Por qué hay tantas canciones sobre arcoiris? Para el próximo plancton de la NASA, Aerosol, Nube, misión del ecosistema oceánico, o PACE, los colores del arco iris, o si tu prefieres, las longitudes de onda visibles del espectro electromagnético son la clave para desbloquear una gran cantidad de datos nuevos sobre los cielos y los mares de todo el mundo.

Los instrumentos de alta resolución de PACE verán las características del océano y la atmósfera con un detalle incomparable cuando la misión se lance en 2023. Al medir la intensidad del color que sale de la superficie del océano de la Tierra, PACE capturará detalles finos sobre el fitoplancton, diminutos organismos parecidos a plantas y algas que viven en el océano, que son la base de la red alimentaria marina y generan la mitad del oxígeno de la Tierra. Las comunidades benéficas de fitoplancton alimentan la pesca, pero las floraciones de algas nocivas (FAN) pueden envenenar a los animales y a los seres humanos y perturbar las industrias del turismo y la pesca.

Cuando se trata del "color del océano, "Tanto la longitud de onda como la intensidad de los colores que salen del océano son importantes. Diferentes especies de fitoplancton y otras sustancias en un cuerpo de agua absorben y reflejan diferentes colores de luz:el agua clara del océano abierto parece azul, el agua con mucho fitoplancton a menudo aparece verde o turquesa, y el agua cerca de la costa se ve marrón debido a los sedimentos en suspensión y al material orgánico disuelto. PACE puede ver pequeñas variaciones en estas diferencias de color visibles con mucho más detalle que nunca.

Mientras PACE detecta todos los colores del arco iris sobre el océano y la atmósfera, proporcionará a los científicos nuevos descubrimientos en todas las longitudes de onda.

Ultravioleta y violeta

Las longitudes de onda ultravioleta (que son invisibles para el ojo humano) y las longitudes de onda violetas (que son visibles) ayudan a los científicos a aprender sobre los aerosoles:partículas en la atmósfera que pueden ser orgánicas o inorgánicas, sólido o líquido, desde polvo y hollín hasta sal marina y gotitas químicas. Estas longitudes de onda ayudan a revelar si los aerosoles medidos son naturales o provienen de actividades humanas.

Las longitudes de onda ultravioleta y violeta también ayudarán a los científicos a estudiar las partículas disueltas en el océano, específicamente, para distinguir entre la clorofila (un pigmento verde que se encuentra en todo el fitoplancton) y otros materiales orgánicos. Conocer la diferencia es importante para estudiar cuánto carbono se hunde y se almacena en las profundidades del océano.

"No todo el plancton hace lo mismo cuando se trata de carbono, "dijo Ivona Cetinić, oceanógrafo en el Goddard Space Flight Center (GSFC) de la NASA y líder científico del proyecto PACE para biogeoquímica. "Algunos son mejores productores, algunos son mejores secuestradores que reducen el dióxido de carbono. Una vez que el carbono ingresa al plancton, lo que sucede después depende del tipo de plancton. Si es diminuto, existe una gran posibilidad de que se lo coma un zooplancton:son vacas diminutas, ¿no? - que será devorado por uno más grande, etcétera. Si esas reacciones ocurren cerca de la superficie, el carbono vuelve a la atmósfera. Si el zooplancton defeca, el carbono desciende a las profundidades del océano ".

Azul

Las longitudes de onda azules ayudan a los investigadores a diferenciar entre las especies de fitoplancton. De diatomeas a dinoflagelados, cada especie de fitoplancton tiene su propia identidad:diferentes funciones dentro del ecosistema, diferentes necesidades nutricionales (y contenido, para los depredadores!), y lo que es más importante para el Ocean Color Instrument (OCI), diferentes longitudes de onda de luz que absorben y dispersan. Los colores en el rango azul del espectro permitirán a los científicos ver la composición de las comunidades de fitoplancton.

"Si estás mirando un prado, todo parece verde a tus ojos, pero quieres conocer a todos los jugadores de ese ecosistema, ", dijo Cetinić." Es raro que se obtenga un solo tipo de plancton en una comunidad; es mucho más probable que trabajen juntos. Forman una red alimentaria microbiana. PACE nos permitirá resolver, no solo una o dos especies, pero toda la comunidad ".

El seguimiento de la composición y la salud de la comunidad de fitoplancton no solo es importante para comprender el océano ahora, sino también para predecir cómo podría cambiar en el futuro.

Verde

Las longitudes de onda verdes se utilizan a menudo como referencia para la cantidad total de partículas en el aire. Estos se combinan con longitudes de onda más cortas y más largas para determinar aún más el tamaño de estas partículas. El tamaño es un factor importante para ayudar a los científicos a saber lo que están mirando. Los aerosoles naturales como el polvo o la sal marina tienden a tener partículas más grandes que las producidas por humanos como el hollín o el humo. por lo que el tamaño de las partículas ayuda a identificar las fuentes de los aerosoles.

"Hay varias razones por las que es importante comprender mejor los aerosoles, "dijo Andrew Sayer, un científico atmosférico en NASA GSFC y líder científico del proyecto PACE para atmósferas. "Una razón son los pronósticos de calidad del aire más útiles. Otra está relacionada con el clima:el efecto de enfriamiento o calentamiento que tienen los aerosoles en el clima, la forma en que interactúan con las nubes y afectan la vida útil de las nubes, depende de la distribución vertical de todas estas características. Podremos monitorear mejor esto desde el espacio. Los datos satelitales se pueden utilizar para interrogar los modelos climáticos más a fondo y mejorarlos ".

Similar, diferentes especies de fitoplancton tienen diferentes tamaños, por lo que esta variable ayuda a identificar quién es quién en una comunidad de plancton.

Amarillo y naranja

Las longitudes de onda amarilla y naranja de la OCI ayudan a los científicos a rastrear la salud y fisiología del fitoplancton. Los científicos pueden determinar qué tan saludable es una comunidad de fitoplancton al observar qué tan rápido está creciendo el fitoplancton, qué tan eficiente es su fotosíntesis y de qué color son:toda la información que pueden recopilar con longitudes de onda amarillas y naranjas.

Comprender la salud del fitoplancton puede ayudar a predecir la proliferación de algas nocivas, o FAN. Cuando las sustancias de la tierra se lavan en el océano, a veces se convierten en un festín para las algas, permitiéndoles comer, crecer y multiplicarse rápidamente. Los HAB pueden generar toxinas dañinas que enferman a la vida silvestre marina y a los humanos y agotan el oxígeno en el agua a medida que las bacterias se alimentan de numerosas algas muertas.

"Las floraciones de algas nocivas no son recientes. Tenemos escritos de tribus indígenas en el noroeste del Pacífico que hablan de cosas que suceden en la playa, ", dijo Cetinić." Es solo que hoy lo estamos buscando más, y también las influencias antropogénicas están haciendo que las floraciones sean más frecuentes ".

Si bien los minerales naturales pueden desembocar en el océano y alimentar a las algas, productos químicos producidos por los seres humanos:fertilizantes para césped, productos químicos para el tratamiento de aguas residuales y productos químicos agrícolas, por ejemplo, son un culpable mucho mayor.

"Cuando cualquier ecosistema está en equilibrio, nunca es estático. Una cosa es dominante luego se da la vuelta, ", dijo Cetinić." Pero cuando un ecosistema se sale de su ritmo, una cosa se vuelve dominante. Durante una floración de algas nocivas, solo una especie tiene la capacidad de crecer muy rápido, y se hace cargo ".

Rojo e infrarrojo cercano

Las longitudes de onda roja e infrarroja cercana le dan al equipo una mirada a una parte diferente del océano:áreas costeras, con aguas alimentadas por ríos y fondos menos profundos con sedimentos que pueden suspenderse después de una tormenta, a menudo tienen un color muy diferente al del océano abierto. Las variaciones en los colores reflejados desde las áreas costeras no solo dan a los científicos pistas sobre la salud de los organismos que viven allí, lo que también les ayuda a prepararse para las FAN costeras, pero también informan sobre los flujos de salida de los sistemas fluviales y la dinámica de las cuencas hidrográficas.

"Con PACE, podemos ver las primeras etapas de desarrollo de las flores y decir qué especie es, ", dijo Cetinić. Las alertas tempranas permiten que las empresas de las zonas costeras se preparen para los impactos de HAB, como no recolectar o vender pescado que consuma las algas tóxicas, preparar los consultorios veterinarios para la afluencia de animales enfermos, airear el agua para evitar que las criaturas que habitan en el fondo sufran falta de oxígeno, y advirtiendo a los consumidores que no coman sardinas ni ostras, ella añadió.

"Muchos de estos tipos de sistemas y medidas de alerta temprana ya existen en estas áreas costeras, por lo que agregaremos nuestros datos a sus sistemas, "Cetinić dijo." La información temprana siempre ahorra dinero para las economías locales ".

Infrarrojos de onda corta

Justo fuera del rango de la luz visible se encuentran las longitudes de onda del infrarrojo de onda corta (SWIR), que tienen varios usos tanto para la atmósfera como para el océano.

Las longitudes de onda SWIR ayudan a los científicos a determinar qué tan clara es la atmósfera sobre el océano, lo cual es importante para los cálculos de las propiedades del océano en la superficie. También ayuda con cálculos similares para la atmósfera sobre la costa, que ayuda con los estudios de las nubes y la biología costera.

"Las nubes reflejan la luz del sol, atrapan el calor y la luz, ", Dijo Sayer." Necesitamos una comprensión muy precisa de su brillo y ubicación física ".

Al monitorear también cuánta luz solar es bloqueada por aerosoles, la OCI ayudará a los científicos a resolver una brecha importante en el modelado, dijo Sayer. Las nubes y los aerosoles interactúan entre sí en la atmósfera, pero los científicos necesitan más información sobre cómo y dónde.

"Hay algunas características de aerosoles que se repiten estacionalmente en las que a menudo se obtienen aerosoles por encima de las nubes, ", dijo." Por ejemplo, en el Atlántico sureste, se está quemando mucha biomasa agrícola en África central y meridional, que alcanza su punto máximo en agosto a octubre. Mucho de eso vuela sobre el océano, donde hay una cubierta de nubes bajas. Es similar en el sudeste asiático. Estos aerosoles dificultan la determinación precisa de las propiedades de las nubes ".

Del mismo modo, las nubes dificultan el estudio de los aerosoles, él dijo.

"Si eres un modelador del clima que intenta modelar el transporte de aerosoles en todo el mundo, hay grandes áreas del mundo donde obtiene cantidades limitadas de datos útiles, ", explicó." Con la OCI, tener más bandas espectrales realmente ayudará a llenar algunos de esos vacíos. Tener un instrumento hiperespectral que entre en el rango ultravioleta hará que sea mucho más fácil cuantificar estos aerosoles, especialmente en combinación con los polarímetros ".