, 2021/10/5
Tengeri tudósok megmutatták, hogy egy robotúszóflotta hogyan nyújthat fontos betekintést az óceánok elsődleges termelékenységébe globális szinten.
Az úszók által gyűjtött adatok lehetővé teszik a tudósok számára, hogy pontosabban megbecsüljék, hogyan áramlik a szén a légkörből az óceánba, és új megvilágításba helyezik a globális szénciklust - közölték a Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI) kutatói. A mikroszkopikus tengeri élővilág alapvető szerepet játszik az óceán egészségében.
A szárazföldi növényekhez hasonlóan az apró fitoplanktonok fotoszintézis segítségével fogyasztják el a szén-dioxidot, és alakítják azt szerves anyaggá és oxigénné. Ezt a biológiai átalakulást nevezzük tengeri elsődleges termelékenységnek. A fitoplankton termelékenységében bekövetkező változásoknak mélyreható következményei lehetnek, például befolyásolhatják az óceán szén-dioxid-tárolási képességét és megváltoztathatják az óceáni táplálékhálózatot.
A változó éghajlattal szembesülve elengedhetetlenül fontos, hogy megértsük az óceán szerepét a szén légkörből való kivonásában és hosszú távú tárolásában.
"A tökéletlen számítógépes modellek alapján azt jósoltuk, hogy a tengeri fitoplankton elsődleges termelése csökkenni fog a melegebb óceánban, de nem volt módunk globális méretű méréseket végezni a modellek ellenőrzésére. Most már van" - mondta Ken Johnson, az MBARI vezető kutatója.
A szén-dioxid szerves anyaggá történő átalakításával a fitoplankton nemcsak az óceáni táplálékhálózatot támogatja, hanem az óceán biológiai szénszivattyújának első lépése is. A tengeri primer termelékenység az éghajlati rendszer változásaira reagálva hullámzik. "Várható, hogy a globális elsődleges termelékenység változni fog az éghajlat felmelegedésével" - magyarázta Johnson.
Egyes helyeken emelkedhet, máshol csökkenhet, de nem tudjuk pontosan, hogy ez hogyan fog egyensúlyba kerülni. Az elsődleges termelékenység nyomon követése kulcsfontosságú a változó éghajlat megértéséhez, de a válaszreakció globális szintű megfigyelése jelentős problémát jelent. Az óceáni termelékenység közvetlen méréséhez minták gyűjtése és elemzése szükséges.
Az erőforrások és az emberi erőfeszítések korlátai miatt a közvetlen, globális szintű, szezonális vagy éves felbontású megfigyelések kihívást jelentenek és költségigényesek. Ehelyett a műholdak vagy a számítógépes cirkulációs modellek által végzett távérzékelés biztosítja a szükséges térbeli és időbeli felbontást. "A műholdak globális térképeket készíthetnek az elsődleges termelékenységről, de az értékek modelleken alapulnak, és nem közvetlen mérések" - figyelmeztetett Johnson.
"A tudósok becslése szerint a Föld elsődleges termelékenységének mintegy fele az óceánban történik, de a mérések ritkasága miatt még nem tudnánk megbízható globális becslést adni az óceánra vonatkozóan" - tette hozzá Mariana Bif biogeokémiai oceanográfus, az MBARI korábbi posztdoktori munkatársa. Most a tudósoknak új alternatívája van az óceánok termelékenységének tanulmányozására - több ezer autonóm robot sodródik az óceánban.
A tudósok szerint ezek a robotok bepillantást engednek a tengeri primer termelékenység területre, mélységre és időre kiterjedő vizsgálatába, és átalakítják azon képességünket, hogy megbecsüljük, mennyi szenet halmoz fel évente a globális óceán. Az Indiai-óceán és a Csendes-óceán déli részének közepe például olyan régiók, ahol a tudósok nagyon kevés információval rendelkeznek az elsődleges termelékenységről.
Ez a helyzet a Biogeokémiai-Argo (BGC-Argo) úszóművek világméretű telepítésével megváltozott. A BGC-Argo profilalkotó úszók hőmérsékletet, sótartalmat, oxigént, pH-t, klorofillt és tápanyagokat mérnek. Amikor a tudósok először telepítenek ki egy BGC-Argo úszót, az 1000 méter mélyre süllyed, és ezen a mélységen sodródik. Ezután az autonóm programozással megkezdi a vízoszlop profilozását.
Az úszó 2000 méter mélyre süllyed, majd felemelkedik a felszínre. A felszínre érve az úszó kommunikál egy műholddal, hogy adatait elküldje a szárazföldi tudósoknak. Ez a ciklus 10 naponként megismétlődik. A BGC-Argo úszókból kiszámított primer termelékenységi becslések pontosságának megerősítése érdekében Johnson és Bif összehasonlította az úszók adatait a két régióban - a Hawaii Ocean Time-series (HOT) állomáson és a Bermuda Atlantic Time-series Station (BATS) állomáson - végzett hajós mintavételezéssel.
Az e régiók közelében lévő profilozó úszókból nyert adatok hasonló eredményeket adtak, mint a hajókról történő havi mintavételezés e két helyszínen, több éven keresztül.
Johnson és Bif megállapította, hogy a fitoplankton évente körülbelül 53 petagramm szén-dioxidot termel. Ez a mérés közel állt a legújabb számítógépes modellek által becsült évi 52 petagramm (egy petagramm nagyjából 200 millió elefánt súlyának felel meg) szénmennyiséghez. A kutatók szerint ez a tanulmány validálta a legújabb biogeokémiai modelleket, és rávilágított arra, hogy ezek a modellek mennyire robusztusak lettek.
A BGC-Argo úszók nagy felbontású adatai segíthetnek a tudósoknak a termelékenységet szimuláló számítógépes modellek jobb kalibrálásában és annak biztosításában, hogy azok a valós óceáni viszonyokat tükrözzék. Ezek az új adatok lehetővé teszik a tudósok számára, hogy különböző forgatókönyvek - például a hőmérséklet felmelegedése; a fitoplankton növekedésének eltolódása; az óceánok savasodása és a tápanyagok változása - szimulálásával jobban megjósolják, hogyan reagál a tengeri elsődleges termelékenység az óceánban bekövetkező változásokra.
Ahogy egyre több úszót telepítenek, Johnson és Bif arra számít, hogy tanulmányuk eredményei frissíthetők, csökkentve a bizonytalanságokat. "Még nem tudjuk megmondani, hogy van-e változás az óceánok elsődleges termelékenységében, mert az idősorunk túl rövid" - figyelmeztetett Bif - "de létrehoz egy jelenlegi alapvonalat, amelyből a jövőbeni változásokat észlelhetjük". Reméljük, hogy becsléseinket beépíthetjük a modellekbe, beleértve a műholdakhoz használt modelleket is, hogy javítsuk teljesítményüket"."