Rumbaseret lidar skinner nyt lys på plankton

En rumbaseret sensor, der kan "se" gennem tåge, skyer og mørke har givet forskere deres første kontinuerlige blik på højkonjunkturerne, der driver polare planktonsamfund.

Det årti lange sæt billeder viser, at fytoplanktonkredsløb er mere knyttet til push-pull-forholdet mellem dem og deres rovdyr, end man oprindeligt troede, ifølge en undersøgelse offentliggjort i dag i tidsskriftet Naturgeovidenskab .

Fytoplankton er grundlaget for havets fødevæv. Erhvervsfiskeri, havpattedyr og fugle afhænger alle af blomstringen, sagde undersøgelsens hovedforfatter, Michael Behrenfeld, en ekspert i havplankton ved Oregon State University's College of Agricultural Sciences.

"Det er virkelig vigtigt for os at forstå, hvad der styrer disse boom-bust-cykler, og hvordan de kan ændre sig i fremtiden, "Sagde Behrenfeld, "fordi dynamikken i planktonsamfund har konsekvenser for alle de andre organismer på hele nettet."

Fytoplankton påvirker også Jordens kulstofcyklus. Gennem fotosyntese, de optager en stor del af kuldioxiden nær havets overflade. At, på tur, tillader kuldioxid fra atmosfæren at gå i havet.

Det satellitmonterede LIDAR-instrument, kaldet Cloud-Aerosol Lidar med ortogonal polarisering, eller CALIOP, bruger en laserstråle til at kortlægge havets overflade og umiddelbare undergrund. CALIOP overvågede plankton i det arktiske og antarktiske havvand fra 2006 til 2015.

CALIOP's målinger afslører, at efterhånden som væksten af ​​planteplankton accelererer, blomsterne er i stand til at overgå de organismer, der jager dem. Så snart accelerationen stopper, imidlertid, rovorganismerne indhenter og blomstringen slutter.

Forestil dig to gummikugler - en rød, en grøn - forbundet med et gummibånd, Sagde Behrenfeld.

"Tag den grønne kugle - som repræsenterer planteplanktonet - og smæk den med en padle, "sagde han." Så længe den grønne bold accelererer, gummibåndet vil strække sig, og den røde kugle - som repræsenterer alle de ting, der spiser eller dræber planteplanktonet - vil ikke indhente den grønne kugle. Men så snart den grønne bold holder op med at accelerere, spændingen i gummibåndet trækker den røde kugle op til den, og den røde bold indhenter. "

Dette fund, han sagde, går imod den almindelige opfattelse, at blomstringen begynder, når væksthastigheder på planteplankton når en tærskelhastighed, og derefter stoppe, når vækstraterne går ned.

I stedet, blomstringen starter, når vækstraterne er ekstremt langsomme, og stop derefter, når væksten af ​​planteplankton er maksimalt, men blomstringsaccelerationen har ramt sit højdepunkt. Det er først da, at de rovende organismer indhenter og blomstringen slutter.

Undersøgelsen afslører også, at i arktiske farvande, de år-til-år ændringer i dette konstante skub og træk mellem rovdyr og bytte har været den primære drivkraft for forandring i løbet af de sidste 10 år. Situationen er en anden i det sydlige hav omkring Antarktis, hvor ændringer i isdækket holdt mere gang.

"Meddelelsen om at tage med hjem, "Sagde Behrenfeld, "er det, hvis vi vil forstå produktionen af ​​polarsystemerne som helhed, vi skal fokusere både på ændringer i isdækket og ændringer i økosystemerne, der regulerer denne sarte balance mellem rovdyr og bytte. "

Mulighederne ved rumbaseret LIDAR, han sagde, åbne døren for endnu mere detaljerede målinger af planktonsamfund. For eksempel, CALIOP -instrumentet, godt som det er, blev konstrueret til at måle atmosfæren og har ikke den opløsning, der er nødvendig for at fange detaljerede oplysninger under havets overflade.

Et instrument med højere opløsning, nu udviklet på NASA, men endnu ikke indsat på en satellit, kunne samle underjordiske prøver i fint mellemrum, når laserpulsen trænger gennem vandsøjlen, giver forskere mulighed for at se den lodrette struktur af planktonblomstrer. Det ville afsløre mere om, hvordan plankton påvirkes af havets strømme og dets andre fysiske egenskaber, Sagde Behrenfeld.

Instrumentet kunne også bestemme, hvilken brøkdel af signalet der er fra spredning af lys kontra absorption af lys.

"Vi kan bruge spredningsinformationen til at kvantificere koncentrationen af ​​plankton, og vi kan bruge absorptionen til at sige noget om planktonets fysiologi - med andre ord, cellernes sundhed, sagde Behrenfeld.

CALIOP-sensoren er monteret på CALIPSO-satellitten (Cloud-Aerosol Lidar og Infrared Pathfinder Satellite Observation), ejes i fællesskab af NASA og Frankrigs rumorganisation. Andre deltagende institutioner omfatter University of Maine, University of California og Princeton University.