Gracias a un nuevo algoritmo, Los investigadores de AWI ahora pueden usar datos satelitales para determinar en qué partes del océano dominan ciertos tipos de fitoplancton. Además, Pueden identificar la proliferación de algas tóxicas y evaluar los efectos del calentamiento global en el plancton marino. permitiéndoles sacar conclusiones sobre la calidad del agua y las ramificaciones para la industria pesquera.

El diminuto fitoplancton que se encuentra en los océanos del mundo es tremendamente productivo, y crear la mitad del oxígeno que necesitamos para respirar. Al igual que las plantas terrestres, utilizan la fotosíntesis para producir carbohidratos, que utilizan como fuente de energía. Ellos crecen, dividir y producir enormes cantidades de biomasa, la base de toda la vida marina. Además, son una fuente de alimento esencial para pequeños crustáceos, larvas de pescado y mejillón, que son en sí mismos alimentos básicos para peces más grandes. Cuando el fitoplancton escasea, pone en peligro la red alimentaria de todos los demás organismos marinos.

Hay varios grupos de fitoplancton en todo el mundo, y cumplen diferentes funciones en los ecosistemas marinos. Algunas son fuentes de comida favoritas; otros forman compuestos químicos específicos o sirven como fijadores de nutrientes en el agua, que puede tener una gran influencia en la flora y fauna marina. Por otra parte, ciertos grupos de fitoplancton pueden crecer hasta masas densas y producir sustancias tóxicas; cuando hay demasiados en el agua, puede ser letal para algunos organismos marinos, especialmente pescado. El fitoplancton marino también es extremadamente importante en su papel como CO ₂ lavabo. Respectivamente, Los investigadores están ansiosos por saber cómo se están desarrollando las poblaciones de los respectivos grupos de fitoplancton en todo el mundo.

Más que clorofila

Sin embargo, hasta hace poco era prácticamente imposible estimar estas poblaciones en detalle. Otorgado, los investigadores han estado recolectando muestras de agua a bordo de buques de investigación durante décadas, para identificar y cuantificar el plancton presente. Pero estos son solo muestreos aleatorios. E incluso satélites que han estado escaneando los océanos con sus sensores durante las últimas tres décadas, eran una solución imperfecta en el mejor de los casos:aunque ciertamente podrían usarse para medir la cantidad del pigmento vegetal clorofila en el agua, como un indicador de cuán alta era la concentración general de fitoplancton, distinguir entre los diferentes tipos de fitoplancton seguía siendo extremadamente difícil. Es más, No había forma de utilizar datos satelitales para predecir el crecimiento de algas en regiones específicas.

Pero ahora un equipo internacional liderado por Hongyan Xi y Astrid Bracher del Centro Helmholtz de Investigación Polar y Marina (AWI) del Instituto Alfred Wegener ha logrado por primera vez obtener mucho más de los datos satelitales:como informan en la revista Remote Sensing of Medio ambiente, trabajando en estrecha cooperación con la empresa francesa ACRI-ST y con el apoyo del proveedor europeo de datos satelitales Copernicus Marine Environment Monitoring Service, han desarrollado un nuevo algoritmo que se puede utilizar para destilar los datos en información clave sobre cinco grupos principales de fitoplancton.

La reflectancia como parámetro clave

Los sensores de satélite registran la luz en varias longitudes de onda; normalmente, se utilizan aquellas longitudes de onda que son capaces de captar el color de la clorofila. Pero Hongyan Xi y sus colegas han encontrado una manera de aprovechar mejor esta información de longitud de onda. Más específicamente, esto implica analizar un aspecto conocido como reflectancia (o coeficiente de reflexión), que representa la cantidad de luz solar que incide en la Tierra y que se refleja en el espacio. Esta reflexión se debe a numerosos procesos ópticos:la luz se dispersa, doblada y alterada por moléculas de agua y partículas en el océano y la atmósfera por igual. "Y el plancton, que a su vez contiene ciertos pigmentos, influye en la reflectancia, "Explica Hongyan Xi." La reflectancia puede diferir, según los tipos de plancton y los pigmentos dominantes en el agua ". cada uno de los cinco tipos deja su propia huella digital en la luz reflejada, y el nuevo algoritmo puede reconocerlos a todos.

Comparaciones minuciosas de datos basados ​​en barcos y satélites

Este avance solo fue posible gracias a una enorme cantidad de trabajo duro. Primero, el equipo tuvo que determinar qué patrón de reflectancia era característico de cada tipo de plancton. Luego tuvieron que comparar las lecturas satelitales con muestras de plancton recolectadas al mismo tiempo y en el mismo lugar desde embarcaciones de investigación. Afortunadamente, los hallazgos de muchas expediciones basadas en barcos están ahora disponibles en bases de datos de acceso público. Gracias a estos archivos, los expertos pudieron determinar dónde y cuándo se habían recolectado las muestras de agua, y qué especies y tipos de plancton estaban presentes. Xi y sus colegas analizaron ca. 12, 000 de estos conjuntos de datos, y luego se asignaron todos y cada uno a escaneos de satélite tomados del mismo lugar al mismo tiempo. Hacerlo les permitió deducir cómo cambiaba la reflectancia en ciertos tipos de plancton.

Calidad del agua y floración de algas tóxicas

Armados con estos hallazgos, luego estaban listos para desarrollar el algoritmo. Hoy dia, se puede utilizar para determinar qué tipos de fitoplancton son dominantes en cualquier región marina del mundo, basado en su información de reflectancia. Esto es importante, p. Ej. para identificar "floraciones de algas nocivas" (HAB) tóxicas. La presencia de ciertos tipos de fitoplancton también es un indicador de la calidad del agua; información que es particularmente relevante para la industria pesquera. Según Hongyan Xi:"Además, en el futuro podremos determinar si la distribución del fitoplancton se ve afectada por el cambio climático, un aspecto importante en términos de predecir los impactos en los ecosistemas ".

El estudio fue publicado en la revista Percepción remota del medio ambiente bajo el siguiente título original:"Recuperación global de tipos funcionales de fitoplancton basados ​​en funciones ortogonales empíricas utilizando productos combinados CMEMS GlobColour y mayor extensión a datos OLCI".