De microscopische grootte van fytoplankton, de plantachtige organismen die in de zonovergoten bovenzee leven, hun belang in de mondiale omgeving logenstraft. Ze vormen de voedselbron voor het zoöplankton dat uiteindelijk grotere dieren voedt, variërend van kleine vissen tot walvissen. En zoals planten op het land, fytoplankton gebruikt koolstofdioxide uit de atmosfeer om te groeien en te bloeien door middel van fotosynthese, die uiteindelijk zuurstof in de oceaan en de atmosfeer afgeeft.

Fytoplankton speelt ook een grote rol bij het verlagen van het kooldioxidegehalte in de atmosfeer:uit een recent onderzoek bleek dat fytoplankton ongeveer 24 procent van dit broeikasgas opneemt. Wanneer ze sterven en zinken naar grote diepten in de oceaan, fytoplankton verplaatst ook koolstofdioxide uit contact met de atmosfeer. Een van de meest prangende vragen die wetenschappers onderzoeken, is hoeveel van die koolstof op de lange termijn in de oceaan wordt opgeslagen. Een andere vraag is hoe de stijgende koolstofdioxideniveaus en de bijbehorende veranderingen in het oceaanmilieu de fytoplanktongemeenschappen beïnvloeden.

Om die vragen aan te pakken, op 26 januari wetenschappers van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, samen met onderzoekers uit het hele land begonnen aan een 27-daagse zeereis van Hawaii naar Portland, Oregon, om fytoplanktonpopulaties en hun omgeving te categoriseren en te observeren. Het team werkt aan boord van de R/V Falkor, een onderzoeksschip dat eigendom is van en wordt geëxploiteerd door het non-profit Schmidt Ocean Institute, waarmee wetenschappers het schip kunnen gebruiken om oceanografisch onderzoek te bevorderen.

Waar kooldioxide, eenmaal opgenomen, in de mondiale koolstofcyclus terecht komt hangt af van de soort fytoplankton, zei Goddard/USRA oceanograaf Ivona Cetinic, hoofdwetenschapper van de campagne. "Zowel hun grootte als hun vorm en kleur bepalen de rol die ze spelen, "zei ze. "Door te weten wie er is, je kunt voorspellen wat er met die koolstof gaat gebeuren."

Bijvoorbeeld, de interacties tussen kleinere fytoplankton en de organismen die ze eten zijn meestal beperkt tot de oppervlaktelaag van de oceaan. De koolstof die ze opnemen, blijft aan het oppervlak of ontsnapt uiteindelijk terug in de atmosfeer. Maar organismen die grotere soorten fytoplankton eten, samen met hun afval, meer kans hebben om dieper in de oceaan te zinken. niet opgegeten, dood fytoplankton kan ook zinken als ze ontbinden.

"Als fytoplankton onder de oppervlaktelaag doordringt en de diepste delen van de oceaan bereikt, ze zinken weg, "Zei Cetinic. "Dat is de sleutel, omdat de koolstof die ze hebben vastgelegd, wordt verwijderd uit contact met de atmosfeer."

Fysische processen spelen ook een rol bij de diversiteit van fytoplankton en het transport van koolstof. Een complex samenspel van verschillende watermassa's, vaak zichtbaar in kleurenafbeeldingen van de oceaan, zorgen voor de vorming van zakken van zeer specifieke ecosystemen. Verder, processen zoals subductie, of mengen, presenteren een ander pad voor koolstofafzetting in de diepe oceaan.

De kleur van de oceaan is ook een belangrijke indicator van de gezondheid en activiteit van fytoplankton, en dus verzamelt een instrument van boven het water hyperspectrale metingen (oceaanreflectie groter dan 100 kleuren), van de ultraviolette tot de kortegolf-infraroodbanden van het elektromagnetische spectrum. De verzamelde gegevens zullen NASA's huidige en geplande satellietinstrumenten voor oceaankleuren informeren, inclusief het Plankton, Aërosol, Wolk, ocean Ecosystem (PACE) missie gepland voor lancering in 2022.

Veertien onderzoekers zetten een reeks instrumenten in om fytoplanktongemeenschappen te volgen terwijl de R/V Falkor de noordelijke Stille Oceaan doorkruist. Ze meten continu de diversiteit van fytoplankton door middel van microscopische beelden, pigmentanalyse of analyse van hun genomisch materiaal. Voor de eerste keer, ze testen nieuwe door NASA gefinancierde technologie waarmee ze metingen van deeltjesgrootte kunnen verzamelen.

Soortgelijke metingen zullen worden gedaan vanuit diepere delen van de oceaan met behulp van een apparaat dat een rozet wordt genoemd, die bestaat uit een cluster van flessen die water op verschillende diepten opvangt en instrumenten om het zoutgehalte te meten, temperatuur, en zuurstof. Dergelijke fysieke metingen geven aanwijzingen over omgevingscondities die specifieke soorten fytoplankton ondersteunen. Deze typen worden bovendien herkend aan de hand van afbeeldingen die zijn verzameld door een holografische camera, die vervolgens zal worden gereconstrueerd in virtual reality-ruimte.

Een autonoom platform, een wirewalker genaamd, zal helpen om de fysieke omgeving te beoordelen, evenals de stroom van deeltjes in de diepe oceaan. Met de wirewalker kan een pakket instrumenten langs een draad reizen tot wel 100 meter diepte om de temperatuur te meten, zoutgehalte, zuurstof, evenals fytoplankton-biomarkers zoals chlorofyl. Een autonome vlotter zal op 100 meter diepte zweven en bezinkende deeltjes verzamelen terwijl ze uit de bovenste oceaan zinken.

Oceaankleurensatellieten geven een globaal beeld van fytoplankton, maar PACE zal de eerste hyperspectrale (hoge spectrale resolutie) satelliet van het bureau zijn en een verbetering ten opzichte van zijn voorgangers doordat het in staat zal zijn om onderscheid te maken tussen verschillende soorten. Al het onderzoek naar deze zeecampagne zal een verbeterde validatie van satellietgegevensproducten en de ontwikkeling van ongekende gegevensproducten mogelijk maken.

PACE-projectwetenschapper Jeremy Werdell, die medeonderzoeker is van het voorstel voor scheepstijd op de R/V Falkor, zei, "Het doel van de cruise is om gegevens te verzamelen die ons helpen de beelden die worden verzameld door oceaankleursatellieten beter te begrijpen. Het bestuderen van oceaankleur kan ons veel vertellen over de oceaan."