Novas Tecnologias Aplicadas no Estudo de Recursos Minerais de Mar Profundo

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1 ISSN Dezembro Nº Porto Alegre Novas Tecnologias Aplicadas no Estudo de Recursos Minerais de Mar Profundo Souza K.G. 1 & Martins L.R. 2 1 Serviço Geológico do Brasil CPRM, Brasília; 2 Centro de Estudos de Geologia Costeira e Oceânica CECO/IG/UFRGS, Porto Alegre. RESUMO A abertura de novos horizontes para o nosso país, na pesquisa de recursos minerais marinhos em águas profundas, direciona para a utilização de novas tecnologias representadas particularmente pelo emprego de submersíveis e outros veículos de operação remota (ROVs). O uso de dispositivos de mergulho, tripulados ou não, na caracterização e dimensionamento desses recursos representará um dos fatores decisivos no seu desenvolvimento futuro. Alguns modelos desses veículos são apresentados e discutidos na presente nota. ABSTRACT The new frontiers in the research of deep water marine minerals in our country are directly related with the use of new instruments and technologies represented through the utilization of submersibles and remotely operation underwater vehicles (ROVs). The use of this type of equipment tripulated or not in the characterization and dimension of these resources represents an important factor for its development in the future. Some models of such vehicles are detailed and discussed in this note. Palavras chave: submersível, ROV, pesquisa submarina.

2 26 Novas Tecnologias Aplicadas no Estudo de Recursos Minerais de Mar Profundo INTRODUÇÃO Estando o Brasil ampliando seus horizontes na pesquisa de minerais marinhos, através de iniciativas dos organismos especializados, incluindo a CPRM (Serviço Geológico do Brasil), é oportuno considerar, na abordagem do desenvolvimento tecnológico a ser aplicado no setor, a possibilidade futura de utilização de submersíveis e outros dispositivos de mergulho, tripulados ou não, na caracterização e dimensionamento desses recursos. Num sentido amplo, submarino significa um barco que pode operar livre acima e abaixo da superfície. Veículos para trabalhar sob a água com mobilidade limitada, que necessitam permanecer no mesmo lugar durante a maior parte do seu uso, tais como aqueles usados para resgate, pesquisas ou salvamentos, são chamados de submersíveis. Os submersíveis são usualmente transportados para sua área de operação por navios de superfície ou grandes submarinos e tem um alcance de atuação muito pequeno. Fora o tamanho, a diferença técnica entre um submarino e um submersível é que o submersível não é totalmente autônomo. Pode precisar de suporte para recarregar as baterias, ar pressurizado e reabastecimento de oxigênio. Muitos submersíveis são operados por um cabo ou cordão umbilical, permanecendo conectados ao seu transportador. Em razão de toda a evolução da tecnologia submarina, cresceu a necessidade de veículos menores e mais práticos, que pudessem ser transportados em navios, para estudo em grandes profundidades, surgindo a idéia dos submersíveis de pequeno porte (Souza & Martins, 2007). SUBMERSÍVEIS EM UTILIZAÇÃO O submersível Alvin (Fig. 1) foi construído em 1964 pela Divisão de Ciências Aplicadas das Indústrias Litton, com fundos providos pelo Escritório de Pesquisa Naval, para a Marinha Americana. O submersível, ainda em utilização, deve essa condição de modelo atual a numerosas reconstruções e melhoramentos que sofreu ao longo dos anos. Essas melhoras tornaram possíveis as complexas operações que Alvin é capaz de realizar hoje. Figura 1. Submersível americano ALVIN operado pelo Woods Hole Oceanographic Institution, com capacidade para dois cientistas e um piloto, atinge m de profundidade (Foto WHOI). Desde então, foram desenvolvidos em vários países outros veículos semelhantes como o MIR I (Fig. 2) e MIR II, projetados pela Academia de Ciências Soviética, sendo operados atualmente pela Academia de Ciências Russa (Shirshov Institute) e com capacidade para atingir m.

3 Souza & Martins 27 Quadro 1. Principais características do Alvin. ESPECIFICAÇÕES Comprimento Largura Altura Draft Peso bruto Capacidade de carga Profundidade de operação 7,1 metros 2,6 metros 3,7 metros 2,3 metros da superfície 17 toneladas 680 quilogramas metros Duração média do mergulho Velocidade Capacidade de passageiros 3 Equipamentos de bordo 6-10 horas Cruzeiro: 0,8 km/h (0,5 nós) Máxima: 3,4 km/h (2 nós) Três janelas para observação, câmeras de vídeo e fotográficas, dois braços manipuladores hidráulicos com capacidade de levantar 90 quilos cada, sensores usados para leituras químicas do ambiente em tempo real, sistema computacional de registro e leitura de dados, altímetro, sistema de navegação e localização, um sonar, um telefone para a comunicação com o navio, medidor de temperatura e fluxo de calor e um magnetômetro. Figura 2. Submersível russo MIR I com capacidade para dois pilotos e um cientista, atinge até m de profundidade (Foto: P.TYLER).

4 28 Novas Tecnologias Aplicadas no Estudo de Recursos Minerais de Mar Profundo O submersível Nautile (Fig. 3) pertence ao IFREMER (Instituto Francês de Pesquisa para Explotação do Mar), e realiza exploração em zonas específicas, efetuando medidas físicas e batimétricas de alta precisão, coleta de amostras e manipulação de ferramentas especiais, assistência a trabalhos offshore, inspeção de cabos e dutos, além de localização, investigação e assistência em locais de degradação ambiental. A capacidade de operação do Nautile é de m. Figura 3. Submersível francês Nautile com capacidade para dois pilotos e um cientista, atinge até m de profundidade (Foto: IFREMER). O submersível John Sea-Link (JSL), modelos I e II (Fig. 4), é também operado pelo Instituto Oceanográfico Harbor Branch. Os Pisces V e VI são operados pelo Hawai s Underwater Research Laboratory (HURL). O HURL tem a vantagem única de ter acesso a dois submersíveis ao mesmo tempo. Isso permite que um submersível conduza os mergulhos científicos enquanto o outro permanece em prontidão no caso de alguma emergência. A capacidade de mergulho é de 900 m. A Agência Japonesa para Ciência e Tecnologia Marinha e Terrestre opera a série Shinkai (Shinkai2000, Shinkai6500) (Fig. 5), capaz de servir 96% da Zona Econômica Exclusiva do Japão e 98% dos oceanos do mundo, quando se trata da questão profundidade. Figura 4. Submersível americano SEALINK para operação em lâmina d água até 900 m com capacidade para um piloto e um cientista (Foto: P.TYLER).

5 Souza & Martins 29 Figura 5. Submersível japonês SHINKAI6500, atinge até m de profundidade com capacidade para um piloto e dois cientistas (Foto: JAMSTEC). Adquirido e operado pelo Instituto Oceanográfico Harbor Branch, Clélia (Fig. 6) é um submersível construído pelo Perry Oceanographics, em 1976, e remodelado em 1992 pelo Harbor Branch para atender às necessidades da comunidade científica em águas rasas. Ele é extremamente estável na coluna de água, possibilitando a coleta de amostras, filmagem e fotografia. Figura 6. Submersível americano Clélia, opera em lâmina d água até 300 m, com capacidade para um piloto e dois cientistas (Foto: HBOI). O DeepWorker (Fig. 7) é um submersível de pequeno porte e fácil operação, usado para explorar o universo subaquático. Sua estrutura compacta e leve permite a um explorador por vez descer a profundidades de 600 m. Dessa forma, o explorador pode ir mais fundo e demorar mais tempo do que em mergulhos comuns.

6 30 Novas Tecnologias Aplicadas no Estudo de Recursos Minerais de Mar Profundo Figura 7. Submersível DeepWorker com capacidade de trabalho para 600 m e um pesquisador. O tamanho diminuto e o menor peso do DeepWorker é atribuído ao desenvolvimento tecnológico que foi realizado nas últimas décadas. Tudo, dos computadores de bordo aos tanques de suprimento de ar, foi minimizado. Quadro 2. Principais feições do DeepWorker. ESPECIFICAÇÕES Comprimento Largura Altura Peso bruto Capacidade de carga Profundidade de operação Velocidade máxima 2,4 metros 1,6 metros 1,35 metros 1,3 toneladas 144 quilogramas 600 metros 3-4 nós Capacidade de passageiros 1 Equipamentos de bordo Janela para observação, sistema de comunicação superficial e submerso, um sonar, sistema de câmeras, um braço manipulador e sistema preciso de medição a laser. A Marinha Real Britânica dispõe do submersível LR5 (Fig. 8), desenvolvido, com a finalidade de resgatar marinheiros de submarinos encalhados, sendo capaz de reaver 16 indivíduos por vez. Tem utilização conjunta com o veículo remotamente operado Scorpio.

7 Souza & Martins 31 Figura 8. Submersível inglês LR5, opera em profundidade de até 400 m, com capacidade para três tripulantes e até 16 pessoas em caso de resgate. (Foto: MARINHA REAL BRITÂNICA). O submersível Cyana (Fig. 9) foi desenvolvido pelo CNEXO (hoje IFREMER) no fim da década de 60. Desde então, já realizou mais de mergulhos a partir de diversas embarcações de pesquisa do IFREMER, entre elas: Suroît, Noroît, Nadir, L Alalante. O Cyana opera até uma profundidade de m. Seu campo de atuação compreende o seguinte: exploração de zonas específicas, medidas físicas e batimétricas de alta precisão, coleta de amostras e manipulação de ferramentas especiais, assistência e empreendimentos offshore, inspeção de cabos e tubulações submersos, procura, localização, investigação e assistência em processos de degradação do ambiente, e assistência para submersíveis com defeito. Figura 9. Submersível francês CYANA, capaz de operar em profundidades de até m (Foto: P.TYLER).

8 32 Novas Tecnologias Aplicadas no Estudo de Recursos Minerais de Mar Profundo VEÍCULOS DE OPERAÇÃO REMOTA Os denominados ROVs (do inglês Remotely Operated Underwater Vehicles), são veículos não tripulados, altamente manobráveis e operados à distância por um indivíduo a bordo de uma embarcação de superfície. Eles são conectados ao navio por um grupo de cabos, que carregam sinais elétricos entre o ROV e o navio. Esses cabos podem apresentar comprimentos variados, de forma a definir a profundidade na qual o veículo pode descer. Além disso, os ROVs podem permanecer submersos, desde que mantida a fonte de energia, por aproximadamente 72 horas. A maioria dos ROVs são equipados, no mínimo, com uma câmera de vídeo e sistema de iluminação. Equipamentos adicionais são comumente incorporados para expandir a capacidade de utilização do veículo, e podem incluir sonares, magnetômetros, câmeras fotográficas, um braço manipulador ou cortador, coletores de água, e instrumentos que medem a claridade da água, penetração da luz e temperatura. O ROV JASON é operado pelo Woods Hole Oceanographic Institution WHOI e pode trabalhar até profundidades de m (Fig. 10). Figura 10. Veículo de operação remota JASON, operado pelo Woods Hole Oceanographic Institution, com capacidade de trabalho para m (Foto: WHOI). A Marinha Americana é responsável pela maior parte do desenvolvimento da tecnologia de ROVs na década de 60. Tal tecnologia criou a possibilidade de realização de operações de resgate e recuperação de objetos em assoalho oceânico profundo. Baseadas nessa tecnologia, a indústria de óleo e gás offshore criou a classe dos ROVs para assistir o desenvolvimento de campos de exploração de óleo offshore. Mais de uma década depois de serem introduzidos no mercado, os ROVs tornaram-se essenciais a partir de 1980, quando a maioria dos empreendimentos offshore tinham excedido a profundidade suportada por mergulhadores humanos. Durante meados da década de 80, a indústria marinha de ROVs sofreu com uma séria estagnação em desenvolvimento tecnológico, causada em parte pela queda do preço do óleo e a recessão da economia mundial. Desde então, o desenvolvimento tecnológico na indústria de ROVs foi acelerado, e hoje em dia esses veículos realizam inúmeras tarefas. Embora a indústria de gás e óleo domine o uso de ROVs, esses possuem outras aplicações que incluem campos científicos, militares e de salvamento (Fig. 11).

9 Souza & Martins 33 Figura 11. Veículo de Operação Remota construído pela Oceaneering International, Inc. sendo lançado (Foto: OII). Herzig et al. (2002) enfatizaram que durante a última década, os programas de exploração de minerais marinhos passaram a contar com os avanços tecnológicos em ferramentas e equipamentos. Navios de pesquisa múltipla, com capacidade de mapeamento contínuo, sistemas de câmera de vídeo, amostradores guiados por TV, bem como submersíveis de mergulho profundo e veículos de operação remota (ROVs), estão sendo utilizados quase rotineiramente pelas nações desenvolvidas. Os veículos de operação remota mais conhecidos, suas instituições, países e profundidade máxima de trabalho são indicados no Quadro 3. Quadro 3. Nome, Instituição, País e Capacidade de Profundidade atingida por modernos Veículos de Operação Remota (ROVs). ROPOS CSSF Canadá m JASON WHOI Estados Unidos m VICTOR IFREMER França m ROBIN IFREMER França m DOLPHIN 3K JAMSTEC Japão m KAIKO JAMSTEC Japão m Fonte: Modificado de Herzig et al. (2002). O ROV canadense ROPOS (Remotely Operated Platform for Ocean Sciences), operado pela Canadian Scientific Submersible Facility; o americano JASON, administrado pelo Woods Hole Oceanographic Institution; o francês VICTOR, operado pelo IFREMER, sobressaemse nesse campo de atividade juntamente com o ROV japonês KAIKO, que atinge a profundidade máxima de metros (Fig. 12). Comprovando a importância dos ROVs na exploração dos fundos oceânicos, em especial na pesquisa de recursos minerais e marinhos, eles estão disponíveis no mercado numa variada gama de tamanhos e aplicações. Os modelos vão desde instrumental portátil até classes de equipamentos para trabalhos sofisticados no piso marinho. A firma inglesa Saab Seaeye (2006) vem fornecendo esse tipo de ferramenta com as mais diversas finalidades e operando a uma variável profundidade da lâmina d água.

10 34 Novas Tecnologias Aplicadas no Estudo de Recursos Minerais de Mar Profundo Figura 12. Veículo de Operação Remota KAIKO (JAMSTEC), atinge até m de profundidade. (Foto: JAMSTEC). Da linha de produção, a firma apresenta o Seaeye Falcon (Fig 13A), um sistema portátil, mas extremante potente, bastante eficaz em águas costeiras rasas de até trezentos metros de profundidade; existindo na mesma linha o Seaeye Falcon DR (Fig. 13B) destinado a profundidades de até mil metros. Já o modelo Seaeye Panther Plus (Fig. 13C) foi desenvolvido para apoio a operações das empresas de extração de óleo e gás, fornecendo uma alternativa econômica a outros equipamentos hidráulicos e atuando até uma profundidade máxima de m. As principais características destes três modelos são apresentadas no Quadro 4. Quadro 4. Comparação entre as especificações dos modelos Seaeye. Especificações Seaeye Falcon Seaeye Falcon DR Seaeye Panther Plus Profundidade máxima de operação 300 m m m Comprimento mm mm mm Altura 500 mm 635 mm mm Largura 600 mm 600 mm mm Peso 50 kg 100 kg 500 kg Velocidade 3 nós 3 nós 3 nós Recentemente, a marinha russa estabeleceu um sistema de apoio aerotransportável, de rápida utilização, para assistência a submarinos avariados. O conjunto foi projetado a partir da experiência adquirida no salvamento do mini-submarino Printz AS-2S e seus sete tripulantes. O ROV Seaeye Panther Plus, em conjunto com um sonar de varredura lateral e um dispositivo de rastreamento acústico, integram o sistema (Fig. 14).

11 Souza & Martins 35 Figura 13. ROVs Falcon (A) Falcon DR (B) e Panther Plus (C) da linha Saab Seaeye disponíveis no mercado. Figura 14. Sistema de salvamento submarino Panther Plus (modificado de Seaeye, 2006).

12 36 Novas Tecnologias Aplicadas no Estudo de Recursos Minerais de Mar Profundo Na região caribenha, o ROV Falcon DR foi usado na pesquisa da National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA/USA), realizando um levantamento no piso marinho juntamente com um perfilador multifeixe. A principal meta foi caracterizar o habitat de fundo e estabelecer um inventário relativo aos recursos pesqueiros de mar profundo. Foi trabalhada uma área com lâmina de água de 20 a 850 m, em uma extensão de aproximadamente 22 km. As informações obtidas pelo Falcon DR auxiliaram na geração de modelos do fundo marinho, produzindo informações para a confecção de mapas de distribuição de organismos bentônicos em águas mais ou menos profundas. Operadores de empresas de turismo submarino, na busca de melhores imagens relativas a áreas de naufrágios históricos ou detalhamento da vida marinha, para exibição durante excursões, tem utilizado ROVs do tipo Falcon. Empresas envolvidas atualmente na prospecção de minerais de mar profundo (Neptune Minerals, 2006) como sulfetos polimetálicos e outros (Nautilus Minerals, 2007), costumam utilizar um equipamento do tipo ROV como dispositivo complementar em seus trabalhos de prospecção e de perfuração (Figs. 15 e 16). De uma forma geral, fica evidente também que a tecnologia marinha brasileira teve um acentuado desenvolvimento face à produção de petróleo e de gás. Nos anos 1997/1998, foram desenvolvidos entendimentos preliminares entre o Ministério da Ciência e Tecnologia MCT e o governo da Índia para estudar a possibilidade de desenvolver um projeto bilateral de construção de um veículo submersível tripulado para profundidades acentuadas, utilizando as tecnologias existentes nos dois países. O protótipo seria tanto para apoio a sistemas de exploração submarina de petróleo quanto para pesquisa de recursos minerais e biotecnológicos da Plataforma Continental Brasileira e das áreas oceânicas adjacentes. Figura 15. Braço articulado de ROV, portanto amostra de sulfeto polimetálico (Nautilus Minerals, 2007).

13 Souza & Martins 37 Figura 16. Utilização de veículo de operação remota na prospecção de recursos minerais de mar profundo (Neptune Minerals, 2006). Como passo seguinte, poderia ser aproveitado o grande potencial já adquirido para adaptá-lo à tecnologia existente para exploração de recursos minerais não petrolíferos da plataforma continental e áreas oceânicas adjacentes. Entre os projetos tecnológicos que poderiam alavancar o desenvolvimento sustentado do aproveitamento dos recursos minerais marinhos destacam-se: a) A construção de um submersível de pesquisa tripulado, com alcance de até metros de profundidade; b) A construção de um Veículo Submersível Autônomo (Autonomous Underwater Vehicle AUV) com equipamento de prospecção geofísica, autonomia mínima de 200 km e capacidade de mergulho de até m de profundidade; A construção de Veículos Operados Remotamente (Remotly Operated Vehicles ROVs) para operar em diferentes profundidades, em missões diversas. CONSIDERAÇÕES FINAIS A necessidade de novas fontes de exploração mineral, o fato de que mais da metade dos oceanos é mais profundo que m e de que, nessa vasta área, o potencial de achar materiais de importância para a sociedade é alto, e de que poucos ROVs atuais vão além dessa profundidade, perfaz a necessidade de desenvolvimento nessa área tecnológica, para que se possam enfrentar desafios futuros.

14 38 Novas Tecnologias Aplicadas no Estudo de Recursos Minerais de Mar Profundo A adoção de metodologias adequadas e modernas constitui ponto básico para as atividades de exploração dos recursos minerais marinhos. Em torno desse propósito gravitam todas as etapas das atividades de bordo coleta de amostras, testemunhagem, perfilagem sísmica, etc., passando pelo trabalho laboratorial e de interpretação de gabinete, realizados com instrumental de última geração disponível no mercado. Os recursos da Área Internacional dos Oceanos (Área) compreendem todos os minerais sólidos, líquidos ou gasosos in situ no leito do mar ou no seu subsolo. O espaço marinho brasileiro possui diferentes graus de jurisdição, exigindo cada quais políticas distintas de planejamento e gestão do uso sustentável dos recursos minerais marinhos, sendo necessário o estabelecimento de um zoneamento ecológico-econômico (Souza et al., 2007). Assim a Zona Econômica Exclusiva Brasileira estende-se por toda a costa, englobando também as áreas situadas no entorno de Fernando de Noronha, Trindade e Martin Vaz, Atol das Rocas, São Pedro e São Paulo, totalizando km 2. Por sua vez após a conclusão do Programa de Levantamento da Plataforma Continental Jurídica (LEPLAC), o Brasil apresentou proposta às Nações Unidas para estender sua plataforma além das 200 milhas em aproximadamente km 2. Apesar da expressiva dimensão, essas áreas de exploração exclusiva não tem sido objeto de pesquisa marinha sistemática à exceção do petróleo e do gás. Até o momento, toda a extensão dos fundos marinhos sob a jurisdição brasileira permanece pouco conhecida quanto à potencialidade de seus recursos minerais que pode ser expressiva, com reais possibilidades de contribuição ao desenvolvimento nacional. Considerando o valor econômico real e potencial dos minerais já conhecidos como nódulos polimetálicos, sulfetos metálicos e crostas cobaltíferas e suas ocorrências em locais estratégicos nas áreas adjacentes à Zona Econômica Exclusiva e Plataforma Continental Jurídica, o Brasil não pode deixar de pesquisar e avaliar os recursos minerais dos fundos marinhos adjacentes aos seus limites jurisdicionais. O ingresso de nosso país no estudo dos fundos marinhos e oceânicos que se situam além dos limites da jurisdição nacional exigirá o acompanhamento do desenvolvimento tecnológico do setor e deverá utilizá-lo de forma conveniente na pesquisa de minerais marinhos. Finalmente, é importante salientar que, caso o Brasil venha a requisitar essas áreas para exploração de recursos minerais, elas também poderão ser integradas ao espaço marinho brasileiro. AGRADECIMENTOS Ao Centro de Gestão e Estudos Estratégicos por possibilitar a realização do presente estudo. Aos colegas Maria Luiza Correa da Camara Rosa, Milena Charrão, José Nunes e a Profa. Viviane Possamai pela colaboração nas figuras e revisão do texto, nosso reconhecimento. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS HERZIG, P.M.; PETERSEN, S. & HANNINGTON, M.D Technical Requirements for Exploration and Mining of Seafloor Massive Sulphide Deposits and Cobalt-Rich Ferromanganese Crusts. In: Polymetallic Massive Sulphides and Cobalt- Rich Ferromanganese Crusts: Status and Prospects. International Seabed Authority Technical Study nº 2: ; Kingston, Jamaica. NAUTILUS MINERALS, Photo Gallery, Vancouver, Canadá. NEPTUNE MINERALS Annual Report, 44 pgs. Londres, Inglaterra. SEAEYE Russian Navy to fly ROV to Submarine Disasters. 2 pgs. Forelam, Inglaterra. SOUZA, K.G. & MARTINS, L.R Tecnologia de Pesquisa, Lavra e Beneficiamento de Recursos Minerais Marinhos. Revista Parcerias Estratégicas. 24: ; Brasília, Brasil. SOUZA, K.G.; MARTINS, L.R.; CAVALCANTI, S.M.M.; PEREIRA, C.V. & BORGES, L Recursos Minerais Marinhos: fatos portadores de futuro, prioridades de estudo no Brasil e projetos estruturantes. Revista Parcerias Estratégicas. 24: ; Brasília, Brasil.