Un viaje hacia el mar apoyado tanto por la NASA como por la National Science Foundation, zarpó en el Atlántico norte a principios de mayo, la secuela de una expedición complementaria, cofinanciado por NSF, que tuvo lugar en el Pacífico norte en 2018.

El despliegue en 2021 de la campaña de campo oceanográfico de la NASA, denominados Procesos de Exportación en el Océano desde la Percepción Remota (EXPORTACIONES), consta de 150 científicos y tripulantes de más de 30 gobiernos, universidades e instituciones privadas no gubernamentales. El equipo se distribuye en tres buques de investigación oceanográfica, que se reunirá en aguas internacionales al oeste de Irlanda sobre la llanura submarina Porcupine Abyssal. A lo largo de la campaña de campo, Los científicos desplegarán una variedad de instrumentos a bordo de los tres barcos:el RRS James Cook y el RRS Discovery, operado por el Centro Nacional de Oceanografía en Southampton, REINO UNIDO, más un tercer buque fletado por el proyecto Ocean Twilight Zone de la Institución Oceanográfica Woods Hole y operado por la Unidad de Tecnología Marina de Vigo, España. Un total de 52 plataformas de alta tecnología, incluidos varios vehículos autónomos, tomará medidas y recopilará datos continuamente.

Gran parte de la ciencia se centra en el papel del océano en el ciclo global del carbono. Mediante procesos químicos y biológicos, el océano elimina tanto carbono de la atmósfera como toda la vida vegetal en la tierra. Los científicos esperan seguir explorando los mecanismos de la bomba biológica del océano, el proceso mediante el cual el carbono de la atmósfera y la superficie del océano se secuestra a largo plazo en las profundidades del océano. Este proceso involucra organismos microscópicos parecidos a plantas llamados fitoplancton, que se someten a la fotosíntesis al igual que las plantas en la tierra y se pueden ver desde el espacio al observar cambios en el color del océano. Su productividad tiene un impacto significativo en el ciclo del carbono de la Tierra, lo que a su vez afecta el clima de la Tierra.

"Este es el primer estudio completo de la bomba de carbono biológico del océano desde el estudio Joint Global Ocean Flux en las décadas de 1980 y 1990, "dijo el director científico de EXPORTS, David Siegel, de la Universidad de California, Santa Bárbara. "En el intermedio, hemos obtenido herramientas avanzadas de obtención de imágenes microscópicas, genómica, sensores químicos y ópticos robustos y robots autónomos, un montón de cosas que no teníamos en ese entonces, así que podemos hacer preguntas mucho más difíciles e importantes ". Esas preguntas incluyen cuánto carbono orgánico está saliendo de la superficie del océano, y qué camino toma mientras se abre camino hacia las profundidades donde puede ser secuestrado durante largos períodos de tiempo, de décadas a miles de años.

Los científicos conocen tres vías principales que transportan carbono desde la atmósfera y la capa superior del océano a la oscura "zona del crepúsculo" que se encuentra 1, 640 pies (500 m) o más debajo de la superficie:1) la mezcla y la circulación física del océano pueden transportar materia orgánica suspendida hacia el interior del océano, 2) las partículas pueden hundirse debido a la gravedad, a menudo después de pasar por las entrañas de los organismos, y 3) las migraciones verticales diarias de animales que se desplazan entre los niveles superiores e inferiores del océano traen carbono para el viaje.

EXPORTS tiene como objetivo determinar cuánto carbono es transportado por cada una de estas vías mediante la observación de la bomba de carbono en dos ecosistemas oceánicos muy diferentes con condiciones variables. Los investigadores eligieron el Pacífico norte y el Atlántico norte porque están en los extremos opuestos del espectro de productividad (es decir, tasas de fotosíntesis) y experimentan dos extremos opuestos de procesos físicos, como remolinos y corrientes. El estudio de entornos contrastantes proporcionará la máxima información para modelar escenarios climáticos futuros.

Según Ivona Cetinić, científico del proyecto y oceanógrafo en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, el Pacífico Norte es similar a un desierto o un "prado simple" en tierra. Es bajo en nutrientes, en este caso el hierro necesario para la fotosíntesis, y experiencias entre las menores corrientes de remolinos que se encuentran en los océanos globales. Por lo tanto, El transporte de carbono hacia las profundidades del océano es impulsado principalmente por animales diminutos, llamado zooplancton, consumir fitoplancton microscópico parecido a una planta y luego excretar el carbono digerido a las profundidades inferiores.

Deriva de fitoplancton en la parte superior, capa del océano iluminada por el sol donde pueden convertir el dióxido de carbono que proviene de la atmósfera en carbono orgánico. Cuando las condiciones son adecuadas, como suele ser el caso en la región del Atlántico Norte en esta época del año, Las poblaciones de fitoplancton crecen o "florecen" tan rápidamente que pueden verse desde el espacio.

El Atlántico Norte también presenta fuertes corrientes que contrastan con las aguas de movimiento más lento del Pacífico Norte. Junto con esos, Siegel dice que anticipan al menos cuatro días de clima severo durante la expedición de un mes.

Pero los datos de EXPORTS no solo se aplican al mar, sino que también se utilizarán para mejorar la tecnología satelital. Cetinić trabaja con varias mediciones ópticas que provienen de satélites de color del océano, que miden la luz reflejada desde la superficie del océano en partes del espectro visible, lo que conocemos como los colores del arco iris. Estos proporcionan información como mediciones de la temperatura del océano, salinidad, carbono y concentraciones de un pigmento verde llamado clorofila. Sin embargo, las diferentes especies de fitoplancton que ocupan diferentes partes del ecosistema y el ciclo del carbono producen diferentes cantidades y tonos de clorofila verde, creando matices en el color del océano que los satélites actuales del color del océano no pueden "ver".

Entre la instrumentación desplegada durante las EXPORTACIONES se encuentran altamente refinadas, y en algunos casos experimental, instrumentos ópticos para medir el color del océano que son similares a los instrumentos que estarán a bordo de los futuros satélites de la NASA. Los investigadores combinarán estas mediciones de simulación de satélites con las observaciones detalladas de la comunidad de fitoplancton de la superficie, a través de la genómica, análisis de imágenes o composición de pigmentos, así como conocimiento de su fisiología para permitir que los satélites detecten la diversidad oceánica y, en última instancia, su papel en el ciclo del carbono oceánico.

La próxima generación de estos satélites, Plancton de la NASA, Aerosol, Nube, misión del ecosistema oceánico (PACE), será hiperespectral, lo que significa que podrá recopilar datos en todo el espectro visible, y capturar información más allá de la parte visible, incluyendo infrarrojos ultravioleta y de onda corta.

"Lo que vemos mientras estamos sobre el terreno nos da una idea de qué tipo de información necesitaremos ver desde el espacio para capturar esos procesos críticos que queremos poder comprender mejor, ", Dijo Cetinić." Eso impulsa el desarrollo de la tecnología basada en el espacio. En cambio, Los datos provenientes de los nuevos satélites de observación de la Tierra permiten a los científicos, como los que participan en EXPORTACIONES, para ir a buscar otra información crucial o desarrollar nuevas técnicas para complementar la actual, o incluso inspirar una nueva, Satélite de observación de la Tierra. Esta interacción perpetua de tecnología y ciencia, beneficia en última instancia a toda la humanidad ".

Tras la campaña de trabajo de campo, una fase adicional de EXPORTS se centrará en utilizar los datos recopilados del Atlántico y el Pacífico para predecir cómo serán las vías de transporte de carbono en los océanos del futuro.

"Lo que sabemos actualmente se limita a lo que está sucediendo en los océanos hoy, ", dijo Siegel." Con los cambios climáticos en curso, visto no solo en el océano sino en todos los sistemas terrestres, necesitamos poder predecir lo que sucederá en 2075, y todavía no tenemos esa comprensión predictiva ".

Debido a que se medirán muchas características de una sola porción de océano al mismo tiempo, Los modelos informáticos existentes tendrán un conjunto de datos rico y más completo que describa la bomba de carbono en la que basar las proyecciones de lo que podría suceder en el futuro cercano en las profundidades del océano y cuáles podrían ser los impactos en el ciclo del carbono.

"Es un conjunto de datos tan bueno que impulsará la investigación en las próximas décadas, "dijo Cetinić.

Tanto PACE como EXPORTS experimentaron retrasos debido a la pandemia de COVID-19. Ahora, para garantizar la seguridad y protección de todas las personas involucradas, se requirió una cuarentena de dos semanas antes de la navegación y se promulgaron protocolos de distanciamiento social durante la primera semana a bordo de los barcos. Siegel dice que la diversidad y la dedicación de los miembros del equipo, el apoyo incomparable del Centro Nacional de Oceanografía del Reino Unido para garantizar que los barcos y la tripulación estén listos y seguros para navegar, el compromiso sostenido de la Sede de la NASA, y mucha buena suerte es la razón por la que la campaña aún puede seguir adelante este año.