Tesis por compendio / [ES] A lo largo de la historia, el hombre ha explotado los recursos minerales de la tierra para su supervivencia y desarrollo tecnológico sin un equilibrio con su regeneración. Dado el crecimiento de la población mundial y la reducción de recursos, el hombre comenzó a buscar nuevos depósitos que se encontraron en la década de 1960 en las profundidades de los océanos. Con estos, la humanidad empezò a pensar en extraer los minerales de estos depósitos y esto llevò al nacimiento de Deep Sea Mining (DSM). Las consecuencias de las actividades mineras en las profundidades del mar no se conocen realmente y los efectos pueden ser diferentes: contaminación acústica, contaminación lumínica, contaminación química, destrucción del hábitat, fragmentación del hábitat y pérdida de especies que son la base de muchos sistemas vitales. El impacto acústico de estas actividades puede tener importantes consecuencias en las especies marinas, aunque este es el tema más ignorado. El propósito de este proyecto de doctorado fue proporcionar una comprensión básica de los posibles impactos acústicos del DSM en la biodiversidad antes de que comiencen estas actividades. Para hacer esto, el proyecto de doctorado se organizó en varios pasos. Primero, durante un experimento indoor, se analizaron las respuestas bioquímicas en invertebrados sometidos a estrés acústico, Arbacia lixula y Mytilus galloprovincialis. Los resultados demostraron efectos significativos en la actividad de citotoxicidad, expresión de heat shock protein (HSPs) y actividades enzimáticas (esterasas, fosfatasas alcalinas, peroxidasas) en el líquido celomático de los erizos de mar sometidos a estrés acústico. También se observaron efectos significativos en el nivel de glucosa, la citotoxicidad y las actividades enzimáticas (esterasa, fosfatasa alcalina, peroxidasa) de la glándula digestiva del mejillón. En segundo lugar, se analizaron las respuestas bioquímicas de vertebrados e invertebrados sometidos in-situ a la emisión de watergun: Chromis chromis, Holothuria tubulosa y Arbacia lixula. Se encontraron efectos significativos sobre los niveles de cortisol en peces y las actividades enzimáticas (esterasas, fosfatasas alcalinas, peroxidasas y superoxide dismutasas) en membrana peristomial de erizo de mar. Además, las respuestas bioquímicas enzimáticas analizadas en los fluidos celómicos de los equinodermos fue significativa solo por A. lixula y solo en la activade peroxidasica. Tercero se estudiaron los cambios de comportamiento en las condiciones experimentales en juveniles de Sparus aurata sometidos a 4 frecuencias de emisión acústica diferentes. Este experimento demostró que solo las bajas frecuencias tuvieron efectos en todas las respuestas comportamental: altura de natación, motilidad y dispersión del grupo. Sobre la base de los datos de comportamiento obtenidos in vivo en peces jóvenes, se creó un modelo numérico para predecir los impactos de diferentes frecuencias de emisión acústica. Utilizando los resultados obtenidos y la bibliografía científica, se propuso un primer estándar técnico que es útil para la minería. / [CA] A lo llarc de l'historia, l'home ha explotat els recursos minerals de la terra per a la seua supervivencia i desenroll tecnologic sense un equilibri en la seua regeneracio. Donat el creiximent de la poblacio mundial i la reduccio de recursos, l'home escomençà a buscar nous deposits que se trobaren en la decada de 1960 en les fondaries dels oceans. En estos, l'humanitat empezò a pensar en extraure els minerals d'estos deposits i aço llevò al naiximent de Deep Sea Mining (DSM). Les conseqüencies de les activitats mineres en les fondaries del mar no se coneixen realment i els efectes poden ser diferents: contaminacio acustica, contaminacio lluminica, contaminacio quimica, destruccio de l'habitat, fragmentacio de l'habitat i perdua d'especies que son la base de molts sistemes vitals. L'impacte acustic d'estes activitats pot tindre importants conseqüencies en les especies marines, encara que este es el tema mes ignorat. El proposit d'este proyecte de doctorat fon proporcionar una comprensio basica dels possibles impactes acustics del DSM en la biodiversidad abans de que escomencen estes activitats. Per a fer aço, el proyecte de doctorat s'organisà en varis passos. Primer, durant un experiment indoor, s'analisaren les respostes bioquimiques en invertebrats somesos a estrés acustic, Arbacia lixula i Mytilus galloprovincialis. Els resultats demostraren efectes significatius en l'activitat de citotoxicidad, expressio d'heat shock protein (HSPS) i activitats enzimáticas (esterasa, fosfatasas alcalina, peroxidasas) en el liquit celomático dels capellanets de mar somesos a estrés acustic. Tambe s'observaren efectes significatius en el nivell de glucosa, la citotoxicidad i les activitats enzimáticas (esterasa, fosfatasa alcalina, peroxidasas) de la glandula digestiva de la clochina. En segon lloc, s'analisaren les respostes bioquimiques de vertebrats i invertebrats somesos in-situ a l'emissio de watergun: Chromis chromis, Holothuria tubulosa i Arbacia lixula. se trobaren efectes significatius sobre els nivells de cortisol en peixos i les activitats enzimáticas (esterasas, fosfatasas alcalines, peroxidasas y superoxide dimutases) en peristomes de capellanet de mar. Ademes, les respostes bioquimiques enzimáticas analisades en els decorreguts celómicos dels equinoderms fon significativa nomes per A. lixula i nomes en l'activade peroxidasica. Tercer s'estudiaren els canvis de comportament en les condicions experimentals en jovenils de Sparus aurata somesos a 4 freqüencies d'emissio acustica diferents. Este experiment demostrà que nomes les baixes freqüencies tingueren efectes en totes les respostes comportamental: alçada de natacio, motilidad i escampada del grup. Sobre la base de les senyes de comportament obtinguts in vivo en peixos jovens, se creó un model numeric per a predecir els impactes de diferents freqüencies d'emissio acustica. Utilisant els resultats obtinguts i la bibliografia cientifica, se propongue un primer estandart tecnic que es util per a la mineria. / [EN] Throughout history, man has exploited the earth's mineral resources for its survival and for technological development without regard for their regeneration. Given the growth of the world population and given the fall in resources, man started looking for new deposits, which were found in 1960s in the ocean depths. Humankind then began to consider extracting minerals from these deposits and this gave origin to Deep Sea Mining (DSM). The consequences of mining activities in the deep sea are not entirely known and the effects can be varied: noise pollution, light pollution, chemical pollution, habitat destruction, habitat fragmentation and the loss of species which we consider the basis of many life systems. The acoustic impact of these activities could have significant consequences on marine species; nevertheless, this has been the most overlooked issue to date. The aim of this PhD project was to provide baseline knowledge of possible acoustic impacts of DSM on biodiversity before mining begins. In order to do this, the PhD project was organised into 3 different stages. First, during an indoor experiment, the biochemical responses of invertebrates Arbacia lixula and Mytilus galloprovincialis subjected to acoustic stress were analysed. The results showed significant changes in cytotoxicity activity, expression of heat shock proteins (HSPs), and enzyme activities (esterases, alkaline phosphatases, peroxidases) in the coelomic fluid of sea urchins subjected to acoustic stress. Significant effects were also observed in glucose levels, cytotoxicity and enzyme activities (esterase, alkaline phosphatase, peroxidase) in the digestive gland of the mussel. Second, the biochemical responses of vertebrates and invertebrates subjected in-situ to watergun emission were analysed: Chromis chromis, Holothuria tubulosa and Arbacia lixula. Significant effects on fish cortisol levels and on enzyme activities in sea urchin peristomes were found. Furthermore, the enzyme biochemical responses analysed in the coelomic fluids of echinoderms showed significant effects only in A. lixula sea urchin and only in peroxidase activity. Third, behavioural changes in experimental conditions were studied in juveniles of Sparus aurata subjected to 4 different acoustic emission frequencies. This experiment showed that only low frequencies had effects on all the behavioural responses analysed: swimming height, motility and dispersion of the group. Based on behavioural data obtained in vivo on juvenile fish, a numerical model was created to predict the impacts of different acoustic emission frequencies. Using the results obtained and literature, a first technical standard useful for mining activities was drawn up. / The study of the Section 3.3 was supported by grants from MIUR (Ministry of Education, University and Research), Fondo Finalizzato alla Ricerca di Ateneo (FFR, 2018-2021) to M.V. and by the CNR research project: IMPLEMENTATION OF THE SOS CONVENTION - Offshore Platforms & Impacts between MATTM and CNR-DTA, (Capo Granitola, Campobello di Mazara) Work Package E: Indepth technical and scientific evaluation of the effects on marine ecosystems of airgun technologies and the effects of a watergun The study of the Section 3.4 study was conducted in the framework of the PhD program in Mediterranean Biodiversity XXXII cycle (International) of the University of Palermo. I. Perez-Arjona, M. Bou-Cabo and V. Espinosa acknowledge the financial support of the European Comission -project 11.0661/2018794607/SUB/ENV.C2. Risk-based Approaches to Good Environmental Status (RAGES). The other founding supports come from PhD Innovative with Industrial Characterization PON 2014-2020 and the projects CAIMAR Joint Laboratory Italy-Argentina (Laboratori Congiunti Bilaterali Internazionali of the Italian National Reseach Council, 2017-2019) and BOSS – Study of bioacoustics and applications for the sustainable exploitation of marine resources (Projects of major importance in the Scientific and Technological Collaboration Executive Programmes, funded by the Italian Ministry of Foreign Affairs and International Cooperation). / Mauro, M. (2020). Mining extraction in the ocean depths: a baseline to understand and reduce acoustic impact on biodiversity [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/144131 / TESIS / Compendio

The thesis is devoted to determining the parameters of the bucket to increase productivity of dredgers while mining deep-water organic-mineral sediments. It was achieved by increasing the fill factor through determining the rational geometrical parameters of the bucket. Analytical dependencies of the rational height and length of the bucket on the cutting parameters and physical-and-mechanical properties of the excavated sediments were determined. Expressions for defining forces while digging plasticity water-saturated soils were developed. Experimental investigations of the process of digging deep-water organic-mineral sediments in laboratory conditions and in the real conditions of operating single-bucket dredger in the Black Sea at the depth of 1885 m were carried out. The technique for calculation of the bucket\'s parameters was developed.

The thesis is devoted to determining the parameters of the bucket to increase productivity of dredgers while mining deep-water organic-mineral sediments. It was achieved by increasing the fill factor through determining the rational geometrical parameters of the bucket. Analytical dependencies of the rational height and length of the bucket on the cutting parameters and physical-and-mechanical properties of the excavated sediments were determined. Expressions for defining forces while digging plasticity water-saturated soils were developed. Experimental investigations of the process of digging deep-water organic-mineral sediments in laboratory conditions and in the real conditions of operating single-bucket dredger in the Black Sea at the depth of 1885 m were carried out. The technique for calculation of the bucket\'s parameters was developed.