Pagsubaybay sa Carbon Mula sa Ibabaw ng Karagatan hanggang sa Madilim na "Twilight Zone"
Iba't ibang komunidad ng phytoplankton ang namumulaklak sa paligid ng Canadian Maritime Provinces at sa hilagang-kanlurang Karagatang Atlantiko. Credit: NASA/Aqua/MODIS composite na nakolekta noong Marso 22, 2021
Isang paglalakbay sa dagat, suportado ng dalawa NASA at ang National Science Foundation, tumulak sa hilagang Atlantiko noong unang bahagi ng Mayo—ang sumunod na pangyayari sa isang komplementaryong ekspedisyon, na pinondohan ng NSF, na naganap sa hilagang Pasipiko noong 2018.
Ang 2021 deployment ng oceanographic field campaign ng NASA, na tinatawag na Export Processes in the Ocean from Remote Sensing (EXPORTS), ay binubuo ng 150 scientists at crew mula sa mahigit 30 governmental, university, at private non-governmental na institusyon. Ang koponan ay nakakalat sa tatlong oceanographic research vessel, na magkikita sa internasyonal na tubig sa kanluran ng Ireland sa ilalim ng dagat na Porcupine Abyssal plain. Sa buong field campaign, magde-deploy ang mga scientist ng iba't ibang instrumento mula sa sakay ng tatlong barko: ang RRS James Cook at ang RRS Discovery, na pinamamahalaan ng National Oceanography Center sa Southampton, UK, kasama ang pangatlong barko na chartered ng Ocean Twilight Zone project. ng Woods Hole Oceanographic Institution at pinamamahalaan ng Marine Technology Unit sa Vigo, Espanya. May kabuuang 52 high-tech na platform, kabilang ang ilang mga autonomous na sasakyan, ang magsasagawa ng mga sukat at patuloy na pangongolekta ng data.
Iba't ibang plankton mula sa ibabaw na tubig na nakikita sa ilalim ng mikroskopyo. Ito ay sobrang puro na hindi mo na kailangang mag-zoom para makilala. Pinasasalamatan: Laura Holland/ Unibersidad ng Rhode Island
Karamihan sa agham ay nakatuon sa papel ng karagatan sa pandaigdigang siklo ng carbon. Sa pamamagitan ng mga kemikal at biyolohikal na proseso, ang karagatan ay nag-aalis ng kasing dami ng carbon mula sa atmospera gaya ng lahat ng buhay ng halaman sa lupa. Inaasahan ng mga siyentipiko na higit pang tuklasin ang mga mekanismo ng biological pump ng karagatan—ang proseso kung saan ang carbon mula sa atmospera at ibabaw ng karagatan ay nasequester nang mahabang panahon sa malalim na karagatan. Ang prosesong ito ay nagsasangkot ng mga microscopic na katulad ng halaman na organismo na tinatawag na phytoplankton, na sumasailalim sa photosynthesis tulad ng mga halaman sa lupa at makikita mula sa kalawakan sa pamamagitan ng pagmamasid sa mga pagbabago sa kulay ng karagatan. Ang kanilang pagiging produktibo ay may malaking epekto sa ikot ng carbon ng Earth, na pagkatapos ay nakakaapekto sa klima ng Earth.
"Ito ang unang komprehensibong pag-aaral ng biological carbon pump ng karagatan mula noong Joint Global Ocean Flux na pag-aaral noong 1980s at nineties," sabi ng EXPORTS science lead na si David Siegel mula sa University of California, Santa Barbara. "Sa pansamantala, nakakuha kami ng mga advanced na microscopic imaging tool, genomics, matatag na chemical at optical sensors at mga autonomous na robot—isang grupo ng mga bagay na wala sa amin noon, para makapagtanong kami ng mas mahirap at mas mahahalagang tanong." Kasama sa mga tanong na iyon kung gaano karaming organikong carbon ang umaalis sa ibabaw ng karagatan, at anong landas ang tatahakin nito habang patungo ito sa kalaliman kung saan maaari itong ma-sequester sa mahabang panahon, mula sa mga dekada hanggang libu-libong taon.
Ang science at crew na sakay ng RRS James Cook ay nagde-deploy ng sampling rosette - platform na nagbibigay-daan para sa pagkolekta ng mga sample ng tubig at iba pang impormasyon mula sa kalaliman ng karagatan, kasama ang RRS Discovery at R/V Sarmiento de Gamboa sa di kalayuan na nagde-deploy ng parehong instrumentation nang sabay-sabay. Pinasasalamatan: Deborah Steinberg
Alam ng mga siyentipiko ang tatlong pangunahing daanan na nagdadala ng carbon mula sa atmospera at itaas na karagatan patungo sa madilim na "twilight zone" na nasa 1,640 talampakan (500m) o higit pa sa ibaba ng ibabaw: 1) ang pisikal na paghahalo at sirkulasyon ng karagatan ay maaaring magdala ng mga nasuspinde na organikong bagay sa kailaliman ng tubig. sa loob ng karagatan, 2) ang mga particle ay maaaring lumubog dahil sa gravity, madalas pagkatapos na dumaan sa mga bituka ng mga organismo, at 3) araw-araw na patayong paglilipat ng mga hayop na nag-commute sa pagitan ng itaas at ibabang antas ng karagatan ay nagdadala ng carbon para sa biyahe.
Nilalayon ng EXPORTS na matukoy kung gaano karaming carbon ang dinadala ng bawat isa sa mga pathway na ito sa pamamagitan ng pagmamasid sa carbon pump sa dalawang magkaibang ekosistema ng karagatan na may iba't ibang kondisyon. Pinili ng mga mananaliksik ang hilagang Pasipiko at hilagang Atlantiko dahil sila ay nasa magkabilang dulo ng spectrum ng produktibidad (ibig sabihin, mga rate ng photosynthesis) at nakakaranas ng dalawang magkasalungat na sukdulan ng mga pisikal na proseso tulad ng mga eddies at agos. Ang pag-aaral ng magkakaibang mga kapaligiran ay magbibigay ng maximum na insight para sa pagmomodelo ng mga sitwasyon sa klima sa hinaharap.
Sumakay ang scientist crew sa R/V Sarmiento de Gamboa noong Abril 29 pagkatapos ng 14 na araw sa quarantine. Pinasasalamatan: Ken Buesseler/ Woods Hole Oceanographic Institution
Ayon kay Ivona Cetinić, project scientist at oceanographer sa Goddard Space Flight Center ng NASA sa Greenbelt, Maryland, ang North Pacific ay katulad ng isang disyerto o "simpleng parang" sa lupa. Ito ay mababa sa sustansya, sa kasong ito ang iron na kailangan para sa photosynthesis, at nakakaranas ng pinakamakaunting nag-eddy na agos na matatagpuan sa mga pandaigdigang karagatan. Samakatuwid, ang transportasyon ng carbon sa malalim na karagatan ay pangunahing hinihimok ng maliliit na hayop, na tinatawag na zooplankton, na kumakain ng microscopic na tulad ng halaman na phytoplankton at pagkatapos ay naglalabas ng natutunaw na carbon hanggang sa kailaliman sa ibaba.
Phytoplankton drift sa itaas, naliliwanagan ng araw na layer ng karagatan kung saan maaari nilang i-convert ang carbon dioxide na nagmumula sa atmospera sa organic carbon. Kapag tama ang mga kondisyon, gaya ng kadalasang nangyayari sa rehiyon ng North Atlantic sa panahong ito, ang mga populasyon ng phytoplankton ay lumalaki o "namumulaklak" nang napakabilis na makikita mula sa kalawakan.
Nagtatampok din ang Hilagang Atlantiko ng malalakas na agos na kabaligtaran sa mas mabagal na paggalaw ng tubig ng Hilagang Pasipiko. Kasama ng mga iyon, sinabi ni Siegel na inaasahan nila ang hindi bababa sa apat na araw ng malupit na panahon sa panahon ng isang buwang ekspedisyon.
Ngunit ang EXPORTS data ay hindi lamang nalalapat sa dagat—ito ay gagamitin din para mapahusay ang teknolohiya ng satellite. Gumagana ang Cetinić sa ilang optical measurement na nagmumula sa mga satellite ng kulay ng karagatan, na sumusukat sa liwanag na nakikita mula sa ibabaw ng karagatan sa mga bahagi ng nakikitang spectrum, na kilala natin bilang mga kulay ng bahaghari. Nagbibigay ang mga ito ng mga insight gaya ng mga sukat ng temperatura ng karagatan, kaasinan, carbon, at mga konsentrasyon ng berdeng pigment na tinatawag na chlorophyll. Gayunpaman, ang iba't ibang species ng phytoplankton na sumasakop sa iba't ibang bahagi ng ecosystem at carbon cycle ay gumagawa ng iba't ibang dami at kulay ng berdeng chlorophyll, na lumilikha ng kakaiba sa kulay ng karagatan na hindi "nakikita" ng mga kasalukuyang kulay ng karagatan.
Kabilang sa mga instrumentasyong na-deploy sa panahon ng EXPORTS ay lubos na pino, at sa ilang mga kaso ay pang-eksperimentong, mga optical na instrumento upang sukatin ang kulay ng karagatan na katulad ng mga instrumento na sakay ng mga hinaharap na satellite ng NASA. Pagsasamahin ng mga mananaliksik ang satellite-simulating measurements na ito sa mga detalyadong obserbasyon ng surface phytoplankton community—sa pamamagitan ng genomics, image analysis o pigment composition—pati na rin ang kaalaman sa kanilang pisyolohiya upang bigyang-daan ang mga satellite na makita ang pagkakaiba-iba ng karagatan at sa huli ang kanilang papel sa oceanic carbon cycle .
Ang susunod na henerasyon ng mga satellite na ito, ang Plankton, Aerosol, Cloud, Ocean Ecosystem (PACE) mission ng NASA, ay magiging hyperspectral, ibig sabihin, makakakolekta ito ng data sa buong nakikitang spectrum, at makakakuha ng impormasyon sa kabila ng nakikitang bahagi, kabilang ang ultraviolet at shortwave infrared.
"Ang nakikita natin habang tayo ay nasa lupa ay nagbibigay sa atin ng pag-unawa sa kung anong uri ng impormasyon ang kailangan nating makita mula sa kalawakan upang makuha ang mga kritikal na prosesong nais nating mas maunawaan," sabi ni Cetinić. "Na nagtutulak sa pag-unlad ng teknolohiyang nakabatay sa espasyo. Bilang kapalit, ang data na nagmumula sa mga bagong Earth observing satellite ay nagbibigay-daan sa mga siyentipiko, tulad ng mga kalahok sa EXPORTS, na pumunta at maghanap ng iba pang mahalagang impormasyon o bumuo ng mga bagong diskarte upang umakma sa kasalukuyang, o kahit na magbigay ng inspirasyon sa isang bagong, Earth observing satellite. Ang walang hanggang ugnayang ito ng teknolohiya at agham, sa huli ay nakikinabang sa buong sangkatauhan."
Kasunod ng fieldwork campaign, ang karagdagang yugto ng EXPORTS ay tututuon sa paggamit ng data na nakolekta mula sa Atlantic at Pacific para mahulaan kung ano ang maaaring hitsura ng mga carbon transport pathway sa mga karagatan sa hinaharap.
"Ang alam natin sa kasalukuyan ay limitado sa kung ano ang nangyayari sa mga karagatan ngayon," sabi ni Siegel. "Sa patuloy na mga pagbabagong dulot ng klima, na nakikita hindi lamang sa karagatan kundi sa buong sistema ng Earth, kailangan nating mahulaan kung ano ang mangyayari sa 2075, at wala pa tayong mahuhulaan na pang-unawa."
Dahil napakaraming katangian ng isang hiwa ng karagatan ang susukatin nang sabay-sabay, ang mga kasalukuyang modelo ng computer ay magkakaroon ng mayaman at mas kumpletong set ng data na naglalarawan sa carbon pump kung saan ibabase ang mga projection kung ano ang maaaring mangyari sa malapit na hinaharap nang mas malalim. sa karagatan—at kung ano ang maaaring maging epekto sa ikot ng carbon.
"Ito ay isang mahusay na set ng data na ito ay magiging fueling pananaliksik para sa mga dekada na darating," sabi ni Cetinić.
Parehong nakaranas ng mga pagkaantala ang PACE at EXPORTS dahil sa Covid-19 pandemya. Ngayon, upang matiyak ang kaligtasan at seguridad ng bawat indibidwal na kasangkot, isang dalawang linggong kuwarentenas ay kinakailangan bago maglayag at ang mga protocol ng pagdistansya sa lipunan ay naisabatas para sa unang linggo sakay ng mga barko. Sinabi ni Siegel na ang pagkakaiba-iba at dedikasyon ng mga miyembro ng koponan, ang walang kapantay na suporta mula sa National Oceanography Center ng UK upang matiyak na ang mga barko at tripulante ay handa at ligtas para sa paglalayag, ang patuloy na pangako mula sa NASA Headquarters, at napakalaking magandang kapalaran ang dahilan. na ang kampanya ay maaari pa ring magpatuloy sa taong ito.
