 2000 metri sul fondo del mare, dove passano circa 15 minuti a fare scorta di cibo, prima di tornare in superficie per respirare. Questo schema è quasi identico a quello seguito dal programma Argo, un arsenale di oltre 3000 galleggianti oceanografici sparsi in giro per l'oceano non ghiacciato. I galleggianti vengono spediti a 2000 metri e misurano temperatura, salinità e pressione mentre risalgono verso la superficie, dove poi trasmettono i dati a un satellite.

"Gli elefanti marini sono come galleggianti Argo animati, e vanno in posti in cui gli strumenti tecnologici non arrivano tanto spesso," ha detto Fedak. "Sono pre-adattati in modo assolutamente unico per questo tipo di mansioni."

Ma il raccoglimento e la trasmissione di dati non fa parte della loro natura, ed è qui che entrano in scena le placche satellitari. Quelle usate da Fedak pesano mezzo chilo, sono grandi circa come un pugno e rilevano temperatura, salinità e profondità, che sono le "misure fondamentali necessarie agli oceanografi per comprendere le masse d'acqua e stimare il loro comportamento," ha detto.

Ad ogni modo, la raccolta dati è limitata dalla quantità di informazioni che possono essere inviate al sistema satellitare Argo, una collaborazione internazionale che accumula dati provenienti da svariati progetti scientifici. Quando le foche tornano in superficie per respirare, la placca ha solo tre minuti per trasmettere i suoi dati al satellite, prima che l'animale torni a immergersi. Come se non bastasse, Argo accetta un massimo di 228 bit per messaggio (più 28 bit per identificare la fonte dei dati), "che, per gli standard di oggi, è nulla," ha detto Fedak. Il sistema accoglie solo un messaggio ogni 40 secondi.

"Vorremmo poter raccogliere dati a piena risoluzione su tutti questi fattori ogni secondo, ma non arriverebbero mai a destinazione," ha detto. Invece, le placche di Fedak utilizzano un software complesso che seleziona le 20 letture "più importanti" fatte in un intervallo di sei ore, dando la precedenza alle immersioni più in profondità, ai cambiamenti di condizioni più repentini e ai valori minimi e massimi di temperatura, tra le altre cose.

Invia questi dati il più spesso possibile in ognuno degli intervalli da sei ore, per essere sicuro che siano ricevuti prima del reset e della raccolta di profili successiva. "La vera complessità delle placche è nel software," ha detto Fedak.

Le placche sono dotate di componenti elettroniche affidabili e a basso consumo, per cui una batteria al litio dura tra gli 8 e i 10 mesi necessari per avere un quadro di tutti i cambiamenti stagionali nei luoghi dove le foche si nutrono. L'involucro che le ospita resiste alla pressione dell'oceano profondo, che raggiunge le 200 atmosfere a 2000 metri di profondità, e ai danni che possono capitare quando si è un piccolo oggetto incollato a un elefante marino ingombrante e incline a schiantarsi in continuazione sul ghiaccio o sulle rocce.

Quando Laidre ha seguito le balene boreali attraverso l'Artico, però, ha seguito un'altra strategia. A differenza di elefanti marini e narvali, le balene boreali sono troppo grosse per essere catturate, così "correva verso di loro a gran velocità, attaccava sul loro corpo una placca aiutandosi con un lungo palo, e poi correva via," ha detto.

Anziché raccogliere dati oceanografici, le sue placche comprendevano un fluorometro per tracciare i fitoplancton e un registratore di profondità così da poter studiare le abitudini alimentari delle balene. Queste placche non trasmettono i dati a un satellite. La cintura di magnesio con cui la placca viene attaccata alla balena si corrode dopo tre o quattro giorni, così l'oggetto risale in superficie — a quel punto gli scienziati aspettano e sperano che torni da loro.

Ne recuperiamo tra il 50 e il 70 percento, anche se a volte arrivano con anni di ritardo; una delle nostre placche ha viaggiato dalla Groenlandia alla Scozia," ha detto Laidre. "È un po' come lanciare qualcosa che costa un sacco di soldi nell'oceano e sperare di ritrovarlo."

È un rischio che valeva la pena correre per Laidre. In un altro progetto di ricerca, la sua flotta di 14 narvali muniti di CTD ha passato l'inverno tuffandosi nelle profondità della Baffin Bay, una località coperta di ghiaccio, che connette l'Oceano Artico con quello Atlantico. Le balene-unicorno hanno raccolto i dati relativi a queste acque profonde prima di allora mai documentate, e confermato che l'area si sta riscaldando. "Ci sono stati altri studi che hanno documentato il riscaldamento della Baffin Bay, ma dai dati dei narvali abbiamo ricavano una conferma ulteriore," ha detto. "Indicano che, in media, le temperature erano circa 0.9°C più calde nelle profondità profonde di quanto fosse stato stimato dai modelli in precedenza."

Fedak è stato testimone dell'efficienza delle foche con i propri occhi. Un anno, mentre era in missione in Antartide, ha visto gli sforzi di una nave, un grosso veicolo autonomo sottomarino e una serie di alianti robotici combinati tra loro per raccogliere solo un centinaio di profili CTD. Mentre era lì, ha equipaggiato 14 elefanti marini con placche satellitari — e tra febbraio e ottobre, ha raccolto 10.000 profili provenienti da un'area enorme, facendo impallidire le strumentazioni tecnologiche di ultima generazione.

Man mano che accumulano dati, gli oceanografi possono usarli per tracciare modelli delle acque calde e predire gli effetti del cambiamento climatico nell'Antartide, come l'innalzamento del livello del mare dovuto allo scioglimento dei ghiacciai. "Tutti gli esperti di glaciologia pensano che siano instabili, ma non sono in grado di dire quanto esattamente," ha detto Fedak. "Per questo predire quale sarà il loro comportamento è importante: permette di capire come zone costiere sul livello del mare come New York City potranno gestire la situazione nei prossimi decenni."

Sta anche scoprendo molto sulla biologia di questi animali. Gli elefanti marini dormono sott'acqua a circa 400 metri, dove restano per circa 40 minuti, prima di tornare a galla per respirare. I sensori di profondità delle placche hanno mostrato che alcuni degli animali risalivano lentamente verso la superficie mentre dormivano, mentre altri sprofondavano un po' — indice della loro salute, dato che le foche più grasse e sane sono meno dense dell'acqua e quindi galleggiano. Fedak ha mappato gli esemplari grassi e in salute in relazione alle condizioni oceanografiche delle aree in cui erano in grado di trovare cibo in abbondanza, così da riuscire a prevedere in quali altre zone avrebbero potuto fare altrettanto.

"È davvero sconcertante immaginare questi animali che galleggiano qui e là addormentati," ha detto. "Abbiamo imparato tantissimo da questi comportamenti, indici di abilità fisiologiche per noi impensabili."