Onderzoekers hebben een nieuwe manier ontwikkeld om in de diepten van de oceaan te kijken, het opzetten van een aanpak om algen te detecteren en belangrijke eigenschappen te meten met behulp van licht. Een paper gepubliceerd in Applied Optics-rapporten met behulp van een lasergebaseerd hulpmiddel, lidar, om deze metingen veel dieper te verzamelen dan normaal mogelijk was met satellieten.

"Traditionele teledetectie via satellieten kan een breed scala aan informatie verzamelen over de bovenste oceaan, maar satellieten kunnen doorgaans niet dieper 'zien' dan de bovenste vijf of tien meter van de zee, " zei Barney Balch, een senior onderzoeker bij Bigelow Laboratory for Ocean Sciences en een auteur van het artikel. "Het gebruik van een hulpmiddel waarmee we zoveel dieper in de oceaan kunnen kijken, is als het hebben van een nieuw stel ogen."

Lidar gebruikt licht van lasers om informatie te verkrijgen over deeltjes in zeewater, net zoals dieren zoals vleermuizen en dolfijnen geluid gebruiken om doelen te echoloceren. Door lichtpulsen uit te zenden en te bepalen hoe lang het duurt voordat de stralen iets raken en terugkaatsen, lidar detecteert reflecterende deeltjes zoals algen in het water.

Hoofdonderzoeksauteur Brian Collister gebruikte een lidar-systeem aan boord om algen te detecteren en meer te weten te komen over omstandigheden die dieper in de oceaan liggen dan satellieten kunnen meten. Het onderzoeksteam op deze cruise van 2018 bestond uit wetenschappers van Old Dominion University en Bigelow Laboratory for Ocean Sciences.

"De lidar-benadering heeft het potentieel om enkele belangrijke lacunes op te vullen in ons vermogen om oceaanbiologie vanuit de ruimte te meten, " zei Collister, een doctoraat student aan Old Dominion University. "Deze techniek zal nieuw licht werpen op de verspreiding van biologie in de bovenste oceanen, en ons in staat te stellen hun rol in het klimaat op aarde beter te begrijpen."

In de Golf van Maine, het team gebruikte lidar om deeltjes van het mineraal calciumcarbonaat te detecteren en te meten, het verzamelen van informatie over een bloei van coccolithoforen. Deze algen omringen zich met calciumcarbonaatplaten, die wit van kleur en sterk reflecterend zijn. De platen verstrooien het licht op een unieke manier, fundamenteel veranderen hoe de lichtgolven zijn georiënteerd - en een identificeerbare handtekening creëren die het lidar-systeem kan herkennen.

Het onderzoeksteam van Balch heeft de Golf van Maine gedurende meer dan twee decennia bestudeerd via de Noord-Atlantische tijdreeksen van de Golf van Maine. Hun ervaring met het vinden en identificeren van algen in dit ecosysteem leverde belangrijke achtergrondinformatie op voor het testen van het lidar-systeem in wat de grootste coccolithophore-bloei bleek te zijn die in 30 jaar in de regio werd waargenomen.

"Deze cruise gaf ons een ideale gelegenheid om het lidar-systeem uit te proberen met de mogelijkheid om het water te proeven en precies te weten welke soorten erin zaten, Balch zei. "Lidar wordt al tientallen jaren in de oceaan gebruikt, maar weinig, indien van toepassing, studies zijn gedaan binnen een bevestigde coccolithophore bloei, die ingrijpend verandert hoe licht zich in de omgeving gedraagt."

Coccolithoforen gedijen rond de mondiale oceaan en oefenen een enorme mate van controle uit op de biogeochemische cycli die de planeet vormen. Het bestuderen ervan is de sleutel tot het begrijpen van de mondiale oceaandynamiek, maar veldonderzoek is altijd kostbaar. Het team stelde vast dat het gebruik van lidar onderzoekers in staat zou kunnen stellen om op afstand coccolithophore-populaties te schatten zonder het schip te stoppen om watermonsters te verzamelen - waardoor hun vermogen om waardevolle gegevens te verzamelen toeneemt, waardoor ook kostbare scheepstijdgelden worden bespaard.

Het onderzoeksteam testte deze aanpak ook in oceaanomgevingen, waaronder de heldere diepten van de Sargassozee en de troebele wateren voor de kust van New York City. Ze vonden het effectief in deze verschillende omgevingen. Lidar-systemen kunnen de oceaan tot drie keer dieper onderzoeken dan passieve satelliet-remote sensing-technieken die afhankelijk zijn van de zon. Verder onderzoek kan benaderingen opleveren waarmee lidar-metingen door satellieten kunnen worden uitgevoerd, ook.

"Het is een enorm probleem dat we leren om deeltjes in de oceaan op betrouwbare wijze te identificeren vanuit een lidar-systeem dat boven het water is gepositioneerd, " zei Richard Zimmerman, een studie auteur en professor aan de Old Dominion University. "Dit is een belangrijke vooruitgang, en het zou een revolutie teweeg kunnen brengen in ons vermogen om mariene ecosystemen te karakteriseren en te modelleren."