Ny metode lader forskere kigge dybere ned i havet

Forskere har udviklet en ny måde at se ind i havets dybder på, etablere en tilgang til at opdage alger og måle nøgleegenskaber ved hjælp af lys. Et papir offentliggjort i Applied Optics rapporter ved hjælp af et laserbaseret værktøj, lidar, at indsamle disse målinger langt dybere, end det typisk har været muligt ved hjælp af satellitter.

"Traditionelle satellit-fjernmålingstilgange kan indsamle en bred vifte af information om det øvre hav, men satellitter kan typisk ikke 'se' dybere end de øverste fem eller 10 meter af havet, " sagde Barney Balch, en seniorforsker ved Bigelow Laboratory for Ocean Sciences og en forfatter til papiret. "At udnytte et værktøj, der lader os se så meget dybere ned i havet, er som at have et nyt sæt øjne."

Lidar bruger lys udsendt af lasere til at få information om partikler i havvand, ligesom dyr som flagermus og delfiner bruger lyd til at ekkolokalisere mål. Ved at udsende lysimpulser og timing, hvor lang tid det tager strålerne at ramme noget og hoppe tilbage, lidar fornemmer reflekterende partikler som alger i vandet.

Forfatter af hovedstudiet Brian Collister brugte et lidar-system ombord til at opdage alger og lære om forhold dybere i havet, end satellitter kan måle. Forskerholdet på dette krydstogt i 2018 var sammensat af forskere fra Old Dominion University og Bigelow Laboratory for Ocean Sciences.

"Lidar-tilgangen har potentialet til at udfylde nogle vigtige huller i vores evne til at måle havets biologi fra rummet, " sagde Collister, en ph.d. studerende på Old Dominion University. "Denne teknik vil kaste nyt lys over fordelingen af ​​biologi i de øvre oceaner, og give os mulighed for bedre at forstå deres rolle i Jordens klima."

I Maine-bugten, holdet brugte lidar til at detektere og måle partikler af mineralet calciumcarbonat, indsamle information om en opblomstring af coccolithophores. Disse alger omgiver sig med calciumcarbonatplader, som er hvide i farven og meget reflekterende. Pladerne spreder lys på en unik måde, fundamentalt ændre, hvordan lysbølgerne er orienteret - og skabe en identificerbar signatur, som lidar-systemet kan genkende.

Balchs forskerhold har studeret Maine-bugten i over to årtier gennem Maine-bugtens nordatlantiske tidsserie. Deres erfaring med at finde og identificere alger i dette økosystem gav nøglebaggrundsinformation til at teste lidar-systemet i, hvad der viste sig at være den største coccolithophore-opblomstring observeret i regionen i 30 år.

"Dette krydstogt gav os en ideel mulighed for at prøve lidar-systemet med evnen til at prøve vandet og vide præcis, hvilke arter der var i det, " sagde Balch. "Lidar er blevet brugt i havet i årtier, men få, hvis nogen, undersøgelser er blevet udført inde i en bekræftet coccolithophore-opblomstring, som dybt ændrer, hvordan lys opfører sig i miljøet."

Coccolithophores trives omkring det globale hav og udøver et enormt niveau af kontrol over de biogeokemiske kredsløb, der former planeten. At studere dem er nøglen til at forstå den globale havdynamik, men feltforskning er altid dyrt. Holdet fastslog, at brug af lidar potentielt kunne give forskere mulighed for at fjernbedømme coccolithophore-populationer uden at stoppe skibet for at indsamle vandprøver - hvilket øger deres evne til at indsamle værdifulde data, dermed også spare dyrebare skibstidsmidler.

Forskerholdet testede også denne tilgang i havmiljøer, der omfattede de klare dybder af Sargassohavet og det grumsete vand ud for New Yorks kyst. De fandt, at det var effektivt på tværs af disse forskellige miljøer. Lidar-systemer kan sondere havet op til tre gange dybere end passive satellit-fjernmålingsteknikker, der er afhængige af solen. Yderligere forskning kan etablere tilgange, der gør det muligt at tage lidar-målinger af satellitter, såvel.

"Det er en kæmpe aftale, at vi lærer at identificere partikler i havet pålideligt fra et lidarsystem placeret over vandet, " sagde Richard Zimmerman, en undersøgelsesforfatter og professor ved Old Dominion University. "Dette er et markant fremskridt, og det kan revolutionere vores evne til at karakterisere og modellere marine økosystemer."