La NASA ha realizzato un doppio gioco scientifico alle Hawaii questo inverno, utilizzando gli stessi strumenti e gli stessi velivoli per studiare sia i vulcani che le barriere coralline. Oltre ad aiutare gli scienziati a comprendere meglio questi due ambienti unici, i dati saranno utilizzati per valutare la possibilità di preparare un potenziale futuro satellite della NASA che monitori i cambiamenti dell'ecosistema e i pericoli naturali.

I vantaggi di studiare i vulcani attivi dall'aria piuttosto che dalla terra sono evidenti. Le barriere coralline potrebbero non offrire gli stessi rischi in un incontro ravvicinato dei vulcani, ma c'è un altro buon motivo per studiarli con il telerilevamento:sono sparsi per migliaia di chilometri quadrati del globo. Semplicemente non è possibile esaminare un'area così ampia da una barca. Quindi la NASA ha monitorato le barriere coralline via satellite e aereo per diversi decenni. I recenti sforzi aerei hanno utilizzato sensori che forniscono una migliore risoluzione spaziale e spettrale rispetto a quella attualmente disponibile dai sistemi satellitari della NASA.

"Le barriere coralline sono minacciate dallo sbiancamento dovuto all'innalzamento della temperatura della superficie del mare e, di qualche grado, aumentando l'acidificazione delle acque oceaniche, ", ha affermato Woody Turner del quartier generale della NASA a Washington, lo scienziato del programma per il recente studio sulle Hawaii. "Oltre a ciò, poiché sono ecosistemi costieri, sono anche soggetti a sedimenti e altri effluenti che scorrono al largo. Abbiamo urgente bisogno di capire come stanno cambiando le barriere coralline".

Negli ultimi quattro anni, La NASA ha effettuato una serie di voli di ricerca sulla California, trasportando prototipi di strumenti aerei in preparazione per una possibile futura missione satellitare chiamata Hyperspectral Infrared Imager (HyspIRI), ora in fase di progettazione concettuale. Il Golden State ha molti paesaggi diversi per testare le capacità di osservazione degli strumenti, ma non barriere coralline o vulcani in eruzione. La campagna sul campo HyspIRI Hawaii di questo inverno ha colmato questa lacuna.

Per ottenere la cosa migliore dal punto di vista di un satellite, HyspIRI Hawaii ha utilizzato un aereo ER-2 ad alta quota dell'Armstrong Flight Research Center della NASA, Palmdale, California. Durante lo studio, l'aereo era basato presso la base del corpo dei marine alle Hawaii, sull'isola di Oahu. Volare a circa 60, 000 piedi (18, 000 metri) e quindi al di sopra della maggior parte dell'atmosfera terrestre, l'ER-2 trasportava lo spettrometro per immagini a infrarossi e visibili nell'aria (AVIRIS), sviluppato dal Jet Propulsion Laboratory della NASA, Pasadena, California, e il simulatore aereo MODIS-ASTER (MASTER), sviluppato dall'Ames Research Center della NASA, Campo Moffett, California. AVIRIS è uno spettrometro di imaging che osserva l'intero spettro della luce riflessa nelle lunghezze d'onda dell'infrarosso visibile e delle onde corte. MASTER ha più canali di osservazione nelle lunghezze d'onda dell'infrarosso termico. Insieme AVIRIS e MASTER forniscono la stessa combinazione di bande spettrali pianificate per la futura missione HyspIRI e dati potenti per l'attuale ricerca sulla barriera corallina.

Sei progetti relativi alla barriera corallina con obiettivi diversi utilizzano immagini che AVIRIS e MASTER hanno raccolto intorno all'arcipelago hawaiano da gennaio a inizio marzo.

• Sotto l'investigatore principale Steven Ackleson (U.S. Naval Research Laboratory, Washington), un team ha studiato come variano le barriere coralline e la qualità dell'acqua, sia nello spazio che nel tempo, sull'enorme distanza racchiusa dalle Isole Hawaii e dal 1, 200 miglia di lunghezza (2, 000 chilometri di lunghezza) Papahanaumokuakea Marine National Monument a nord delle isole principali. Il team di Ackleson ha utilizzato gli strumenti aerei e le osservazioni in acqua per raccogliere dati sulle condizioni della barriera corallina e sulla qualità dell'acqua e li ha confrontati con i dati raccolti dal 2010 al 2014 con un diverso imager iperspettrale.
• Per studiare le risposte dei reef allo stress, Kyle Cavanaugh (UCLA) ha condotto uno studio sulla composizione delle barriere coralline poco profonde (corallo, alghe e sabbia) e l'entità del loro sbiancamento. Il team spera di scoprire i limiti pratici dello strumento HyspIRI proposto nell'osservare queste caratteristiche. Come i progetti di Ackleson e della maggior parte degli altri investigatori, questo studio ha combinato immagini aeree con misurazioni oceaniche.
• Heidi Dierssen (Università del Connecticut) ha utilizzato spettrometri in acqua in combinazione con i prodotti di spettrometria di imaging AVIRIS nell'aria per esaminare le differenze di pigmento tra le alghe fotosintetiche dei coralli, note come zooxantelle. Un obiettivo è determinare il grado in cui le differenze di pigmento, che si riferiscono a diversi tipi di alghe con caratteristiche biologiche e risposte diverse ai cambiamenti ambientali, possono essere rilevate da una piattaforma aerea e infine dallo spazio.
• Per determinare come cambia l'ambiente di una barriera corallina:nuvolosità, temperatura dell'acqua, torbidità dell'acqua:potrebbe influire sulla salute dei coralli, e come questi stessi fattori ambientali potrebbero essere influenzati dal cambiamento dell'uso del suolo nelle isole, Paul Haverkamp (supportato da Cramer Fish Sciences, Sacramento occidentale, California) confronterà i dati AVIRIS di quest'anno con le osservazioni delle campagne AVIRIS effettuate tra il 2000 e il 2007. Lo studio si concentra sulle barriere coralline nella baia di Kaneohe, Oah, e la baia di Kealakekua, Hawaii.
• Eric Hochberg (Bermuda Institute of Ocean Sciences) e il suo team confronteranno le misurazioni AVIRIS di quest'anno con i dati AVIRIS del 2000 per studiare come gli stress umani e climatici potrebbero influenzare le barriere coralline intorno alle isole. Quantificheranno la composizione della barriera corallina e la produttività primaria e le metteranno in relazione con le condizioni oceanografiche, uso del suolo e copertura del suolo nelle isole, e le minacce umane locali per indagare su come le condizioni delle barriere coralline e il rapporto con i loro ambienti potrebbero essere cambiate negli ultimi 16 anni.
• ZhongPing Lee dell'Università del Massachusetts, Boston, ha effettuato misurazioni sul campo delle barriere coralline in concomitanza con i voli HyspIRI, utilizzando uno speciale sistema che misura con precisione lo spettro dei colori nell'acqua dell'oceano, che fornisce importanti informazioni su cosa c'è nell'acqua. Lee e il suo team hanno misurato la forma del fondale marino, le proprietà ottiche dell'acqua, e altre caratteristiche da confrontare con le stesse misurazioni effettuate da AVIRIS.