Фитопланктон - это по существу мельчайшие растения, которые живут на вершине океана, поглощая углекислый газ и выделяя кислород.
Но чтобы проводить такие масштабные наблюдения за такими крошечными организмами, им требовалось радикальное решение.
Введите CALIPSO.
Спутниковая миссия CALIPSO - это сотрудничество между НАСА и французским космическим агентством Centre National d'Etudes Spatiales. В исследовании также приняли участие Университет штата Мэн в Ороно, Университет Калифорнии, Санта-Барбара и Университет Принстона.
Цель состояла в том, чтобы направить лазер на поверхность океана и контролировать циклы всплеска и спада популяций фитопланктона.
КАЛИОП и Фитопланктон
Фитопланктон играет ключевую роль в углеродном цикле планеты . Это огромный фактор поглощения углекислого газа в верхних слоях океана, который производит кислород, жизненно важный для жизни на Земле.
В прошлом ученые предполагали, что бум и спад уровня фитопланктона был связан с хищниками в их среде. Таким образом, если в популяции рыб произойдет бум, в популяции фитопланктона произойдет соответствующий спад.
Эксперименты НАСА и Орегонского государственного университета в Корваллисе проводились для проверки этой теории.
«Нам действительно важно понять, что контролирует эти циклы взлетов и падений и как они могут измениться в будущем, чтобы мы могли лучше оценить последствия для всех других частей пищевой сети», - говорит Майкл Беренфельд, эксперт по морскому планктону. из университета, говорится в пресс-релизе НАСА на эту тему.
Чтобы проверить эту теорию, НАСА разработало CALIOP, облачный аэрозольный лидар с ортогональной поляризацией и прибор на борту CALIPSO (облачный аэрозольный лидар и инфракрасный спутник-наблюдатель), запущенный в 2006 году. С помощью этих приборов ученые проводили мониторинг планктона в полярные регионы непрерывно между 2006 и 2015.
«CALIOP изменил наши представления о дистанционном зондировании океана из космоса», - сказал Крис Хостетлер, исследователь из Лэнгли. «Мы смогли изучить работу высокоширотной океанической экосистемы в те времена года, когда мы были полностью слепы».
Как работает Наблюдение? Обычно для изучения и измерения уровней планктона организации измеряют отражение света от растений океана с помощью различных спутниковых датчиков. Тем не менее, в полярных регионах есть темное небо, и почти постоянный облачный покров ограничивает количество света, которое могут принимать спутники.
Очевидно, что это проблема для постоянного наблюдения!
Вместо этого CALIOP использует лидар, который светит лазером и способен освещать и измерять планктон ночью или днем и даже через некоторое облачное покрытие.
Хотя CALIOP Lidar не был оптимизирован для измерений в океане, а проводился вместо атмосферных измерений, результаты этого исследования показали, что измерения в океане имеют научную ценность.
С этим спутником у команды была значительно лучшая возможность взглянуть на изменения в популяции фитопланктона. И в качестве бонуса, они показали более широкое применение своего разработанного CALIOP Lidar.
Так что они нашли?
Ученые обнаружили, что циклы подъема и спада были привязаны к покрытию ледяной шапки, а не к ежегодным темпам роста. Это важно, поскольку показывает, что хищники не связаны исключительно с уровнями фитопланктона, «изменения в ледяном покрове были более важны для колебаний популяции фитопланктона, чем различия в темпах роста и хищничестве» ( НАСА ).
Пока скорость роста планктона ускоряется, вся экосистема будет в состоянии бума. Однако, когда рост планктона застаивается, другие животные в экосистеме быстро догоняют, планктон съедается, и цветение заканчивается. Это приводит к циклу перебоев, который неизбежно приводит к тому, что животные дальше отмирают в пищевой цепи.
С этим знанием становится ясно, что объем покрытия ледяной шапки напрямую связан с экосистемой в целом: чем больше льда, тем больше фитопланктона; чем меньше льда, тем меньше фитопланктона.
Что теперь?
Это исследование осветило то, как фитопланктон связан с охватом ледяной шапки, но все еще есть вопросы, которые необходимо ответить о причинах цветения фитопланктона. Эти знания жизненно важны для лучшего понимания цикла океанического углерода и управления здоровьем глобальных океанских экосистем.
Поскольку CALIOP Lidar не был разработан специально для измерений в океане, НАСА в настоящее время испытывает новую технологию лидаров, чтобы позволить ученым лучше измерять распределение фитопланктона в солнечном слое океана.
«Главная идея заключается в том, что если мы хотим понять биологическую пищевую сеть и производство полярных систем в целом, мы должны сосредоточиться как на изменениях ледяного покрова, так и на изменениях в экосистемах, которые регулируют этот тонкий баланс между хищниками и добычей », - сказал Беренфельд ( НАСА ).
Чем больше мы понимаем нашу планету, тем больше мы можем работать для борьбы с изменением климата, и поэтому разработка новых технологий лазерного лидара представляет большой интерес для всех. Уже есть много отличных применений для лазеров, и мы не можем дождаться, чтобы увидеть, что они придумают дальше!