Un gran equipo multidisciplinario de científicos, equipado con robótica submarina avanzada y una serie de instrumentación analítica, zarpará hacia el noreste del Océano Pacífico en agosto. La misión del equipo para la NASA y la National Science Foundation (NSF) es estudiar la vida y la muerte de los pequeños organismos que desempeñan un papel fundamental en la eliminación del dióxido de carbono de la atmósfera y en el ciclo del carbono del océano.

Más de 100 científicos y tripulantes de más de 20 instituciones de investigación se embarcarán desde Seattle para la campaña oceanográfica Export Processes in the Ocean from Remote Sensing (EXPORTS) de la NASA. EXPORTS es la primera campaña científica multidisciplinaria coordinada de este tipo para estudiar el destino y los impactos del ciclo del carbono del plancton microscópico utilizando dos buques de investigación y varias plataformas robóticas submarinas.

Los buques de investigación, el R / V Revelle y R / V Sally Ride, operado por la Institución Scripps de Oceanografía, Universidad de California San Diego, Navegará hacia el oeste 200 millas hacia el océano abierto. De estos laboratorios marítimos, los investigadores explorarán el plancton, así como las propiedades químicas y físicas del océano desde la superficie hasta media milla más abajo en la zona de penumbra, una región con poca o ninguna luz solar donde se puede secuestrar el carbono del plancton, o mantenido fuera de la atmósfera, por períodos que van desde décadas hasta miles de años.

“Al emplear dos barcos podremos observar procesos oceanográficos complejos que varían tanto en el espacio como en el tiempo que no podríamos capturar con un solo barco, "dijo Paula Bontempi, gerente de programa de Biología Oceánica y Biogeoquímica en la Sede de la NASA.

El fitoplancton es diminuto, organismos parecidos a plantas que viven en la parte superior del océano iluminada por el sol. Utilizan la luz solar y el dióxido de carbono disuelto que ingresa a la parte superior del océano desde la atmósfera para crecer a través de la fotosíntesis. que es una de las formas en que los organismos oceánicos realizan el ciclo del carbono. Como productores primarios, El fitoplancton juega un papel importante en la eliminación del dióxido de carbono atmosférico y la producción de oxígeno. Cuando el fitoplancton es consumido por plancton o muere, sus restos se hunden y una fracción de su carbono se exporta a profundidad.

Si bien se conocen las principales vías de exportación de cómo se mueve el carbono a través del océano, la magnitud de los flujos de carbono en las diferentes rutas oceánicas y su dependencia de las características del ecosistema son poco conocidas. Los científicos del equipo EXPORTS están investigando cuánto carbono se mueve a través del océano dentro de la capa superior iluminada por el sol y hacia la zona del crepúsculo y cómo los procesos ecológicos del océano afectan el destino y el secuestro del carbono. Esta información es necesaria para predecir cuánto carbono retornará a la atmósfera en qué escalas de tiempo, o cuánto carbono se exporta a las profundidades del océano.

"El carbono que los humanos están poniendo en la atmósfera está calentando la Tierra, "dice Mike Sieracki, director del programa en la División de Ciencias Oceánicas de la Fundación Nacional de Ciencias. "Gran parte de ese carbono finalmente llega al océano y se transporta a las profundidades del océano, donde está secuestrado y no volverá a la atmósfera durante mucho tiempo. Este proyecto nos ayudará a comprender los procesos biológicos y químicos que eliminan el carbono, y establecer una base para monitorear estos procesos a medida que cambia el clima ".

Siete años en la fabricación la campaña de 2018 ha sido una gran empresa, dijo David Siegel, EXPORTACIONES líder científico de la Universidad de California, Santa Bárbara.

"El impacto que tendrán los datos de EXPORTS para comprender cómo está cambiando nuestro planeta será significativo, "Siegel dijo." El registro del satélite de color del océano de la NASA nos muestra que estos ecosistemas son muy sensibles a la variabilidad climática. Los cambios en las poblaciones de fitoplancton afectan la red alimentaria marina, ya que el fitoplancton es consumido por muchas especies animales, grandes y pequeñas. Las apuestas son altas."

La eliminación a largo plazo de carbono orgánico de la atmósfera a las profundidades del océano se conoce como bomba biológica, que opera a través de tres procesos principales. Primero, partículas cargadas de carbono de la superficie del océano se hunden por gravedad, como ocurre con el fitoplancton muerto o las heces producidas por pequeños animales llamados zooplancton. Segundo, El zooplancton migra diariamente cerca de la superficie del océano para alimentarse de fitoplancton y regresa a la zona del crepúsculo durante la noche. Tercera, procesos físicos en el océano, como el gran vuelco de la circulación global de los océanos y los remolinos turbulentos de menor escala, transportar el carbón en suspensión y disuelto a grandes profundidades.

Los satélites de la NASA proporcionan una variedad de medidas de la capa superior del océano, como la temperatura, la salinidad y la concentración de un pigmento que se encuentra en todas las plantas llamado clorofila. EXPORTS proporcionará datos sobre el papel del fitoplancton y el plancton en la bomba biológica y la exportación de carbono, información importante para la planificación de observaciones y tecnologías necesarias para futuras misiones de satélites de observación de la Tierra.

"Hemos diseñado EXPORTS para observar simultáneamente los tres mecanismos básicos por los cuales el carbono se exporta desde el océano superior a las profundidades, ", Dijo Siegel." Estamos tratando de comprender mejor la biología y la ecología del fitoplancton en las aguas superficiales, cómo esas características impulsan el transporte de carbono a la zona de penumbra, y luego qué sucede con el carbono en las aguas más profundas ".

Entre las muchas tecnologías que se utilizan se encuentra una plataforma autónoma llamada "Wirewalker" que utiliza energía de las olas para mover instrumentos a lo largo de un cable tenso desde la superficie hasta 1, 600 pies (500 metros) de profundidad mientras se mide la temperatura, salinidad, oxígeno, carbón, y concentración de clorofila.

Un vehículo submarino de 6,5 pies de largo (2 metros de largo) controlado a distancia llamado Seaglider recopilará medidas similares, pero a profundidades de hasta 3, 200 pies (1, 000 metros.)

A bordo del barco Se recolectarán muestras para secuenciadores genómicos a fin de evaluar la composición del fitoplancton, zooplancton, comunidades de bacterias y arqueas.

Los científicos de EXPORTS también utilizarán nuevas herramientas de obtención de imágenes microscópicas. incluyendo un microscopio de alto rendimiento llamado Imaging FlowCytobot que proporcionará información en tiempo real, imágenes de alta resolución de miles de millones de fitoplancton individuales. El Underwater Vision Profiler medirá el tamaño de las partículas agregadas que se hunden y recopilará imágenes de los organismos de zooplancton.

Montado en la superestructura del barco habrá instrumentos ópticos que medirán el color del océano con una resolución espectral muy alta. desde las longitudes de onda ultravioleta hasta las bandas infrarrojas de onda corta del espectro electromagnético. El fitoplancton tiene distintas "firmas" espectrales:colores de luz que absorben y dispersan. Al identificar esas firmas, los científicos podrán desarrollar algoritmos para futuras misiones satelitales de color del océano, como el Plankton de la NASA, Aerosol, Nube, misión del ecosistema oceánico (PACE). Del espacio, PACE utilizará instrumentos ópticos similares para distinguir el tipo y la cantidad de fitoplancton presente en el océano.

"Lo que aprenderemos de las EXPORTACIONES nos dará una comprensión más profunda de cómo las especies de plancton y otros microorganismos como las bacterias interactúan con su entorno, ", dijo Bontempi." No solo seremos capaces de utilizar esta información para desarrollar nuevos enfoques para identificar y cuantificar las especies de plancton desde el espacio, seremos capaces de predecir cuánto carbono volverá a la atmósfera y cuánto será transportado a las profundidades del océano a largo plazo ".