Grazie a un nuovo algoritmo, i ricercatori dell'AWI possono ora utilizzare i dati satellitari per determinare in quali parti dell'oceano sono dominanti determinati tipi di fitoplancton. Inoltre, possono identificare fioriture algali tossiche e valutare gli effetti del riscaldamento globale sul plancton marino, consentendo loro di trarre conclusioni sulla qualità dell'acqua e sulle conseguenze per l'industria della pesca.

Il minuscolo fitoplancton che si trova negli oceani del mondo è tremendamente produttivo, e creare metà dell'ossigeno di cui abbiamo bisogno per respirare. Proprio come le piante terrestri, usano la fotosintesi per produrre carboidrati, che utilizzano come fonte di energia. Loro crescono, dividere e produrre enormi quantità di biomassa, la base di tutta la vita marina. Inoltre, sono una fonte di cibo essenziale per i piccoli crostacei, larve di pesci e cozze, che sono essi stessi graffette per pesci più grandi. Quando il fitoplancton scarseggia, mette a repentaglio la rete trofica per tutti gli altri organismi marini.

Ci sono vari gruppi di fitoplancton in tutto il mondo, e svolgono diverse funzioni negli ecosistemi marini. Alcuni sono fonti di cibo preferite; altri formano composti chimici specifici o fungono da fissatori di nutrienti nell'acqua, che possono avere una grande influenza sulla flora e la fauna marina. D'altra parte, alcuni gruppi di fitoplancton possono crescere in masse dense e produrre sostanze tossiche; quando ce ne sono troppi nell'acqua, può essere letale per alcuni organismi marini, soprattutto pesce. Anche il fitoplancton marino è estremamente importante nel suo ruolo di CO ₂ Lavello. Di conseguenza, i ricercatori sono desiderosi di apprendere come si stanno sviluppando le popolazioni dei rispettivi gruppi di fitoplancton in tutto il mondo.

Altro che clorofilla

Però, fino a poco tempo fa era praticamente impossibile stimare in dettaglio queste popolazioni. Concesso, da decenni i ricercatori raccolgono campioni d'acqua a bordo delle navi da ricerca, al fine di identificare e quantificare il plancton presente. Ma questi sono solo campionamenti casuali. E anche i satelliti, che hanno scansionato gli oceani con i loro sensori negli ultimi tre decenni, erano al massimo una soluzione imperfetta:sebbene potessero certamente essere usati per misurare la quantità di clorofilla del pigmento vegetale nell'acqua - come indicatore di quanto fosse alta la concentrazione generale di fitoplancton - distinguere tra i diversi tipi di fitoplancton rimaneva estremamente difficile. Inoltre, non c'era modo di utilizzare i dati satellitari per prevedere la crescita delle alghe in regioni specifiche.

Ma ora un team internazionale guidato da Hongyan Xi e Astrid Bracher dell'Alfred Wegener Institute Helmholtz Center for Polar and Marine Research (AWI) è riuscito per la prima volta a raccogliere molto di più dai dati satellitari:come riportano sulla rivista Remote Sensing of Ambiente, lavorando in stretta collaborazione con la società francese ACRI-ST e con il supporto del fornitore europeo di dati satellitari Copernicus Marine Environment Monitoring Service, hanno sviluppato un nuovo algoritmo che può essere utilizzato per distillare i dati in informazioni chiave su cinque gruppi principali di fitoplancton.

La riflettanza come parametro chiave

I sensori satellitari registrano la luce a varie lunghezze d'onda; normalmente, si utilizzano quelle lunghezze d'onda in grado di captare il colore della clorofilla. Ma Hongyan Xi e i suoi colleghi hanno trovato un modo per utilizzare meglio queste informazioni sulla lunghezza d'onda. Più specificamente, si tratta di analizzare un aspetto noto come riflettanza (o coefficiente di riflessione), che rappresenta la quantità di luce solare che colpisce la Terra che viene riflessa nello spazio. Questa riflessione è dovuta a numerosi processi ottici:la luce è diffusa, piegato e alterato da molecole d'acqua e particelle nell'oceano e nell'atmosfera allo stesso modo. "E il plancton, che contiene di per sé alcuni pigmenti, ha un'influenza sulla riflettanza, " spiega Hongyan Xi. "La riflettanza può differire, a seconda di quali tipi di plancton e di quali pigmenti sono dominanti nell'acqua". ognuno dei cinque tipi lascia la propria impronta digitale sulla luce riflessa e il nuovo algoritmo può riconoscerli tutti.

Confronti accurati di dati provenienti da navi e satellitari

Questa svolta è stata possibile solo grazie a un'enorme quantità di duro lavoro. Per prima cosa il team ha dovuto determinare quale schema di riflettanza fosse caratteristico di ciascun tipo di plancton. Hanno quindi dovuto confrontare le letture satellitari con campioni di plancton raccolti nello stesso momento e luogo a bordo delle navi da ricerca. Fortunatamente, i risultati di molte spedizioni su navi sono ora disponibili in database accessibili al pubblico. Grazie a questi archivi, gli esperti sono stati in grado di determinare dove e quando i campioni d'acqua erano stati raccolti, e quali specie e tipi di plancton erano presenti. Xi e i suoi colleghi hanno analizzato ca. 12, 000 di questi set di dati, e poi mappati ognuno su scansioni satellitari prese nello stesso luogo nello stesso momento. Ciò ha permesso loro di dedurre come la riflettanza è cambiata in alcuni tipi di plancton.

Qualità dell'acqua e fioriture algali tossiche

Armati di queste scoperte, erano quindi pronti per sviluppare l'algoritmo. Oggi, può essere utilizzato per determinare quali tipi di fitoplancton sono dominanti in una determinata regione marina in tutto il mondo, sulla base delle sue informazioni di riflettanza. Questo è importante ad es. per identificare le "fioriture algali nocive" (HAB) tossiche. Anche la presenza di alcuni tipi di fitoplancton è un indicatore della qualità dell'acqua; informazioni particolarmente rilevanti per il settore della pesca. Secondo Hongyan Xi:"Inoltre, in futuro saremo in grado di determinare se la distribuzione del fitoplancton è influenzata o meno dai cambiamenti climatici, un aspetto importante in termini di previsione degli impatti sugli ecosistemi".

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Telerilevamento dell'ambiente con il seguente titolo originale:"Recupero globale di tipi funzionali di fitoplancton basato su funzioni ortogonali empiriche utilizzando prodotti CMEMS GlobColour uniti e ulteriore estensione ai dati OLCI".