Il ricercatore senior Barney Balch raccoglie dati sull'ottica oceanica durante una crociera di ricerca nel Golfo del Maine. Balch fa parte di un team di ricercatori che ha stabilito un nuovo approccio per rilevare le alghe e misurare le proprietà chiave dell'oceano utilizzando la luce, sulla base delle loro ricerche nel Golfo del Maine e oltre. Credito:Laboratorio Bigelow per le scienze oceaniche
I ricercatori hanno avanzato un nuovo modo di vedere nelle profondità dell'oceano, stabilire un approccio per rilevare le alghe e misurare le proprietà chiave utilizzando la luce. Un documento pubblicato su Applied Optics riporta l'utilizzo di uno strumento basato su laser, lidar, raccogliere queste misurazioni molto più in profondità di quanto sia stato tipicamente possibile utilizzando i satelliti.
"I tradizionali approcci di telerilevamento satellitare possono raccogliere una vasta gamma di informazioni sull'oceano superiore, ma i satelliti in genere non possono "vedere" più in profondità dei primi cinque o 10 metri del mare, " ha detto Barney Balch, un ricercatore senior presso il Bigelow Laboratory for Ocean Sciences e autore dell'articolo. "Sfruttare uno strumento che ci consente di guardare molto più a fondo nell'oceano è come avere un nuovo paio di occhi".
Lidar utilizza la luce emessa dai laser per ottenere informazioni sulle particelle nell'acqua di mare, proprio come animali come pipistrelli e delfini usano il suono per ecolocalizzare i bersagli. Inviando impulsi di luce e calcolando quanto tempo impiegano i raggi per colpire qualcosa e rimbalzare indietro, lidar rileva particelle riflettenti come le alghe nell'acqua.
L'autore principale dello studio Brian Collister ha utilizzato un sistema lidar a bordo di una nave per rilevare le alghe e conoscere le condizioni dell'oceano più profonde di quanto i satelliti possano misurare. Il team di ricerca di questa crociera del 2018 era composto da scienziati della Old Dominion University e del Bigelow Laboratory for Ocean Sciences.
"L'approccio lidar ha il potenziale per colmare alcune importanti lacune nella nostra capacità di misurare la biologia oceanica dallo spazio, " disse Collister, un dottorato di ricerca studente alla Old Dominion University. "Questa tecnica getterà nuova luce sulla distribuzione della biologia negli oceani superiori, e ci permettono di comprendere meglio il loro ruolo nel clima terrestre".
Brian Collister, uno studente di dottorato alla Old Dominion University, tende a un sistema lidar basato su laser durante una crociera di ricerca alle Bahamas. Collister fa parte di un team di ricercatori che ha stabilito un nuovo approccio per rilevare le alghe e misurare le proprietà chiave dell'oceano utilizzando questo strumento. Credito:Richard Zimmerman/Old Dominion University
Nel Golfo del Maine, il team ha utilizzato il lidar per rilevare e misurare le particelle del carbonato di calcio minerale, raccogliere informazioni su una fioritura di coccolitofori. Queste alghe si circondano di placche di carbonato di calcio, che sono di colore bianco e altamente riflettenti. Le piastre diffondono la luce in un modo unico, cambiando radicalmente il modo in cui le onde luminose sono orientate e creando una firma identificabile che il sistema lidar può riconoscere.
Il team di ricerca di Balch ha studiato il Golfo del Maine per oltre due decenni attraverso la serie temporale del Nord Atlantico del Golfo del Maine. La loro esperienza nel trovare e identificare le alghe in questo ecosistema ha fornito informazioni di base chiave per testare il sistema lidar in quella che si è rivelata la più grande fioritura di coccolitofori osservata nella regione in 30 anni.
"Questa crociera ci ha dato l'opportunità ideale per provare il sistema lidar con la possibilità di campionare l'acqua e sapere esattamente quali specie erano presenti, " ha detto Balch. "Lidar è stato usato nell'oceano per decenni, ma pochi, se del caso, sono stati condotti studi all'interno di una fioritura confermata di coccolitofori, che cambia profondamente il comportamento della luce nell'ambiente."
I coccolitofori prosperano nell'oceano globale ed esercitano un enorme livello di controllo sui cicli biogeochimici che modellano il pianeta. Studiarli è la chiave per comprendere le dinamiche oceaniche globali, ma la ricerca sul campo è sempre costosa. Il team ha stabilito che l'uso del lidar potrebbe potenzialmente consentire ai ricercatori di stimare a distanza le popolazioni di coccolitofori senza fermare la nave per raccogliere campioni d'acqua, aumentando la loro capacità di raccogliere dati preziosi, risparmiando così anche preziosi fondi per il tempo nave.
Il team di ricerca ha anche testato questo approccio in ambienti oceanici che includevano le limpide profondità del Mar dei Sargassi e le acque torbide al largo della costa di New York City. Hanno scoperto che è efficace in questi ambienti diversi. I sistemi Lidar possono sondare l'oceano fino a tre volte più in profondità rispetto alle tecniche di telerilevamento satellitare passivo che si basano sul sole. Ulteriori ricerche potrebbero stabilire approcci che consentano di effettuare misurazioni lidar da parte dei satelliti, anche.
"È un grosso problema che stiamo imparando a identificare in modo affidabile le particelle nell'oceano da un sistema lidar posizionato sopra l'acqua, " ha detto Richard Zimmerman, autore dello studio e professore alla Old Dominion University. "Questo è un progresso significativo, e potrebbe rivoluzionare la nostra capacità di caratterizzare e modellare gli ecosistemi marini".
