Een ruimtesensor die door mist kan 'zien', wolken en duisternis hebben wetenschappers hun eerste continue blik gegeven op de boom-bust-cycli die polaire planktongemeenschappen aandrijven.

De tien jaar durende reeks afbeeldingen laat zien dat fytoplanktoncycli meer verbonden zijn met de push-pull-relatie tussen hen en hun roofdieren dan aanvankelijk werd gedacht, volgens een studie die vandaag in het tijdschrift is gepubliceerd Natuur Geowetenschappen .

Fytoplankton vormt de basis van het voedselweb van de oceaan. commerciële visserij, zeezoogdieren en vogels zijn allemaal afhankelijk van de bloemen, zei de hoofdauteur van de studie, Michael Behrenfeld, een expert in marien plankton aan het College of Agricultural Sciences van de Oregon State University.

"Het is echt belangrijk voor ons om te begrijpen wat deze boom-bust-cycli beheerst en hoe ze in de toekomst kunnen veranderen, "Behrenfeld zei:"omdat de dynamiek van planktongemeenschappen gevolgen heeft voor alle andere organismen op het web."

Fytoplankton heeft ook invloed op de koolstofcyclus van de aarde. Door fotosynthese, ze absorberen een groot deel van de koolstofdioxide in de buurt van het oceaanoppervlak. Dat, beurtelings, zorgt ervoor dat koolstofdioxide uit de atmosfeer in de oceaan terechtkomt.

Het op de satelliet gemonteerde LIDAR-instrument, genaamd Cloud-Aerosol Lidar met orthogonale polarisatie, of KALIOP, gebruikt een laserstraal om het oppervlak van de oceaan en de onmiddellijke ondergrond in kaart te brengen. CALIOP volgde van 2006 tot 2015 plankton in de Arctische en Antarctische oceaanwateren.

CALIOP's metingen laten zien dat, naarmate de groei van fytoplankton versnelt, de bloemen kunnen de organismen die erop jagen, overtreffen. Zodra die versnelling stopt, echter, de roofzuchtige organismen halen de achterstand in en de bloei eindigt.

Stel je twee rubberen ballen voor:een rode, een groene - verbonden door een rubberen band, aldus Behrenfeld.

"Neem de groene bal - die het fytoplankton vertegenwoordigt - en sla erop met een peddel, "zei hij. "Zolang die groene bal versnelt, de rubberen band zal uitrekken, en de rode bal - die alle dingen vertegenwoordigt die het fytoplankton eten of doden - zal de groene bal niet inhalen. Maar zodra de groene bal stopt met versnellen, de spanning in het elastiekje trekt die rode bal naar zich toe, en de rode bal inhaalt."

Deze vonst, hij zei, gaat in tegen de algemeen aanvaarde overtuiging dat bloei begint wanneer de groeisnelheid van fytoplankton een drempelwaarde bereikt, en dan stoppen wanneer de groeicijfers crashen.

In plaats daarvan, bloei begint wanneer de groeisnelheid extreem traag is, en stop dan wanneer de groei van fytoplankton maximaal is, maar de versnelling van de bloei zijn hoogtepunt heeft bereikt. Pas dan halen de roofzuchtige organismen de achterstand in en stopt de bloei.

Uit het onderzoek blijkt ook dat, in Arctische wateren, de jaar-op-jaar veranderingen in dit constante duwen en trekken tussen roofdier en prooi is de belangrijkste drijfveer voor verandering in de afgelopen 10 jaar. Anders is de situatie in de zuidelijke oceaan rond Antarctica, waar veranderingen in de ijslaag meer de overhand hadden.

"De boodschap om mee naar huis te nemen, "Behrenfeld zei:"is dat, als we de productie van de polaire systemen als geheel willen begrijpen, we moeten ons zowel concentreren op veranderingen in de ijsbedekking als op veranderingen in de ecosystemen die dit delicate evenwicht tussen roofdieren en prooien reguleren."

De mogelijkheden van op de ruimte gebaseerde LIDAR, hij zei, opent de deur naar nog meer gedetailleerde metingen van planktongemeenschappen. Bijvoorbeeld, het CALIOP-instrument, goed zoals het is, is ontworpen om metingen van de atmosfeer te doen en heeft niet de resolutie die nodig is om gedetailleerde informatie onder het oceaanoppervlak vast te leggen.

Een instrument met een hogere resolutie, nu in ontwikkeling bij NASA, maar nog niet ingezet op een satelliet, zou ondergrondse monsters kunnen verzamelen op fijn verdeelde diepten als de laserpuls door de waterkolom dringt, waardoor wetenschappers de verticale structuur van planktonbloei kunnen zien. Dat zou meer onthullen over hoe plankton wordt beïnvloed door de stromingen van de oceaan en zijn andere fysieke eigenschappen, aldus Behrenfeld.

Het instrument zou ook kunnen bepalen welk deel van het signaal afkomstig is van de verstrooiing van licht versus de absorptie van licht.

"We kunnen de verstrooiingsinformatie gebruiken om de concentratie van het plankton te kwantificeren, en we kunnen de absorptie gebruiken om iets te zeggen over de fysiologie van het plankton - met andere woorden, de gezondheid van de cellen, ' zei Behrenfeld.

De CALIOP-sensor is gemonteerd op de CALIPSO-satelliet (Cloud-Aerosol Lidar en Infrared Pathfinder Satellite Observation), gezamenlijk eigendom van NASA en de Franse ruimtevaartorganisatie. Andere deelnemende instellingen zijn de Universiteit van Maine, de Universiteit van Californië en de Universiteit van Princeton.