O Oceano Pacífico está repleto de fitoplâncton ao longo da costa oeste dos Estados Unidos, conforme capturado pelo instrumento MODIS no satélite Aqua da NASA. Os satélites podem rastrear a proliferação de fitoplâncton, que ocorrem quando esses organismos semelhantes a plantas recebem quantidades ideais de luz solar e nutrientes. O fitoplâncton desempenha um papel importante na remoção do dióxido de carbono atmosférico. Créditos:NASA
Uma grande equipe multidisciplinar de cientistas, equipado com robótica subaquática avançada e uma série de instrumentação analítica, irá zarpar para o nordeste do Oceano Pacífico em agosto. A missão da equipe para a NASA e a National Science Foundation (NSF) é estudar a vida e a morte de pequenos organismos que desempenham um papel crítico na remoção de dióxido de carbono da atmosfera e no ciclo de carbono do oceano.
Mais de 100 cientistas e equipes de mais de 20 instituições de pesquisa embarcarão de Seattle para a campanha oceanográfica de Processos de Exportação no Oceano por Sensoriamento Remoto (EXPORTS) da NASA. EXPORTS é a primeira campanha científica multidisciplinar coordenada desse tipo para estudar os destinos e os impactos do ciclo do carbono do plâncton microscópico usando dois navios de pesquisa e várias plataformas robóticas subaquáticas.
Os navios de pesquisa, o R / V Revelle e o R / V Sally Ride, operado pela Scripps Institution of Oceanography, Universidade da Califórnia em San Diego, navegará a oeste 200 milhas em oceano aberto. A partir desses laboratórios marítimos, pesquisadores vão explorar o plâncton, bem como as propriedades químicas e físicas do oceano desde a superfície até meia milha abaixo na zona crepuscular, uma região com pouca ou nenhuma luz solar onde o carbono do plâncton pode ser sequestrado, ou mantido fora da atmosfera, por períodos que variam de décadas a milhares de anos.
"Ao empregar dois navios, poderemos observar processos oceanográficos complexos que variam no espaço e no tempo que não seríamos capazes de capturar com um único navio, "disse Paula Bontempi, gerente de programa de Biologia e Biogeoquímica Oceânica na sede da NASA.
O fitoplâncton é minúsculo, organismos semelhantes a plantas que vivem na parte superior do oceano iluminada pelo sol. Eles usam a luz do sol e o dióxido de carbono dissolvido que entra na parte superior do oceano vindo da atmosfera para crescer por meio da fotossíntese, que é uma forma pela qual os organismos oceânicos fazem o ciclo do carbono. Como produtores primários, o fitoplâncton desempenha um papel importante na remoção do dióxido de carbono atmosférico e na produção de oxigênio. Quando o fitoplâncton é consumido pelo plâncton ou morre, seus restos mortais afundam e uma fração de seu carbono é exportada para as profundezas.
Embora os principais caminhos de exportação de como o carbono se move através do oceano sejam conhecidos, a magnitude dos fluxos de carbono nas diferentes vias oceânicas e sua dependência das características do ecossistema são pouco conhecidas. Cientistas da equipe EXPORTS estão investigando quanto carbono se move através do oceano dentro da camada superior iluminada pelo sol e na zona crepuscular e como os processos ecológicos do oceano afetam o destino e o sequestro do carbono. Esta informação é necessária para prever quanto carbono retornará à atmosfera em que escalas de tempo, ou quanto carbono é exportado para as profundezas do oceano.
"O carbono que os humanos estão colocando na atmosfera está aquecendo a Terra, "diz Mike Sieracki, diretor do programa na Divisão de Ciências Oceânicas da National Science Foundation. "Muito desse carbono acaba encontrando seu caminho para o oceano e é transportado para o fundo do oceano, onde é sequestrado e não retornará à atmosfera por um longo tempo. Este projeto nos ajudará a entender os processos biológicos e químicos que removem o carbono, e estabelecer uma base para monitorar esses processos conforme as mudanças climáticas. "
Sete anos em construção, a campanha de 2018 foi um grande empreendimento, disse David Siegel, Líder científico da EXPORTS da Universidade da Califórnia, Santa Barbara.
Durante a campanha EXPORTS, o Imaging Flow Cytobot dará aos cientistas uma visão contínua da diversidade do plâncton no nordeste do Pacífico. Esta colagem representa apenas um pequeno número dos diferentes tipos de plâncton que habitam o oceano da Terra. Créditos:WHOI / Heidi Sosik
"O impacto que os dados de EXPORTAÇÃO terão para entender como nosso planeta está mudando será significativo, "Siegel disse." O registro de satélites oceânicos da NASA nos mostra que esses ecossistemas são altamente sensíveis à variabilidade climática. Mudanças nas populações do fitoplâncton afetam a teia alimentar marinha, uma vez que o fitoplâncton é comido por muitas espécies animais, grandes e pequenas. As apostas são altas."
A remoção a longo prazo de carbono orgânico da atmosfera para as profundezas do oceano é conhecida como bomba biológica, que opera por meio de três processos principais. Primeiro, partículas carregadas de carbono da superfície do oceano afundam pela gravidade, como acontece com o fitoplâncton morto ou fezes produzidas por pequenos animais chamados zooplâncton. Segundo, o zooplâncton migra diariamente próximo à superfície do oceano para se alimentar do fitoplâncton e retornar à zona crepuscular durante a noite. Terceiro, processos físicos no oceano, como a grande circulação global dos oceanos e redemoinhos turbulentos em menor escala, transporte de carbono suspenso e dissolvido para grandes profundidades.
Os satélites da NASA fornecem uma variedade de medições da camada superior do oceano, como temperatura, salinidade e a concentração de um pigmento encontrado em todas as plantas, denominado clorofila. A EXPORTS fornecerá dados sobre o papel do fitoplâncton e do plâncton na bomba biológica e na exportação de carbono, informações importantes para o planejamento de observações e tecnologias necessárias para futuras missões de satélite de observação da Terra.
"Projetamos EXPORTS para observar simultaneamente os três mecanismos básicos pelos quais o carbono é exportado da parte superior do oceano para as profundezas, "Disse Siegel." Estamos tentando entender melhor a biologia e a ecologia do fitoplâncton nas águas superficiais, como essas características conduzem o transporte de carbono para a zona crepuscular, e então o que acontece com o carbono nas águas mais profundas. "
Entre as muitas tecnologias que estão sendo usadas está uma plataforma autônoma chamada "Wirewalker" que usa a energia das ondas para mover instrumentos ao longo de um fio tenso da superfície para 1, 600 pés (500 metros) de profundidade ao medir a temperatura, salinidade, oxigênio, carbono, e concentração de clorofila.
Um veículo subaquático controlado remotamente de 2 metros de comprimento, chamado Seaglider, coletará medições semelhantes, mas em profundidades de até 3, 200 pés (1, 000 metros.)
A bordo do navio, amostras serão coletadas para sequenciadores genômicos para avaliar a composição do fitoplâncton, zooplâncton, comunidades bacterianas e arqueadas.
Novas ferramentas de imagem microscópica também serão usadas pelos cientistas da EXPORTS, incluindo um microscópio de alto rendimento chamado de Imaging FlowCytobot que fornecerá em tempo real, imagens de alta resolução de bilhões de fitoplâncton individual. O Underwater Vision Profiler medirá os tamanhos das partículas agregadas que afundam e coletará imagens de organismos zooplanctônicos.
Montados na superestrutura do navio estarão instrumentos ópticos que medirão a cor do oceano em altíssima resolução espectral, dos comprimentos de onda ultravioleta às bandas infravermelhas de ondas curtas do espectro eletromagnético. O fitoplâncton tem "assinaturas" espectrais distintas - cores de luz que eles absorvem e espalham. Ao identificar essas assinaturas, os cientistas serão capazes de desenvolver algoritmos para futuras missões de satélite de cores no oceano, como o Plankton da NASA, Aerossol, Nuvem, missão do ecossistema do oceano (PACE). Do espaço, O PACE usará instrumentos ópticos semelhantes para distinguir o tipo e a quantidade de fitoplâncton presente no oceano.
"O que aprenderemos com EXPORTS nos dará uma compreensão mais profunda de como as espécies de plâncton e outros microorganismos, como bactérias, interagem com seu ambiente, "disse Bontempi." Não só seremos capazes de usar essas informações para desenvolver novas abordagens para identificar e quantificar as espécies de plâncton do espaço, seremos capazes de prever quanto carbono retornará à atmosfera e quanto será transportado para as profundezas do oceano a longo prazo. "