Urmărirea carbonului de la suprafața oceanului până la întunecata „Twilight Zone”

Diferite comunități de fitoplancton înfloresc în provinciile maritime canadiene și de-a lungul nord-vestului Atlanticului. Credit foto: NASA / Aqua / MODIS compozit, colectat pe 22 martie 2021

O călătorie pe mare susținută de amândoi NASA și Fundația Națională pentru Științe, care a pornit în Atlanticul de Nord la începutul lunii mai – continuarea unei expediții suplimentare cofinanțate de NSF care a avut loc în Pacificul de Nord în 2018.

Campania oceanografică a NASA în 2021, intitulată Export Processes in the Ocean from Remote Sensing (EXPORTS), este formată din 150 de oameni de știință și membri ai echipajului din peste 30 de instituții guvernamentale, universitare și neguvernamentale private. Echipa este răspândită pe trei nave de cercetare oceanografică care se vor întâlni în apele internaționale din vestul Irlandei deasupra nivelului subacvatic al Porcupine Abyssal. De-a lungul campaniei pe teren, oamenii de știință vor implementa o varietate de instrumente la bordul celor trei nave: RRS James Cook și RRS Discovery, operate de Centrul Național de Oceanografie din Southampton, Marea Britanie, și o a treia navă operată de Ocean Twilight Zone – Proiectul a fost închiriat de Woods Hole Oceanographic Institution și operat de Unitatea de Tehnologie Marină din Vigo, Spania. Un total de 52 de platforme de înaltă tehnologie, inclusiv mai multe vehicule autonome, vor efectua măsurători și vor colecta continuu date.

Plancton divers

Plancton divers din apele de suprafață la microscop. Este atât de concentrat încât nu trebuie să măriți pentru a-l identifica. Credit foto: Laura Holland / Universitatea din Rhode Island

O mare parte a științei se concentrează pe rolul oceanului în ciclul global al carbonului. Prin procese chimice și biologice, oceanul îndepărtează atât de mult carbon din atmosferă precum toate plantele de pe uscat. Oamenii de știință speră să poată cerceta în continuare mecanismele pompei biologice a oceanului – procesul prin care carbonul din atmosferă și oceanul de la suprafață este sechestrat pe adâncime pe termen lung. Acest proces implică organisme microscopice asemănătoare plantelor numite fitoplancton care, la fel ca plantele de pe uscat, suferă fotosinteza și pot fi văzute din spațiu prin observarea modificărilor culorii oceanului. Productivitatea lor are un impact semnificativ asupra ciclului de carbon al Pământului, care la rândul său afectează clima Pământului.

“Acesta este primul studiu cuprinzător al pompei biologice de carbon a oceanului de la studiul global asupra fluxului oceanic global din anii 1980 și 1990″, a declarat David Siegel, director științific al EXPORȚII la Universitatea din California din Santa Barbara. „Între timp, avem instrumente avansate de imagistică microscopică, genomică, senzori chimici și optici robusti și roboți autonomi – o mulțime de lucruri pe care nu le aveam atunci, deci putem pune întrebări mult mai dificile și mult mai importante. ” Aceste întrebări includ cantitatea de carbon organic care părăsește oceanul de la suprafață și ce cale ia pe drumul său în jos, unde poate fi prins pentru perioade lungi de timp, de la decenii la mii de ani.

RRS James Cook desfășoară o rozetă de eșantionare

Știința și echipajul de la bordul RRS James Cook desfășoară o platformă de rozetă de eșantionare care permite colectarea probelor de apă și alte informații din adâncul oceanului, cu RRS Discovery și R / V Sarmiento de Gamboa utilizând simultan același instrument la distanță. Credit foto: Deborah Steinberg

Oamenii de știință cunosc trei rute principale care transportă carbonul din atmosferă și oceanul superior către „zona crepusculară” întunecată care se află la 500 m sau mai mult sub suprafață: 1) Amestecul și circulația oceanului fizic pot deplasa materia organică suspendată în adâncuri În interiorul oceanului, 2) particulele se pot scufunda datorită gravitației, adesea după ce trec prin intestinele organismelor și 3) migrațiile verticale zilnice ale animalelor care fac naveta între nivelurile superioare și inferioare ale mării aduc carbon cu ele pentru plimbare.

EXPORTURILE își propun să determine cât de mult carbon este transportat în fiecare dintre aceste rute prin observarea pompei de carbon în două ecosisteme oceanice foarte diferite, cu condiții diferite. Cercetătorii au ales Pacificul de Nord și Atlanticul de Nord, deoarece se află la celălalt capăt al spectrului de productivitate (adică, rate de fotosinteză) și experimentează două extreme opuse ale proceselor fizice, cum ar fi vârtejurile și curenții. Studiul mediilor contrastante oferă cea mai mare perspectivă posibilă asupra modelării scenariilor climatice viitoare.

Imbarcare la R / V Sarmiento de Gamboa

Echipajul omului de știință s-a îmbarcat pe R / V Sarmiento de Gamboa pe 29 aprilie după 14 zile de carantină. Credit foto: Ken Buesseler / Instituția Oceanografică Woods Hole

Potrivit Ivonei Cetinić, om de știință și oceanograf de proiect la Centrul de zbor spațial Goddard al NASA din Greenbelt, Maryland, Pacificul de Nord seamănă cu un deșert sau cu o „pajiște simplă” de pe uscat. Este sărac în nutrienți, în acest caz fierul, care este necesar pentru fotosinteză și este unul dintre cei mai puțini curenți turbionari găsiți în oceanele lumii. Prin urmare, transportul carbonului în marea adâncă este condus în principal de animale minuscule, zooplanctonul, care consumă fitoplancton microscopic de tip vegetal și apoi elimină carbonul digerat în adânc.

Fitoplanctonul se îndreaptă în stratul superior, luminat de soare, al oceanului, unde poate converti dioxidul de carbon din atmosferă în carbon organic. Când condițiile sunt corecte, așa cum se întâmplă adesea în Atlanticul de Nord în această perioadă a anului, populațiile de fitoplancton cresc sau „înfloresc” atât de repede încât pot fi văzute din spațiu.

Atlanticul de Nord are, de asemenea, curenți puternici care contrastează cu apele care curg mai lent din Pacificul de Nord. Împreună cu acestea, Siegel se așteaptă la cel puțin patru zile de vreme dură în timpul expediției de o lună.

Cu toate acestea, datele EXPORȚII nu se aplică numai oceanului, ci sunt folosite și pentru îmbunătățirea tehnologiei prin satelit. Cetinić funcționează cu mai multe măsurători optice luate de la sateliții de culoare ale oceanului care măsoară lumina reflectată de la suprafața oceanului în părți ale spectrului vizibil, ceea ce noi cunoaștem drept culorile curcubeului. Acestea oferă informații precum măsurători ale temperaturii mării, salinității, carbonului și concentrațiilor unui pigment verde numit clorofilă. Cu toate acestea, diferitele tipuri de fitoplancton care locuiesc în diferite părți ale ecosistemului și ale ciclului carbonului produc cantități și nuanțe diferite de clorofilă verde, creând nuanțe în culoarea oceanului pe care sateliții actuali ai culorii oceanului nu le pot „vedea”.

Instrumentele utilizate în timpul EXPORȚIILOR includ instrumente optice sofisticate și, în unele cazuri, experimentale, pentru măsurarea culorii oceanului, care sunt similare cu instrumentele utilizate la bordul viitorilor sateliți NASA. Cercetătorii vor combina aceste măsurători care simulează satelitul cu observații detaliate ale comunității de fitoplancton de suprafață – prin genomică, analiza imaginii sau compoziția pigmentară – precum și cunoașterea fiziologiei lor, astfel încât sateliții să capteze diversitatea oceanică și, în cele din urmă, rolul lor în ciclul carbonului oceanic .

Următoarea generație a acestor sateliți, misiunea NASA de plancton, aerosol, nor și ocean (PACE), va fi hiperspectrală, ceea ce înseamnă că vor colecta date pe întregul spectru vizibil și informațiile dincolo de partea vizibilă pot fi detectate, inclusiv ultraviolete și scurte. unde infraroșii.

„Ceea ce vedem în timp ce suntem acolo ne oferă o înțelegere a tipului de informații pe care trebuie să le vedem din spațiu pentru a surprinde procesele critice pe care dorim să le înțelegem mai bine”, a spus Cetinić. „Aceasta conduce dezvoltarea tehnologiei spațiale. La rândul lor, datele obținute de la noii sateliți de observare a Pământului vor permite oamenilor de știință, precum cei care participă la EXPORTURI, să găsească alte informații importante sau să dezvolte noi tehnici care să completeze sau chiar să inspire actualul satelit de observare a Pământului. Această interacțiune constantă dintre tehnologie și știință beneficiază în cele din urmă întreaga omenire. “

După campania de cercetare pe teren, o fază suplimentară a EXPORȚIILOR se va concentra pe prezicerea modului în care ar putea arăta rutele de transport de carbon în oceanele viitoare, folosind datele colectate din Atlantic și Pacific.

„Ceea ce știm în prezent se limitează la ceea ce se întâmplă astăzi în oceane”, a spus Siegel. „Având în vedere schimbările climatice în curs care sunt observate nu doar în ocean, ci și pe sistemele Pământului, trebuie să putem prevedea ce se va întâmpla în 2075 și nu avem încă această înțelegere predictivă”.

Cu atât de multe proprietăți ale unei singure bucăți de ocean care trebuie măsurate simultan, modelele de computer existente au un set mai bogat și mai complet de date reprezentând pompa de carbon care poate fi utilizată pentru a face predicții despre ceea ce s-ar putea întâmpla la adâncimi în ocean în viitorul apropiat – și ce impact ar putea avea acest lucru asupra ciclului carbonului.

“Este un set de date atât de bun încât va alimenta cercetarea în deceniile următoare”, a spus Cetinić.

Atât PACE cât și EXPORTS au înregistrat întârzieri din cauza COVID-19 Pandemic. Pentru a asigura siguranța tuturor celor implicați, a fost necesară o carantină de două săptămâni, înainte de navigare și au fost emise protocoale de distanțare socială pentru prima săptămână la bordul navelor. Siegel spune că diversitatea și dedicarea membrilor echipei, sprijinul fără precedent din partea Centrului Național de Oceanografie din Marea Britanie pentru a se asigura că navele și echipajul sunt gata și în siguranță pentru a naviga, dedicarea continuă a sediului NASA și norocul sunt motivele pentru care campania poate fi continuat în acest an.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Inginerii dezvoltă o nouă tehnologie de tratare a apei care ar putea ajuta și exploratorii Marte

Un catalizator care distruge percloratul din apă poate curăța solul marțian. O echipă condusă de ingineri de la Universitatea din California Riverside a dezvoltat un...

Dezechilibrul energetic al Pământului s-a dublat

Faceți clic pe imaginea pentru a anima: Comparația estimărilor anuale suprapuse la intervale de 6 luni ale fluxului anual net de energie în atmosfera...

Modul în care celulele folosesc „pungile pentru gunoi” pentru a-și transporta deșeurile de reciclare

Descoperirile pot avea implicații importante pentru înțelegerea bolilor legate de vârstă. Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebys au obținut o perspectivă mai profundă...

Cercetătorii iau distribuția cheii cuantice din laborator

Dovezile pe teren arată că simpla funcționare a sistemului DCC cu rețeaua de telecomunicații existentă în Italia. Într-un nou studiu, cercetătorii au demonstrat un sistem...

Știința simplificată: ce sunt rețelele cuantice?

din Departamentul Energiei din SUA 17 iunie 2021 Părțile interesate din guvern, laboratoare naționale, universități și industrie s-au alăturat DOE Internet Quantum Project Workshop pentru a...

Newsletter

Subscribe to stay updated.