NASA gør status over planteplanktonpopulationer i Stillehavet

Den mikroskopiske størrelse af fytoplankton, de plantelignende organismer, der lever i det solbeskinnede øvre hav, afviser deres betydning i det globale miljø. De giver fødekilden til dyreplanktonet, der i sidste ende fodrer større dyr lige fra små fisk til hvaler. Og som planter på land, fytoplankton bruger kuldioxid fra atmosfæren til at vokse og trives gennem fotosyntese, som i sidste ende frigiver ilt til havet og atmosfæren.

Fytoplankton spiller også en stor rolle i at reducere kuldioxidniveauet i atmosfæren:En nylig undersøgelse viste, at fytoplankton optager omkring 24 procent af denne drivhusgas. Når de dør og synker til store dybder i havet, Planteplankton flytter også kuldioxid ud af kontakt med atmosfæren. Blandt de mest presserende spørgsmål, videnskabsmænd undersøger, er, hvor meget af det kulstof, der bliver lagret i havet på lang sigt. Et andet spørgsmål er, hvordan stigende kuldioxidniveauer og tilhørende ændringer i havmiljøet påvirker fytoplanktonsamfund.

For at løse disse spørgsmål, den 26. januar videnskabsmænd fra NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, sammen med forskere fra hele landet indledte en 27-dages søbåren kampagne fra Hawaii til Portland, Oregon, at kategorisere og observere planteplanktonpopulationer og deres miljø. Holdet arbejder ombord på R/V Falkor, et forskningsfartøj ejet og drevet af non-profit Schmidt Ocean Institute, som giver videnskabsmænd brug af skibet til at fremme oceanografisk forskning.

Hvor kuldioxid, en gang taget op, ender i det globale kulstofkredsløb afhænger af arten af ​​fytoplankton, sagde Goddard/USRA oceanograf Ivona Cetinic, kampagnens chefforsker. "Deres størrelse såvel som deres form og farve bestemmer den rolle, de spiller, sagde hun. Ved at vide, hvem der er der, du kan forudsige, hvad der vil ske med det kulstof."

For eksempel, interaktionerne mellem mindre planteplankton og de organismer, der spiser dem, er for det meste begrænset til havets overfladelag. Det kulstof, de optager, forbliver ved overfladen eller undslipper til sidst tilbage til atmosfæren. Men organismer, der spiser større typer fytoplankton, sammen med deres affald, er mere tilbøjelige til at synke dybere ned i havet. Uspist, dødt planteplankton kan også synke, når de nedbrydes.

"Når planteplankton passerer under overfladelaget og når de dybeste dele af havet, de synker ud, " sagde Cetinic. "Det er nøglen, fordi det kulstof, de har sekvestreret, fjernes fra kontakt med atmosfæren."

Fysiske processer spiller også en rolle i phytoplanktondiversiteten og kulstoftransporten. Et komplekst samspil mellem forskellige vandmasser, ofte synlig i havfarvebilleder, give mulighed for dannelse af lommer af meget specifikke økosystemer. Desuden, processer som subduktion, eller blanding, præsentere en anden vej for kulstofaflejring i det dybe hav.

Havets farve er også en vigtig indikator for fytoplanktons sundhed og aktivitet, og så fra over vandet indsamler et instrument hyperspektrale målinger (havreflektans større end 100 farver), fra de ultraviolette til de kortbølgede infrarøde bånd i det elektromagnetiske spektrum. De indsamlede data vil informere NASAs nuværende og planlagte havfarvesatellitinstrumenter, inklusive Plankton, Aerosol, Sky, ocean Ecosystem (PACE) mission planlagt til opsendelse i 2022.

Fjorten forskere anvender en række instrumenter til at spore fytoplanktonsamfund, når R/V Falkor krydser det nordlige Stillehav. De måler løbende phytoplanktondiversiteten gennem enten mikroskopiske billeder, pigmentanalyse eller analyse af deres genomiske materiale. For første gang, de tester ny NASA-finansieret teknologi, der vil give dem mulighed for at indsamle målinger af partikelstørrelse.

Lignende målinger vil blive taget fra dybere dele af havet ved hjælp af et apparat kaldet en roset, som omfatter en klynge af flasker, der fanger vand i forskellige dybder og instrumenter til at måle saltholdighed, temperatur, og oxygen. Sådanne fysiske målinger giver fingerpeg om miljøforhold, der understøtter specifikke fytoplanktontyper. Disse typer vil desuden blive genkendt ved hjælp af billeder indsamlet af et holografisk kamera, som derefter vil blive rekonstrueret i virtual reality-rummet.

En autonom platform kaldet en wirewalker vil hjælpe med at vurdere det fysiske miljø samt strømmen af ​​partikler i det dybe hav. Wirewalkeren gør det muligt for en pakke af instrumenter at rejse langs en ledning til så langt ned som 100 meter for at måle temperatur, saltholdighed, ilt, samt fytoplankton biomarkører som klorofyl. En autonom flyder vil svæve på 100 meters dybde og samle bundfældningspartikler, når de synker fra det øvre hav.

Havfarvesatellitter giver et globalt billede af planteplankton, men PACE vil være agenturets første hyperspektrale (høj spektral opløsning) satellit og en forbedring i forhold til sine forgængere, idet den vil være i stand til at skelne mellem forskellige slags. Al forskning i denne søbårne kampagne vil muliggøre forbedret validering af satellitdataprodukter og udvikling af hidtil usete dataprodukter.

PACE-projektets videnskabsmand Jeremy Werdell, som er medforsker på forslaget til skibstid på R/V Falkor, sagde, "Målet med krydstogtet er at indsamle data, der vil hjælpe os til bedre at forstå de billeder, der er indsamlet af havfarvesatellitter. At studere havfarver kan fortælle os meget om havet."