Лазер и изменение климата

В последнее время лазеры использовались для самых разных целей, от открытия лазерных дымовых колец до поиска жизни на Марсе . Теперь ученые работают над установкой связи между климатом и экосистемой на полюсах.
С полярными ледяными шапками, которые удаляются каждый год, для ученых становится серьезным вопросом, чтобы понять вовлеченные факторы. Хотя мы понимаем, что изменение климата является одним из основных факторов ледового покрова на полюсах, понимание взаимодействия между климатом и океанскими экосистемами также имеет жизненно важное значение.

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!