Праћење угљеника од површине океана до тамне „зоне сумрака“
Различите заједнице фитопланктона цветају око канадских поморских провинција и преко северозападног Атлантског океана. Кредит: НАСА/Акуа/МОДИС композит прикупљен 22. марта 2021
Путовање ка мору, уз подршку обоје НАСА и Национална научна фондација, отпловили су у северни Атлантик почетком маја – наставак комплементарне експедиције, суфинансиране од стране НСФ-а, која се одржала у северном Пацифику 2018.
Распоређивање НАСА-ине океанографске теренске кампање за 2021. под називом „Извозни процеси у океану из даљинског откривања“ (ЕКСПОРТС), састоји се од 150 научника и чланова посаде из више од 30 владиних, универзитетских и приватних невладиних институција. Тим је распоређен на три океанографска истраживачка брода, који ће се састати у међународним водама западно од Ирске изнад подводне равнице Порцупине Абиссал. Током теренске кампање, научници ће користити различите инструменте са три брода: РРС Јамес Цоок и РРС Дисцовери, којима управља Национални центар за океанографију у Саутемптону, УК, плус трећи брод изнајмљен од стране пројекта Оцеан Твилигхт Зоне Океанографске институције Воодс Холе и којом управља Јединица за морску технологију у Вигу, Шпанија. Укупно 52 високотехнолошке платформе, укључујући неколико аутономних возила, вршиће мерења и континуирано прикупљати податке.
Разнолик планктон из површинских вода виђен под микроскопом. Толико је концентрисан да не морате да зумирате да бисте га идентификовали. Заслуге: Лаура Холланд/ Универзитет Рходе Исланд
Велики део науке се фокусира на улогу океана у глобалном циклусу угљеника. Кроз хемијске и биолошке процесе, океан уклања онолико угљеника из атмосфере колико и сав биљни свет на копну. Научници се надају да ће даље истражити механизме биолошке пумпе океана - процеса којим се угљеник из атмосфере и површинског океана дугорочно издваја у дубоком океану. Овај процес укључује микроскопске организме налик биљкама звани фитопланктон, који се подвргавају фотосинтези баш као и биљке на копну и могу се видети из свемира посматрањем промена боје океана. Њихова продуктивност има значајан утицај на Земљин циклус угљеника, што затим утиче на климу на Земљи.
„Ово је прва свеобухватна студија о биолошкој пумпи угљеника у океану од Јоинт Глобал Оцеан Флук студије из 1980-их и деведесетих“, рекао је вођа науке ЕКСПОРТС Давид Сиегел са Универзитета Калифорније, Санта Барбара. „У међувремену, добили смо напредне алате за микроскопско снимање, геномику, робусне хемијске и оптичке сензоре и аутономне роботе – гомилу ствари које тада нисмо имали, тако да можемо да постављамо много тежа и много важнија питања. Та питања укључују колико органског угљеника напушта површински океан и којим путем иде док се креће ка дубинама где се може секвестрирати током дугих временских периода, од деценија до хиљада година.
Наука и посада на броду РРС Јамес Цоок постављају розету за узорковање – платформу која омогућава прикупљање узорака воде и других информација из океанских дубина, а РРС Дисцовери и Р/В Сармиенто де Гамбоа у даљини истовремено користе исту инструментацију. Заслуге: Деборах Стеинберг
Научници знају за три главна путања која преносе угљеник из атмосфере и горњег океана до мрачне „зоне сумрака“ која се налази на 1,640 стопа (500 м) или више испод површине: 1) физичко мешање и циркулација океана може да носи суспендовану органску материју дубоко у унутрашњост океана, 2) честице могу потонути због гравитације, често након што прођу кроз црева организама, и 3) дневне вертикалне миграције животиња које путују између горњих и нижих нивоа океана доносе угљеник са собом за вожњу.
ИЗВОЗ има за циљ да утврди колико се угљеника преноси сваким од ових путева посматрањем пумпе угљеника у два веома различита океанска екосистема са различитим условима. Истраживачи су изабрали северни Пацифик и северни Атлантик јер се налазе на супротним крајевима спектра продуктивности (тј. стопа фотосинтезе) и доживљавају два супротстављена екстрема физичких процеса као што су вртлози и струје. Проучавање контрастних окружења пружиће максималан увид за моделирање будућих климатских сценарија.
Научна посада се укрцала на Р/В Сармиенто де Гамбоа 29. априла након 14 дана у карантину. Заслуге: Кен Буесселер/Океанографска институција Воодс Холе
Према речима Ивоне Цетинић, научника и океанографа у НАСА-ином центру за свемирске летове Годард у Гринбелту у Мериленду, северни Пацифик је сличан пустињи или „једноставној ливади“ на копну. Има мало хранљивих материја, у овом случају гвожђа потребног за фотосинтезу, и доживљава међу најмањим вртложним струјама које се налазе у глобалним океанима. Према томе, транспорт угљеника у дубоки океан првенствено покрећу мале животиње, зване зоопланктон, које конзумирају микроскопски фитопланктон сличан биљци, а затим излучују дигестирани угљеник у дубине испод.
Фитопланктон дрифт у горњем, сунцем обасјаном слоју океана где могу да претворе угљен-диоксид који долази из атмосфере у органски угљеник. Када су услови прави, као што је то често случај у северноатлантском региону у ово доба године, популације фитопланктона расту или „цветају“ тако брзо да се могу видети из свемира.
Северни Атлантик такође има јаке струје које су у супротности са споријим водама северног Пацифика. Уз то, Сиегел каже да очекују најмање четири дана тешког времена током једномесечне експедиције.
Али подаци ИЗВОЗА не односе се само на море – они ће се користити и за побољшање сателитске технологије. Цетинић ради са неколико оптичких мерења која долазе са сателита у боји океана, који мере светлост рефлектовану од површине океана у деловима видљивог спектра, што знамо као боје дуге. Они пружају увиде као што су мерења температуре океана, салинитета, угљеника и концентрације зеленог пигмента званог хлорофил. Међутим, различите врсте фитопланктона које заузимају различите делове екосистема и циклуса угљеника производе различите количине и нијансе зеленог хлорофила, стварајући нијансу у боји океана коју садашњи сателити у боји океана не могу да „виде“.
Међу инструментима који се користе током ИЗВОЗА су веома рафинирани, ау неким случајевима и експериментални, оптички инструменти за мерење боје океана који су слични инструментима који ће бити на будућим НАСА сателитима. Истраживачи ће комбиновати ова мерења која симулирају сателите са детаљним запажањима заједнице фитопланктона на површини – кроз геномику, анализу слике или састав пигмента – као и знање о њиховој физиологији како би омогућили сателитима да открију океанску разноликост и на крају њихову улогу у океанском циклусу угљеника. .
Следећа генерација ових сателита, НАСА-ина мисија Планктон, аеросол, облак, океански екосистем (ПАЦЕ), биће хиперспектрална, што значи да ће моћи да прикупља податке у целом видљивом спектру и да ухвати информације изван видљивог дела, укључујући ултраљубичасте и краткоталасни инфрацрвени.
„Оно што видимо док смо на терену даје нам разумевање какве информације треба да видимо из свемира да бисмо ухватили оне критичне процесе које желимо да боље разумемо“, рекао је Цетинић. „То покреће развој свемирске технологије. Заузврат, подаци који долазе са нових сателита за посматрање Земље омогућавају научницима, попут оних који учествују у ИЗВОЗУ, да оду и пронађу друге кључне информације или развију нове технике које ће допунити садашњи, или чак инспирисати нови сателит за посматрање Земље. Ова стална интеракција технологије и науке, на крају користи целом човечанству.
Након теренске кампање, додатна фаза ИЗВОЗА ће се фокусирати на коришћење података прикупљених са Атлантика и Пацифика за предвиђање како би путеви транспорта угљеника могли изгледати у будућим океанима.
„Оно што тренутно знамо је ограничено на оно што се данас дешава у океанима“, рекао је Сигел. „Са текућим климатским променама, које се виде не само у океану већ и широм земаљских система, морамо да будемо у стању да предвидимо шта ће се догодити 2075. године, а ми још немамо то предиктивно разумевање.
Будући да ће се у исто време мерити толико много карактеристика једног дела океана, постојећи компјутерски модели ће имати богат и потпунији скуп података који приказује угљеничну пумпу на којој ће се заснивати пројекције онога што би се могло дубље догодити у блиској будућности. у океану – и какви би утицаји могли бити на циклус угљеника.
„То је тако добар скуп података да ће подстицати истраживања у наредним деценијама“, рекао је Цетинић.
И ПАЦЕ и ИЗВОЗ су имали кашњења због ЦОВИД-19 пандемија. Сада, да би се осигурала сигурност и сигурност сваког укљученог појединца, био је потребан двонедељни карантин пре пловидбе и протоколи социјалног дистанцирања који су донети прве недеље на бродовима. Сиегел каже да су различитост и посвећеност чланова тима, неупоредива подршка Националног центра за океанографију Уједињеног Краљевства како би се осигурало да су бродови и посада спремни и безбедни за пловидбу, трајна посвећеност седишта НАСА-е и велика срећа разлог за то. да је кампања још увек у стању да се настави ове године.
