NASA speelde deze winter een wetenschappelijk dubbelspel in Hawaï, dezelfde instrumenten en vliegtuigen gebruiken om zowel vulkanen als koraalriffen te bestuderen. Naast het helpen van wetenschappers om deze twee unieke omgevingen beter te begrijpen, de gegevens zullen worden gebruikt om de mogelijkheid te evalueren van het voorbereiden van een potentiële toekomstige NASA-satelliet die ecosysteemveranderingen en natuurlijke gevaren zou volgen.

De voordelen van het bestuderen van actieve vulkanen vanuit de lucht in plaats van vanaf de grond liggen voor de hand. Koraalriffen bieden misschien niet dezelfde risico's in een nauwe ontmoeting als vulkanen, maar er is nog een goede reden om ze met teledetectie te bestuderen:ze zijn verspreid over duizenden vierkante kilometers van de wereld. Het is gewoon niet haalbaar om zo'n groot gebied vanaf een boot te overzien. Daarom volgt NASA al tientallen jaren koraalriffen met satellieten en vliegtuigen. Bij recente inspanningen in de lucht zijn sensoren gebruikt die een betere ruimtelijke en spectrale resolutie bieden dan momenteel beschikbaar is bij NASA-satellietsystemen.

"Riften worden bedreigd door verbleking als gevolg van stijgende zeewatertemperaturen en, tot op zekere hoogte, door toenemende verzuring van oceaanwater, " zei Woody Turner van het NASA-hoofdkwartier in Washington, de programmawetenschapper voor de recente Hawaii-studie. "Daarbovenop, omdat het kustecosystemen zijn, ze zijn ook onderhevig aan sediment en ander afvalwater dat voor de kust stroomt. We hebben nu een dringende behoefte om grip te krijgen op hoe riffen veranderen."

In de afgelopen vier jaar is NASA heeft een reeks onderzoeksvluchten gevlogen boven Californië, het dragen van prototypen van instrumenten in de lucht ter voorbereiding van een mogelijke toekomstige satellietmissie genaamd de Hyperspectral Infrared Imager (HyspIRI), nu in de conceptuele ontwerpfase. De Golden State heeft veel verschillende landschappen om de observatiemogelijkheden van de instrumenten te testen, maar geen koraalriffen of uitbarstende vulkanen. De veldcampagne van HyspIRI Hawaii van deze winter vulde dat gat.

Om het beste uit het oogpunt van een satelliet te krijgen, HyspIRI Hawaii gebruikte een ER-2-vliegtuig op grote hoogte van NASA's Armstrong Flight Research Center, Palmdale, Californië. Tijdens de studie, het vliegtuig was gebaseerd op Marine Corps Base Hawaii, op het eiland Oahu. Vliegen op ongeveer 60, 000 voet (18, 000 meter) en dus boven het grootste deel van de atmosfeer van de aarde, de ER-2 droeg de Airborne Visible and Infrared Imaging Spectrometer (AVIRIS), ontwikkeld door NASA's Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Californië, en de MODIS-ASTER Airborne Simulator (MASTER), ontwikkeld door NASA's Ames Research Center, Moffett-veld, Californië. AVIRIS is een beeldspectrometer die het volledige gereflecteerde spectrum van licht in de zichtbare en kortegolf infrarode golflengten waarneemt. MASTER heeft meerdere waarnemingskanalen in de thermische infraroodgolflengten. Samen bieden AVIRIS en MASTER dezelfde combinatie van spectrale banden die gepland zijn voor de toekomstige HyspIRI-missie - en krachtige gegevens voor huidig ​​onderzoek naar koraalriffen.

Zes koraalrifgerelateerde projecten met uiteenlopende doelstellingen maken gebruik van beelden die AVIRIS en MASTER van januari tot begin maart verzamelden rond de Hawaiiaanse archipel.

• Onder hoofdonderzoeker Steven Ackleson (U.S. Naval Research Laboratory, Washington), een team onderzocht hoe koraalriffen en waterkwaliteit variëren, zowel in ruimte als in tijd, over de enorme afstand die de Hawaiiaanse eilanden en de 1, 200 mijl lang (2, 000 kilometer lang) Papahanaumokuakea Marine National Monument ten noorden van de belangrijkste eilanden. Het team van Ackleson gebruikte de instrumenten in de lucht en observaties in het water om gegevens te verzamelen over de toestand van het rif en de waterkwaliteit en vergeleek ze met gegevens die van 2010 tot 2014 waren verzameld met een andere hyperspectrale imager.
• Om de reacties van riffen op stress te bestuderen, Kyle Cavanaugh (UCLA) leidde een onderzoek naar de samenstelling van ondiepe riffen (koraal, algen en zand) en de mate van bleken. Het team hoopt de praktische limieten van het voorgestelde HyspIRI-instrument te ontdekken bij het observeren van deze kenmerken. Net als de projecten van Ackleson en de meeste andere onderzoekers, deze studie combineerde luchtbeelden met oceaanmetingen.
• Heidi Dierssen (Universiteit van Connecticut) gebruikte in-water spectrometers in combinatie met de AVIRIS-beeldvormingsspectrometerproducten in de lucht om pigmentverschillen tussen fotosynthetische algen van koralen te bekijken, zoöxanthellen genoemd. Een doel is om te bepalen in hoeverre verschillen in pigment - die betrekking hebben op verschillende soorten algen met verschillende biologische kenmerken en reacties op omgevingsveranderingen - kunnen worden gedetecteerd vanaf een platform in de lucht en uiteindelijk vanuit de ruimte.
• Om te bepalen hoe veranderingen in de omgeving van een rif - bewolking, water temperatuur, watertroebelheid - kan de gezondheid van koralen beïnvloeden, en hoe deze omgevingsfactoren zelf kunnen worden beïnvloed door veranderend landgebruik op de eilanden, Paul Haverkamp (ondersteund door Cramer Fish Sciences, West-Sacramento, Californië) zal de AVIRIS-gegevens van dit jaar vergelijken met waarnemingen van AVIRIS-campagnes die tussen 2000 en 2007 zijn gevlogen. De studie richt zich op riffen in Kaneohe Bay, Oa, en Kealakekua-baai, Hawaii.
• Eric Hochberg (Bermuda Institute of Ocean Sciences) en zijn team zullen de AVIRIS-metingen van dit jaar vergelijken met AVIRIS-gegevens uit 2000 om te bestuderen hoe menselijke en klimaatstress de riffen rond de eilanden kan beïnvloeden. Ze zullen de samenstelling van het rif en de primaire productiviteit kwantificeren en deze correleren met oceanografische omstandigheden, landgebruik en bodembedekking op de eilanden, en lokale menselijke bedreigingen om te onderzoeken hoe de toestand van de riffen en de relatie met hun omgeving in de afgelopen 16 jaar kunnen zijn veranderd.
• ZhongPing Lee van de Universiteit van Massachusetts, Boston, nam veldmetingen van riffen gelijktijdig met de HyspIRI-vluchten, met behulp van een speciaal systeem dat nauwkeurig het kleurenspectrum in oceaanwater meet, die belangrijke informatie geeft over wat er in het water zit. Lee en zijn team maten de vorm van de zeebodem, de optische eigenschappen van het water, en andere kenmerken te vergelijken met dezelfde metingen gedaan door AVIRIS.