La dimensione microscopica del fitoplancton, gli organismi simili a piante che vivono nell'oceano superiore illuminato dal sole, smentisce la loro importanza nell'ambiente globale. Forniscono la fonte di cibo per lo zooplancton che alla fine nutre animali più grandi che vanno dai piccoli pesci alle balene. E come piante sulla terra, il fitoplancton utilizza l'anidride carbonica dall'atmosfera per crescere e prosperare attraverso la fotosintesi, che alla fine rilascia ossigeno nell'oceano e nell'atmosfera.

Il fitoplancton svolge anche un ruolo importante nella riduzione dei livelli di anidride carbonica nell'atmosfera:uno studio recente ha scoperto che il fitoplancton assorbe circa il 24% di questo gas serra. Quando muoiono e affondano a grandi profondità nell'oceano, il fitoplancton sposta anche l'anidride carbonica fuori dal contatto con l'atmosfera. Tra le domande più urgenti su cui gli scienziati stanno indagando è quanto di quel carbonio viene immagazzinato nell'oceano a lungo termine. Un'altra domanda è come l'aumento dei livelli di anidride carbonica e i cambiamenti associati nell'ambiente oceanico stiano influenzando le comunità di fitoplancton.

Per affrontare queste domande, il 26 gennaio gli scienziati del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, insieme a ricercatori di tutto il paese hanno intrapreso una campagna marittima di 27 giorni dalle Hawaii a Portland, Oregon, per classificare e osservare le popolazioni di fitoplancton e il loro ambiente. Il team sta lavorando a bordo dell'R/V Falkor, una nave da ricerca di proprietà e gestita dall'organizzazione no-profit Schmidt Ocean Institute, che garantisce agli scienziati l'uso della nave per far progredire la ricerca oceanografica.

Dove l'anidride carbonica, una volta ripreso, finisce nel ciclo globale del carbonio dipende dalle specie di fitoplancton, ha detto l'oceanografa Goddard/USRA Ivona Cetinic, capo scienziato della campagna. "La loro dimensione, la forma e il colore determinano il ruolo che svolgono, " ha detto. "Sapendo chi c'è, puoi prevedere cosa accadrà a quel carbonio."

Ad esempio, le interazioni tra il fitoplancton più piccolo e gli organismi che li mangiano sono per lo più confinate allo strato superficiale dell'oceano. Il carbonio che assorbono rimane in superficie o alla fine ritorna nell'atmosfera. Ma gli organismi che mangiano tipi più grandi di fitoplancton, insieme ai loro rifiuti, hanno maggiori probabilità di affondare più in profondità nell'oceano. non consumato, il fitoplancton morto può anche affondare mentre si decompone.

"Quando il fitoplancton passa sotto lo strato superficiale e raggiunge le parti più profonde dell'oceano, affondano, " Disse Cetinic. "Questa è la chiave, perché il carbonio che hanno sequestrato viene rimosso dal contatto con l'atmosfera".

Anche i processi fisici svolgono un ruolo nella diversità del fitoplancton e nel trasporto del carbonio. Un complesso gioco di diverse masse d'acqua, spesso visibile nelle immagini a colori dell'oceano, consentono la formazione di sacche di ecosistemi altamente specifici. Per di più, processi come la subduzione, o mescolando, presentano un altro percorso per la deposizione di carbonio nelle profondità dell'oceano.

Il colore dell'oceano è anche un indicatore importante della salute e dell'attività del fitoplancton, e così da sopra l'acqua uno strumento sta raccogliendo misurazioni iperspettrali (riflettenza oceanica maggiore di 100 colori), dall'ultravioletto all'infrarosso a onde corte dello spettro elettromagnetico. I dati raccolti informeranno gli strumenti satellitari a colori dell'oceano attuali e previsti della NASA, compreso il plancton, Aerosol, Nube, La missione ocean Ecosystem (PACE) prevista per il lancio nel 2022.

Quattordici ricercatori stanno implementando una serie di strumenti per tracciare le comunità di fitoplancton mentre l'R/V Falkor attraversa l'Oceano Pacifico settentrionale. Misurano continuamente la diversità del fitoplancton attraverso immagini microscopiche, analisi dei pigmenti o analisi del loro materiale genomico. Per la prima volta, stanno testando una nuova tecnologia finanziata dalla NASA che consentirà loro di raccogliere misurazioni della dimensione delle particelle.

Misure simili saranno prese da porzioni più profonde dell'oceano usando un apparato chiamato rosetta, che comprende un grappolo di bottiglie che cattura l'acqua a diverse profondità e strumenti per misurare la salinità, temperatura, e ossigeno. Tali misurazioni fisiche forniscono indizi sulle condizioni ambientali che supportano tipi specifici di fitoplancton. Questi tipi saranno inoltre riconosciuti utilizzando immagini raccolte da una fotocamera olografica, che verrà poi ricostruito nello spazio della realtà virtuale.

Una piattaforma autonoma chiamata wirewalker aiuterà a valutare l'ambiente fisico e il flusso di particelle nelle profondità dell'oceano. Il wirewalker consente a un pacchetto di strumenti di viaggiare lungo un filo fino a 100 metri di temperatura misurando, salinità, ossigeno, così come biomarcatori di fitoplancton come la clorofilla. Un galleggiante autonomo si librerà alla profondità di 100 metri e raccoglierà le particelle di sedimentazione mentre affondano dall'oceano superiore.

I satelliti color oceano offrono una visione globale del fitoplancton, ma PACE sarà il primo satellite iperspettrale (alta risoluzione spettrale) dell'agenzia e un miglioramento rispetto ai suoi predecessori in quanto sarà in grado di distinguere tra diversi tipi. Tutta la ricerca su questa campagna marittima consentirà una migliore convalida dei prodotti dati satellitari e lo sviluppo di prodotti dati senza precedenti.

Lo scienziato del progetto PACE Jeremy Werdell, chi è co-investigatore sulla proposta di tempo nave sul R/V Falkor, disse, "L'obiettivo della crociera è raccogliere dati che ci aiuteranno a comprendere meglio le immagini raccolte dai satelliti a colori dell'oceano. Lo studio del colore dell'oceano può dirci molto sull'oceano".