跟踪海面到黑暗的“暮光区”的碳

Phytoplankton社区绽放

不同的Phytoplankton社区在加拿大海事省和西北大西洋围绕西北大西洋绽放。信用:2021年3月22日收集的NASA / AQUA / MODIS COMPOSE

海上旅程,支持美国国家航空航天局和国家科学基金会,五月早些时候在五月北大西洋赛中帆船,由NSF共同资助的互补探险赛,于2018年北平太平洋举行。

NASA 2021年部署的海洋科学领域活动,名为“海洋遥感出口过程”(EXPORTS),由来自30多个政府、大学和私人非政府机构的150名科学家和工作人员组成。该团队由三艘海洋研究船组成,他们将在爱尔兰西部的豪猪深海平原(Porcupine Abyssal plain)水下国际水域相遇。在整个实地考察过程中,科学家们将使用三艘飞船上的各种仪器:由英国南安普顿国家海洋学中心运营的RRS詹姆斯·库克号和RRS发现号,以及由伍兹霍尔海洋学研究所海洋边缘区项目租赁的第三艘船,由西班牙维戈的海洋技术单位运营。包括几辆自动驾驶汽车在内的52个高科技平台将进行测量并持续收集数据。

不同的浮游生物

在显微镜下看到的来自水面的各种浮游生物它是如此集中,你不需要缩放来识别。资料来源:劳拉·荷兰/罗德岛大学

大部分科学侧重于海洋在全球碳循环中的作用。通过化学和生物过程,海洋从大气中消除了大量的碳,因为所有植物的植物都在陆地上。科学家希望进一步探索海洋生物泵的机制 - 大气和表面海洋的碳在深海中被隔离的过程。该过程涉及称为浮游植物的微观植物样生物,其在陆地上的植物中经历光合作用,并且可以通过观察到海洋颜色的变化来看待空间。它们的生产力对地球碳循环产生了重大影响,然后反过来影响地球的气候。

“这是自20世纪80年代和90年代的联合全球海洋通量研究以来,对海洋生物碳泵的首次全面研究,”加州大学圣巴巴拉分校出口科学负责人大卫·西格尔(David Siegel)说。“在此期间,我们得到了先进的显微镜成像工具、基因组学、强大的化学和光学传感器以及自主机器人——这些都是我们当时没有的东西,所以我们可以提出更困难、更重要的问题。”这些问题包括有多少有机碳正在离开海洋表层,以及它们进入深海时的路径,在那里它们可以被长期隔离,从几十年到几千年。

rrs james cook部署采样玫瑰花

您的科学和船员在RRS James Cook上部署了一个采样玫瑰花 - 平台,允许收集来自海洋深度的水样和其他信息,并在远程同时部署相同仪器的RRS发现和R / V Sarmiento de Gamboa。信贷:Deborah Steinberg

科学家们知道有三条主要途径将碳从大气和上层海洋运输到位于海平面以下1640英尺(500米)以上的黑暗“过渡带”:1)物理海洋混合和循环可以携带悬浮有机质向海洋深处内政,2)粒子可以重力下沉,经常通过生物体的勇气,和3)每日垂直迁移的动物之间的通勤上下海平面将碳凑热闹而已。

出口的目的是通过观察不同条件下两种非常不同的海洋生态系统中的碳泵来确定这些路径中有多少碳被运输。研究人员选择了北太平洋和北大西洋,因为它们处于生产力谱(即光合速率)的相反两端,并且经历了两个相反的物理过程,如漩涡和水流。研究对比环境将为模拟未来气候情景提供最大的洞察力。

Sarmiento de Gamboa号车

4月29日,在经过14天的隔离检疫后,这些科学家登上了“萨米恩托·德甘博亚号”。资料来源:Ken Buesseler/ Woods Hole海洋学研究所

根据Ivona Cetinić,美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的项目科学家和海洋学家,北太平洋类似于沙漠或陆地上的“简单草地”。它的营养含量很低,在这里是光合作用所需的铁,并且经历了全球海洋中最少的涡流。因此,进入深海的碳运输主要是由一种叫做浮游动物的微小动物驱动的,它们消耗微小的浮游植物,然后将消化后的碳排泄到海底深处。

浮游植物漂浮在海洋上层的阳光照射层,在那里它们可以将大气中的二氧化碳转化为有机碳。当条件适宜时,就像每年的这个时候北大西洋地区的情况一样,浮游植物数量增长或“开花”的速度非常快,从太空中都能看到。

北大西洋也具有强大的电流,与北太平洋的移动水域形成鲜明对比。随着那些,Siegel说,他们预计在月长的探险期间预计至少四天的恶劣天气。

但出口数据不仅适用于海洋,还将用于改善卫星技术。Cetinić与来自海洋颜色卫星的几个光学测量一起工作,这些卫星测量海洋表面反射的可见光光谱的部分,也就是我们所知道的彩虹的颜色。这些数据提供了诸如测量海洋温度、盐度、碳和一种叫做叶绿素的绿色色素的浓度等信息。然而,不同种类的浮游植物占据了生态系统和碳循环的不同部分,产生了不同数量和不同色调的绿色叶绿素,创造了目前海洋颜色卫星无法“看到”的海洋颜色的细微差别。

在出口过程中使用的仪器是高度精密的,在某些情况下是实验性的,测量海洋颜色的光学仪器,类似于未来NASA卫星上的仪器。研究人员将把这些卫星模拟测量与表面浮游植物群落的详细观测结合起来——通过基因组学、图像分析或色素组成——以及它们的生理知识,使卫星能够探测海洋多样性,并最终发现它们在海洋碳循环中的作用。

The next generation of these satellites, NASA’s Plankton, Aerosol, Cloud, ocean Ecosystem (PACE) mission, will be hyperspectral, meaning it will be able to collect data across the entire visible spectrum, and capture information beyond the visible part, including ultraviolet and shortwave infrared.

Cetinić说:“我们在地面上看到的东西让我们了解我们需要从太空看到什么样的信息,以便捕捉我们想要更好地理解的关键过程。”“这推动了天基技术的发展。作为回报,来自新地球观测卫星的数据允许科学家(比如参与出口的科学家)去寻找其他关键信息或开发新技术来补充目前的地球观测卫星,甚至启发出一颗新的地球观测卫星。科技和科学的这种永恒的相互作用,最终造福全人类。”

在实地调查活动之后,出口的另一个阶段将侧重于使用从大西洋和太平洋收集的数据来预测未来海洋的碳运输路径。

西格尔说:“我们目前所知道的仅限于今天海洋中发生的事情。”“随着持续的气候变化,不仅在海洋中,而且在整个地球系统中都可以看到,我们需要能够预测2075年将会发生什么,而我们目前还没有这种预测性的理解。”

由于同时测量了一片海洋的许多特征,所以现有的计算机模型将具有丰富而更完整的数据集,描绘了碳泵,该碳泵在近期更深的近期可能发生的基础上的碳泵在海洋中 - 影响碳循环的影响。

“这是一个非常好的数据集,它将为未来几十年的研究提供动力,”Cetinić说。

由于速度和出口均经历了延误新型冠状病毒肺炎大流行。现在,为了确保每个相关人员的安全,在开船前需要进行两周的检疫,并在上船后的第一周制定社会距离协议。西格尔说,团队成员的多样性和奉献,无与伦比的支持来自英国国家海洋学中心,确保船舶和船员准备和安全航行,NASA总部的持续承诺,和大量的好运是竞选的原因是今年仍然能够继续。

1评论关于“从海洋表面到黑暗的“过渡带”追踪碳”

  1. Clyde Spencer.|2021年5月12日12:41|回复

    “在NASA(戈达德太空飞行中心)和国家科学基金会的支持下,

    美国国家航空航天局任务蠕变!这是国家海洋和大气管理局的职权范围。这也是我们近50年来没有重返月球的原因之一!

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