Imagens de satélite de florações de fitoplâncton na superfície do oceano costumam deslumbrar com suas diversas cores, tons e formas. Mas o fitoplâncton é mais do que apenas aquarelas da natureza:eles desempenham um papel fundamental no clima da Terra, removendo o dióxido de carbono da atmosfera por meio da fotossíntese.

No entanto, um relato detalhado do que acontece com esse carbono - quanto dele vai para onde na Terra e por quanto tempo - tem atormentado os cientistas por décadas. Assim, embora os satélites de observação da Terra da NASA possam detectar a proliferação e localização desses organismos, as implicações precisas de seus ciclos de vida e morte no clima ainda são desconhecidas.

Para responder a essas perguntas, esta semana, uma grande equipe multidisciplinar de cientistas está navegando 320 quilômetros a oeste de Seattle no nordeste do Oceano Pacífico com robótica subaquática avançada e outros instrumentos em uma campanha de um mês para investigar as vidas secretas desses organismos semelhantes a plantas e os animais que os comem.

A NASA e a National Science Foundation estão financiando a campanha oceanográfica de Processos de Exportação no Oceano por Sensoriamento Remoto (EXPORTS). Com mais de 100 cientistas e equipe de quase 30 instituições de pesquisa, EXPORTS é a primeira campanha científica multidisciplinar coordenada de seu tipo para estudar os caminhos, destinos e impactos do ciclo do carbono do plâncton microscópico e outros usando dois navios de pesquisa, uma variedade de plataformas robóticas subaquáticas e imagens de satélite. A equipe trabalhará a partir dos navios de pesquisa (R / V) Roger Revelle e Sally Ride, operado pela Scripps Institution of Oceanography, Universidade da Califórnia, San Diego.

"A exploração contínua do oceano, seus ecossistemas e seus controles sobre o ciclo do carbono, conforme observado com tecnologias avançadas pela EXPORTS, fornecerão visões sem precedentes do mundo invisível da Terra, "disse Paula Bontempi, Cientista do programa EXPORTS na sede da NASA, Washington. "As questões científicas que a equipe está enfrentando realmente empurram a fronteira do que a NASA pode fazer em pesquisas oceânicas ópticas remotas e in situ. O objetivo da NASA é conectar os processos biológicos e biogeoquímicos do oceano às informações de missões planejadas de satélite de observação oceânica, extrapolando assim os resultados desta missão para escalas globais. "

O desafio que a EXPORTS aborda exige uma equipe de especialistas extremamente multidisciplinar. "Estou pasmo por termos sido capazes de reunir uma equipe de verdadeiros líderes em seus campos individuais com o único objetivo de compreender as interações entre a vida no mar e o ciclo de carbono do oceano, "disse David Siegel, professor de ciências marinhas da Universidade da Califórnia, Santa Barbara, e liderança científica da EXPORTS. "A equipe tem uma diversidade de especialização sem precedentes, incluindo físicos, ecologistas, geoquímicos, modeladores numéricos, e genômica, robótica e cientistas de sensoriamento remoto. "

A palavra "fitoplâncton" vem do grego para "derivadores de plantas"; o fitoplâncton aproveita a energia do Sol para transformar o carbono inorgânico dissolvido no oceano em carbono orgânico - criando carboidratos e material celular para nutrição e reprodução - e seu movimento é amplamente ditado pela física do oceano, incluindo correntes. Esses organismos são microscópicos, principalmente unicelular, e se multiplicar exponencialmente, dobrando seu número em média todos os dias.

Sua abundância e alta produtividade tornam o fitoplâncton uma fonte de alimento ideal para pequenos animais chamados zooplâncton, que significa "andarilhos de animais" em grego. "Se você tem um milhão de fitoplâncton e zooplâncton, coma 500, 000 deles, o fitoplâncton pode rapidamente voltar a um milhão em um dia, "disse Tatiana Rynearson, oceanógrafo da Escola de Graduação em Oceanografia da Universidade de Rhode Island e membro da equipe EXPORTS. "O fitoplâncton fornece energia para todo o ecossistema porque é capaz de repor suas populações rapidamente."

Como o fitoplâncton, zooplâncton são diversas em espécies. Alguns são unicelulares e microscópicos (microzooplâncton), enquanto outros, como o camarão-like krill e água-viva, são claramente visíveis a olho nu. Várias espécies vivem perto da superfície do oceano durante toda a sua vida, enquanto outros passam os dias na zona crepuscular de 200 metros a 1000 metros (650 pés a 3300 pés) abaixo, onde há pouca ou nenhuma luz solar. Mas à noite, algumas espécies de zooplâncton, como copépodes, que são pequenos crustáceos, fazer uma migração em massa para a superfície - a maior viagem desse tipo em número de organismos na Terra - para se alimentar de fitoplâncton e microzooplâncton, e então recue para as profundezas ao nascer do sol.

Mais acima na cadeia alimentar, uma variedade de animais maiores, como peixes, incluindo o gigante do mar, o tubarão-baleia - e as baleias de barbatanas, como a baleia azul - o maior animal da Terra - se alimentam de zooplâncton, incorporando esse carbono orgânico em seus corpos.

Muito do carbono orgânico consumido pelo fitoplâncton, zooplâncton e predadores marinhos maiores retornam à atmosfera em escalas de tempo curtas. Isso acontece quando eles se decompõem e através da respiração ao longo desta cadeia alimentar, dos animais maiores e do zooplâncton às bactérias que se alimentam das fezes e dos corpos em decomposição desses animais. Mas parte da matéria orgânica das fezes e corpos em decomposição afunda na zona crepuscular e é sequestrada em escalas de tempo mais longas.

"É uma pequena fração, uma fração de um por cento da biomassa que o torna mais profundo no oceano, onde a água fica longe da atmosfera por um longo tempo, de décadas a milhares de anos, "disse Heidi Sosik, cientista sênior da Woods Hole Oceanographic Institution e membro da equipe EXPORTS. "Temos informações muito boas que nos dizem que esses processos estão acontecendo, mas temos muito menos informações para nos ajudar a avaliar quantitativamente seu impacto em coisas como o ciclo do carbono e, em última análise, O clima da Terra. "

Um dos objetivos da campanha é melhorar a compreensão do plâncton por meio da genética. Rynearson e outros estarão envolvidos na identificação de várias espécies de fitoplâncton e zooplâncton por seu DNA e na determinação de quais espécies estão na superfície, que estão afundando, e que estão vivendo no fundo do oceano. O estudo de sua composição genética fornecerá insights sobre seu metabolismo, que será analisado juntamente com medições in situ de fotossíntese e respiração.

"Essencialmente, estamos tentando separar quem está lá e o que eles estão fazendo e quanto carbono está circulando entre essas diferentes espécies, "Rynearson disse. Os dados genéticos serão ligados a medições ópticas, conduzido como parte do trabalho in situ, para ajudar a construir proxies ópticos de ecossistemas oceânicos críticos e propriedades biogeoquímicas. Uma vez que esses proxies ópticos do oceano são criados, os cientistas irão definir e refinar ainda mais as abordagens para medir as variáveis ​​do ecossistema oceânico remotamente, em última análise, vinculando os processos de exportação de carbono às medições de satélite.

Deborah Steinberg, professor de ciências marinhas no Instituto de Ciências Marinhas da Virgínia, é co-cientista-chefe do R / V Revelle e está estudando as populações de zooplâncton. Usando uma malha fina, rede de plâncton controlada eletronicamente, Steinberg e sua equipe irão amostrar água em diferentes profundidades, da superfície para 1, 000 metros (3, 200 pés). Eles estarão contando a abundância de várias populações de zooplâncton em diferentes profundidades e trazendo amostras de volta ao navio para observar a quantidade de fezes que eles produzem. As sondas na nave também medem a quantidade de oxigênio que estão usando. “Isso nos dará uma boa ideia de seu metabolismo e de quanto cada espécie está reciclando ou exportando a matéria orgânica que comem, " ela disse.

Enquanto isso, Sosik e sua equipe estarão entre os membros da equipe do EXPORTS, observando o impacto das espécies de fitoplâncton nas propriedades ópticas da superfície do oceano - como eles absorvem e espalham a luz solar - que é fundamental para discernir os sinais que os satélites recuperam do espaço. "Combinado com dados de EXPORTS e outras campanhas marítimas in situ que alimentam modelos, " ela disse, "Os dados de satélite nos ajudarão a fazer inferências mais sofisticadas e refinadas sobre o que pode estar acontecendo nas profundezas do oceano e quais podem ser os impactos no ciclo do carbono."