p A vida marinha microscópica desempenha um papel fundamental na saúde do oceano e, em última análise, o planeta. Assim como as plantas em terra, O minúsculo fitoplâncton usa a fotossíntese para consumir dióxido de carbono e convertê-lo em matéria orgânica e oxigênio. Esta transformação biológica é conhecida como produtividade primária marinha. p Em um novo estudo em Nature Geoscience hoje, O cientista sênior do MBARI Ken Johnson e a ex-colega de pós-doutorado do MBARI Mariana Bif demonstraram como uma frota de flutuadores robóticos pode revolucionar nossa compreensão da produtividade primária no oceano em escala global.

p Os dados coletados por esses flutuadores permitirão aos cientistas estimar com mais precisão como o carbono flui da atmosfera para o oceano e lançar uma nova luz sobre o ciclo global do carbono. Mudanças na produtividade do fitoplâncton podem ter consequências profundas, como afetar a capacidade do oceano de armazenar carbono e alterar as teias alimentares dos oceanos. Diante de um clima em mudança, compreender o papel do oceano em retirar o carbono da atmosfera e armazená-lo por longos períodos de tempo é fundamental.

p "Com base em modelos de computador imperfeitos, previmos que a produção primária do fitoplâncton marinho diminuirá em um oceano mais quente, mas não tínhamos como fazer medições em escala global para verificar os modelos. Agora nós fazemos, "disse o cientista sênior do MBARI Ken Johnson.

p Ao converter dióxido de carbono em matéria orgânica, o fitoplâncton não apenas suporta teias alimentares oceânicas, eles são o primeiro passo na bomba de carbono biológico do oceano.

p O fitoplâncton consome dióxido de carbono da atmosfera e o usa para construir seus corpos. Os organismos marinhos comem o fitoplâncton, morrer, e então afundar no fundo do mar. Este carbono orgânico é gradualmente respirado pelas bactérias em dióxido de carbono. Uma vez que muito disso acontece em grandes profundidades, o carbono é mantido longe da atmosfera por longos períodos de tempo. Este processo sequestra carbono em massas e sedimentos de águas profundas do mar e é um componente crucial na modelagem do clima da Terra agora e no futuro.

p A produtividade primária marinha diminui e diminui em resposta às mudanças em nosso sistema climático. "Podemos esperar que a produtividade primária global mude com o aquecimento do clima, "explicou Johnson." Pode subir em alguns lugares, para baixo em outros, mas não temos um bom controle de como isso vai se equilibrar. "Monitorar a produtividade primária é crucial para entender nosso clima em mudança, mas observar a resposta em escala global tem sido um problema significativo.

p A medição direta da produtividade no oceano requer a coleta e análise de amostras. Limitações em recursos e esforço humano tornam as observações diretas em escala global, com resolução sazonal a anual desafiadora e custo proibitivo. Em vez de, sensoriamento remoto por satélites ou modelos de circulação gerados por computador oferecem a resolução espacial e temporal necessária. "Os satélites podem ser usados ​​para fazer mapas globais de produtividade primária, mas os valores são baseados em modelos e não são medidas diretas, "advertiu Johnson.

p "Os cientistas estimam que cerca de metade da produtividade primária da Terra acontece no oceano, mas a dispersão das medições ainda não pode nos dar uma estimativa global confiável para o oceano, "acrescentou Mariana Bif, oceanógrafo biogeoquímico e ex-pós-doutorado no MBARI. Agora, os cientistas têm uma nova alternativa para estudar a produtividade dos oceanos - milhares de robôs autônomos vagando pelo oceano.

p Esses robôs estão dando aos cientistas um vislumbre da produtividade primária marinha em toda a área, profundidade, e tempo. Eles estão transformando dramaticamente nossa capacidade de estimar quanto carbono o oceano global acumula a cada ano. Por exemplo, o Oceano Índico e o meio do Oceano Pacífico Sul são regiões onde os cientistas têm muito pouca informação sobre a produtividade primária. Mas isso mudou com a implantação de Biogeochemical-Argo (BGC-Argo) flutua em todo o mundo.

p "Este trabalho representa um marco significativo na aquisição de dados oceânicos, "enfatizou Bif." Isso demonstra quantos dados podemos coletar do oceano sem realmente ir até lá. "

p Os flutuadores de perfil do BGC-Argo medem a temperatura, salinidade, oxigênio, pH, clorofila, e nutrientes. Quando os cientistas implantaram um flutuador BGC-Argo pela primeira vez, cai para 1, 000 metros (3, 300 pés) de profundidade e deriva nessa profundidade. Então, sua programação autônoma começa a trabalhar com o perfil da coluna d'água. O flutuador desce para 2, 000 metros (6, 600 pés), então sobe à superfície. Uma vez na superfície, o flutuador se comunica com um satélite para enviar seus dados aos cientistas em terra. Este ciclo é então repetido a cada 10 dias.

p Na última década, uma frota crescente de flutuadores BGC-Argo tem feito medições em todo o oceano. Os carros alegóricos capturam milhares de perfis todos os anos. Este tesouro de dados forneceu a Johnson e Bif medições dispersas de oxigênio ao longo do tempo.

p Conhecer o padrão de produção de oxigênio permitiu que Johnson e Bif calculassem a produtividade primária líquida em escala global.

p Durante a fotossíntese, o fitoplâncton consome dióxido de carbono e libera oxigênio em uma determinada proporção. Ao medir a quantidade de oxigênio liberado pelo fitoplâncton ao longo do tempo, os pesquisadores podem estimar quanto carbono o fitoplâncton produz e quanto dióxido de carbono eles consomem. "O oxigênio sobe durante o dia devido à fotossíntese, para baixo à noite devido à respiração - se você pode obter o ciclo diário de oxigênio, você tem uma medida de produtividade primária, "explicou Johnson. Embora este seja um padrão bem conhecido, este trabalho representa a primeira vez que foi medido quantitativamente por instrumentos em escala global ao invés de estimado por meio de modelagem e outras ferramentas.

p Mas a criação de perfil flutua apenas uma vez a cada 10 dias, e Johnson e Bif precisaram de várias medições em um dia para obter um ciclo diário. Uma nova abordagem para analisar os dados de flutuação permitiu que Johnson e Bif calculassem a produtividade primária do oceano. Com cada flutuação de perfil chegando em uma hora diferente do dia, combinar dados de 300 flutuadores e amostras de vários momentos do dia permitiu a Johnson e Bif recriar o ciclo diário de oxigênio subindo e descendo e, em seguida, calcular a produtividade primária.

p Para confirmar a precisão das estimativas de produtividade primárias calculadas a partir dos flutuadores BGC-Argo, Johnson e Bif compararam seus dados de flutuação com dados de amostragem baseados em navios em duas regiões - a estação Hawaii Ocean Time-series (HOT) e a Bermuda Atlantic Time-series Station (BATS). Os dados adquiridos dos flutuadores de perfil perto dessas regiões deram resultados semelhantes, como amostragem mensal de navios nesses dois locais ao longo de muitos anos.

p Johnson e Bif descobriram que o fitoplâncton produzia cerca de 53 petagramas de carbono por ano. Essa medição foi próxima aos 52 petagramas de carbono por ano estimados pelos modelos de computador mais recentes. (Um petagrama é 1, 000, 000, 000, 000 quilogramas, ou um gigaton, e aproximadamente o equivalente ao peso de 200 milhões de elefantes.) Este estudo validou modelos biogeoquímicos recentes e destacou o quão robustos esses modelos se tornaram.

p Os dados de alta resolução dos flutuadores BGC-Argo podem ajudar os cientistas a calibrar melhor os modelos de computador para simular a produtividade e garantir que representem as condições oceânicas do mundo real. Esses novos dados permitirão aos cientistas prever melhor como a produtividade primária marinha responderá às mudanças no oceano, simulando diferentes cenários, como o aquecimento das temperaturas, mudanças no crescimento do fitoplâncton, acidificação do oceano, e mudanças nos nutrientes. Conforme mais flutuadores são implantados, Johnson e Bif esperam que os resultados de seu estudo possam ser atualizados, diminuindo as incertezas.

p "Ainda não podemos dizer se há mudança na produtividade primária do oceano porque nossa série temporal é muito curta, "advertiu Bif." Mas estabelece uma linha de base atual a partir da qual podemos detectar mudanças futuras. Esperamos que nossas estimativas sejam incorporadas aos modelos, incluindo aqueles usados ​​para satélites, para melhorar seu desempenho. "

p Mas ja, a riqueza de dados desses flutuadores provou ser inestimável para melhorar nossa compreensão da produtividade primária marinha e como o clima da Terra está ligado ao oceano.

p Os flutuadores BGC-Argo têm sido fundamentais para o projeto de Modelagem e Observações de Carbono e Clima do Oceano Antártico (SOCCOM), um programa patrocinado pela NSF focado em desvendar os mistérios do Oceano Antártico e determinar sua influência no clima. E no ano passado marcou a estreia do projeto Global Ocean Biogeochemistry Array (GO-BGC Array), que permitirá que os cientistas investiguem questões fundamentais sobre os ecossistemas oceânicos, observar a saúde e produtividade do ecossistema, e monitorar os ciclos elementares do carbono, oxigênio, e nitrogênio no oceano em todas as estações do ano.

p As informações coletadas por essas iniciativas globais colaborativas fornecem dados essenciais para melhorar os modelos de computador da pesca oceânica e do clima e monitorar e prever os efeitos do aquecimento e da acidificação dos oceanos na vida marinha.