Criaturas minúsculas e de aparência assustadora à espreita pelos oceanos do nosso mundo podem causar estragos na capacidade dos tomadores de decisões táticas da Marinha de sentir o ambiente ou planejar e traçar um curso de navegação.

A simples presença desses animais, alguns do tamanho da ponta de uma caneta, pode afetar as operações da Marinha por meio da atenuação dos sinais acústicos, bioluminescência, e ruído ambiente.

Para ajudar a aumentar nossa compreensão desses organismos de nível trófico intermediário (ITL), como minúsculos crustáceos e águas-vivas, pesquisadores conduziram uma campanha de campo de 14 dias no ano passado na costa de Delaware. A campanha, liderado pelo oceanógrafo Brad Penta do Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA, coletou informações sobre a dinâmica dos ecossistemas ITL perto das frentes oceânicas - áreas que tendem a ser biologicamente ativas.

Organismos de nível trófico intermediário, pequeno mas poderoso

Todos os organismos dentro de um ecossistema pertencem a um nível trófico específico - essencialmente um rótulo de onde eles se enquadram na cadeia alimentar. Os animais ITL podem variar em tamanho, desde pequenos copépodes até grandes águas-vivas. Eles são movidos por correntes em todo o oceano, e pode formar enxames massivos.

Penta disse que enxames em torno de equipamentos acústicos subaquáticos podem tornar a saída do equipamento não confiável. Os enxames podem ser tão densos que o som reflete e reverbera neles, causando leituras falsas e aumentando o ruído ambiente.

Além de afetar o som, Organismos ITL são conhecidos por piscar.

“Muitos desses organismos emitem luz, chamada bioluminescência, "Penta disse." Eles não acendem o tempo todo; geralmente é quando eles são estimulados ou perturbados. "

Como eles fizeram isso

O estudo costeiro incorporou vários instrumentos e ferramentas de bordo.

Um dos colaboradores do estudo, a Universidade do Mississippi, trouxe um In Situ Ichthyoplankton Imaging System (ISIIS). O ISIIS forneceu várias imagens de alta resolução a cada segundo em que foi rebocado pelo navio.

Durante um dos reboques, O ISIIS passou por um pedaço de vida marinha e erroneamente pensou que tivesse atingido o fundo do oceano. Acabou por ser um enxame de veligers, um estágio larval de moluscos.

"Se você tivesse o suficiente deles [veligers], eles podem interferir com o sonar ou um instrumento óptico, "disse Penta." A presença deles pode mudar a profundidade em que os meios da Marinha são desdobrados. "

Os pesquisadores também anexaram ferramentas ao ISIIS para medir a temperatura, salinidade, clorofila-a, oxigênio, e atenuação de luz. O emparelhamento dessas ferramentas com os organismos ITL identificados pelo ISIIS permitiu aos pesquisadores determinar um perfil ambiental exato onde determinados organismos viviam.

Ao longo do cruzeiro, pesquisadores usaram redes para amostragem, mas também implantou um Wirewalker, um dispositivo de amostragem impulsionado por ondas e correntes. O Wirewalker foi equipado com uma variedade de instrumentos para medir a luz, condutividade, temperatura, profundidade, retroespalhamento de luz e acústico, e oxigênio dissolvido em toda a coluna d'água.

Olhos no céu

Como parte da campanha de campo, nos céus, uma aeronave equipada com imageadores e especialistas em sensoriamento remoto a bordo pesquisou o ambiente oceânico e forneceu localizações precisas das frentes oceânicas aos pesquisadores a bordo. Ele voou com câmeras sensíveis ao visível, infravermelho longo e curto, e comprimentos de onda hiperespectrais.

A aeronave também tinha várias câmeras LIDAR (Light Detection and Ranging). LIDARs emitem lasers coloridos para revelar perfis de um assunto. Nesse caso, O LIDAR forneceu aos pesquisadores informações sobre o que estava acontecendo sob a água. Deric Gray, um oceanógrafo na divisão de Sensoriamento Remoto da NRL, operou e testou uma nova ferramenta desenvolvida por NRL chamada LIDAR de comprimento de onda múltiplo para o ambiente (MUWLE).

Ao contrário dos LIDARs oceânicos tradicionais, que normalmente têm um laser monocromático, Gray e sua equipe projetaram o MUWLE com cores de laser intercambiáveis. A flexibilidade permitiu a Gray e sua equipe testar e otimizar cores diferentes em vários ambientes marinhos.

"O azul funcionou melhor em águas profundas, "Gray disse." O verde funcionou bem em áreas ricas em algas, e o amarelo funcionou bem em baías turvas com muita lama. "

Os pesquisadores projetaram o MUWLE para captar detalhes na água, sabendo que pegaria uma pequena quantidade de informação sobre a atmosfera. Mas os pesquisadores ficaram surpresos ao saber que o MUWLE pode coletar informações detalhadas sobre a atmosfera.

"Vimos camadas de aerossol que apareceram de forma mais significativa do que pensávamos, "Gray disse." O LIDAR também viu fino, nuvens quebradas sob a aeronave que não poderíamos ver de outra forma. "

O que há nos dados?

Os pesquisadores agora estão analisando ativamente seus dados. O objetivo final do estudo é desenvolver um modelo que possa prever a presença de organismos ITL.

Antes que os modelos possam usar os dados, Contudo, o tesouro de dados deve ser processado.

Penta disse que extraiu mais de 1,2 milhão de imagens de apenas um reboque com o instrumento ISIIS. Sua equipe está usando novas técnicas para classificar todas as informações e estabelecer tendências.

"Começamos a configurar redes neurais profundas de aprendizado de máquina para usar inteligência artificial para classificar os organismos, mas não tenho resultados ainda, "Penta disse.

Redes neurais profundas (DNN) são modelos matemáticos sofisticados usados ​​para processar grandes quantidades de dados. Christopher Wood, um cientista da computação da NRL, está treinando um tipo de DNN - uma rede neural convolucional (CNN) - para identificar organismos nas imagens ISIIS.

"As CNNs são voltadas para a análise de imagens, "disse Wood." Um ser humano não poderia processar essas imagens em toda a vida. Os rolos de imagem são enormes e alguns dos organismos são muito pequenos. "

Penta disse que planeja usar a CNN para identificar organismos, e combinar essa informação com as frentes e massas de água. Isso mostrará como as comunidades no oceano mudaram durante a campanha de duas semanas.

Uma vez totalmente sintetizado, Penta disse que a informação criará uma visão abrangente do meio ambiente, que ajudará no desenvolvimento de modelos de ecossistema preditivos.