Para peneliti terjun ke dalam 'twilight zone' laut untuk mengeksplorasi aliran karbon ekosistem

JFK Assassination Conspiracy Theories: John F. Kennedy Facts, Photos, Timeline, Books, Articles (Juli 2019).

Anonim

Sebuah tim ilmuwan multidisiplin yang besar, yang dilengkapi dengan robotika bawah air yang canggih dan serangkaian instrumentasi analitis, akan berlayar menuju Samudra Pasifik timur laut pada bulan Agustus ini. Misi tim untuk NASA dan National Science Foundation (NSF) adalah untuk mempelajari kehidupan dan kematian organisme kecil yang memainkan peran penting dalam menghilangkan karbon dioksida dari atmosfer dan siklus karbon di laut.

Lebih dari 100 ilmuwan dan awak dari lebih dari 20 lembaga penelitian akan memulai dari Seattle untuk Proses Ekspor NASA di Samudera dari kampanye pengabaian jarak jauh (EKSPOR) oseanografi. EKSPOR adalah kampanye ilmu multidisiplin pertama yang dikoordinasikan untuk jenisnya untuk mempelajari nasib dan dampak siklus karbon plankton mikroskopis menggunakan dua kapal penelitian dan beberapa platform robot bawah air.

Kapal-kapal penelitian, R / V Revelle dan R / V Sally Ride, dioperasikan oleh Scripps Institution of Oceanography, Universitas California San Diego, akan berlayar ke barat sejauh 200 mil ke laut terbuka. Dari laboratorium yang berlayar di laut ini, para peneliti akan mengeksplorasi plankton, serta sifat-sifat kimia dan fisik lautan dari permukaan hingga setengah mil di bawah ke dalam zona senja, wilayah dengan sedikit atau tanpa sinar matahari di mana karbon dari plankton dapat diasingkan, atau dijauhkan dari atmosfer, selama beberapa dekade hingga ribuan tahun.

"Dengan menggunakan dua kapal kami akan dapat mengamati proses oseanografi yang kompleks yang bervariasi baik dalam ruang dan waktu yang kami tidak akan dapat menangkap dengan satu kapal, " kata Paula Bontempi, manajer program untuk Biologi Laut dan Biogeokimia di NASA Markas besar.

Phytoplankton adalah organisme kecil mirip tumbuhan yang hidup di lautan yang diterangi matahari. Mereka menggunakan sinar matahari dan karbon dioksida terlarut yang memasuki samudra bagian atas dari atmosfer untuk tumbuh melalui fotosintesis, yang merupakan salah satu cara organisme laut siklus karbon. Sebagai produsen utama, fitoplankton memainkan peran penting dalam menghilangkan karbon dioksida di atmosfer dan menghasilkan oksigen. Ketika fitoplankton dikonsumsi oleh plankton atau mati, sisa mereka tenggelam dan sebagian dari karbon mereka diekspor ke kedalaman.

Sementara jalur ekspor utama tentang bagaimana karbon bergerak melalui lautan diketahui, besarnya aliran karbon di jalur samudera yang berbeda dan ketergantungan mereka pada karakteristik ekosistem kurang diketahui. Para ilmuwan di tim EKSPOR sedang menyelidiki berapa banyak karbon yang bergerak melalui lautan di lapisan atas yang diterangi matahari dan masuk ke dalam zona senja dan bagaimana proses ekologi laut mempengaruhi nasib dan penyerapan karbon. Informasi ini diperlukan untuk memprediksi berapa banyak karbon akan berputar kembali ke atmosfer selama skala waktu, atau berapa banyak karbon yang diekspor ke kedalaman laut.

"Manusia karbon yang masuk ke atmosfir adalah pemanasan Bumi, " kata Mike Sieracki, direktur program di Divisi Sains Ilmu Pengetahuan National Science Foundation. "Banyak dari karbon itu akhirnya menemukan jalannya ke laut dan diangkut ke laut dalam, di mana itu diasingkan dan tidak akan kembali ke atmosfer untuk waktu yang lama. Proyek ini akan membantu kita memahami proses biologi dan kimia yang menghilangkan karbon, dan membangun landasan untuk memantau proses-proses ini seiring perubahan iklim. "

Tujuh tahun dalam pembuatan, kampanye 2018 telah menjadi usaha besar, kata David Siegel, EXPORTS sains memimpin dari University of California, Santa Barbara.

"Dampak data EKSPOR akan memiliki untuk memahami bagaimana planet kita berubah akan menjadi signifikan, " kata Siegel. "Catatan satelit samudra NASA menunjukkan kita ekosistem ini sangat sensitif terhadap variabilitas iklim. Perubahan populasi fitoplankton mempengaruhi jaring makanan laut karena fitoplankton dimakan oleh banyak spesies hewan besar dan kecil. Taruhannya tinggi."

Penghapusan jangka panjang karbon organik dari atmosfer ke kedalaman laut dikenal sebagai pompa biologis, yang beroperasi melalui tiga proses utama. Pertama, partikel bermuatan karbon dari permukaan laut tenggelam melalui gravitasi, seperti yang terjadi dengan fitoplankton mati atau kotoran yang dihasilkan oleh hewan kecil yang disebut zooplankton. Kedua, zooplankton bermigrasi setiap hari dekat ke permukaan samudra untuk memakan fitoplankton dan kembali ke zona senja saat malam hari. Ketiga, proses fisik di lautan, seperti sirkulasi besar global yang membalikkan lautan dan pusaran turbulen berskala kecil, mengangkut karbon yang tersuspensi dan terlarut ke kedalaman yang sangat dalam.

Satelit NASA menyediakan berbagai pengukuran lapisan teratas laut, seperti suhu, salinitas dan konsentrasi pigmen yang ditemukan di semua tanaman yang disebut klorofil. EKSPOR akan memberikan data tentang peran fitoplankton dan plankton dalam pompa biologis dan ekspor karbon, informasi penting untuk pengamatan perencanaan dan teknologi yang diperlukan untuk misi satelit yang mengamati Bumi di masa depan.

"Kami telah merancang EKSPOR untuk mengamati secara bersamaan tiga mekanisme dasar dimana karbon diekspor dari laut atas ke kedalaman, " kata Siegel. "Kami mencoba untuk lebih memahami biologi dan ekologi fitoplankton di permukaan air, bagaimana karakteristik tersebut mendorong pengangkutan karbon ke zona senja, dan kemudian apa yang terjadi pada karbon di air yang lebih dalam."

Di antara banyak teknologi yang digunakan adalah platform otonom yang disebut "Wirewalker" yang menggunakan energi gelombang untuk memindahkan instrumen sepanjang kawat kencang dari permukaan hingga 1.600 kaki (500 meter) di kedalaman saat mengukur suhu, salinitas, oksigen, karbon, dan klorofil. konsentrasi.

Sebuah kendaraan bawah air yang dikendalikan remote berukuran 6, 5 kaki (2 meter panjang) yang disebut Seaglider akan mengumpulkan pengukuran serupa, tetapi pada kedalaman hingga 3.200 kaki (1.000 meter).

Di atas kapal, sampel akan dikumpulkan untuk genomic sequencers untuk menilai komposisi komunitas fitoplankton, zooplankton, bakteri dan archaea.

Alat pencitraan mikroskopis baru juga akan digunakan oleh para ilmuwan EKSPOR, termasuk mikroskop keluaran tinggi yang disebut Imaging FlowCytobot yang akan memberikan gambar resolusi tinggi dari milyaran individu phytoplankton secara real-time. The Underwater Vision Profiler akan mengukur ukuran partikel agregat yang tenggelam dan mengumpulkan gambar organisme zooplankton.

Dipasang di atas suprastruktur kapal akan menjadi instrumen optik yang akan mengukur warna laut pada resolusi spektral yang sangat tinggi, dari panjang gelombang ultraviolet hingga gelombang pendek gelombang inframerah dari spektrum elektromagnetik. Phytoplankton memiliki "tanda-tanda" spektral yang berbeda - warna cahaya yang diserap dan disebarkan. Dengan mengidentifikasi tanda tangan tersebut, para ilmuwan akan dapat mengembangkan algoritma untuk misi warna samudra satelit di masa depan seperti misi NASA Plankton, Aerosol, Cloud, Ocean Ecosystem (PACE). Dari luar angkasa, PACE akan menggunakan instrumen optik serupa untuk membedakan jenis dan jumlah fitoplankton yang ada di lautan.

"Apa yang akan kita pelajari dari EKSPOR akan memberi kita pemahaman yang lebih dalam tentang bagaimana spesies plankton dan mikroorganisme lain seperti bakteri berinteraksi dengan lingkungan mereka, " kata Bontempi. "Kita tidak hanya akan dapat menggunakan informasi ini untuk mengembangkan pendekatan baru untuk mengidentifikasi dan mengkuantifikasi spesies plankton dari luar angkasa, kita akan dapat memprediksi berapa banyak karbon akan berputar kembali ke atmosfer dan berapa banyak yang akan diangkut ke kedalaman lautan. untuk jangka panjang. "

menu
menu