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jueves, 13 de mayo de 2021

Tras la pista del carbono desde la superficie a las profundidades del océano

News Article Type: Ciencias Terrestres Un viaje marítimo, con apoyo de la NASA y la Fundación Nacional de Ciencias (NSF, por sus siglas en inglés), zarpó en el Atlántico norte a principios de mayo. Se trata de la continuación de una expedición complementaria, cofinanciada por la NSF, que tuvo lugar en el Pacífico norte en 2018. Plancton diverso de las aguas superficiales visto bajo el microscopio. Está tan concentrado que no es necesario hacer zoom para identificarlo. Crédito: Laura Holland / Universidad de Rhode Island El despliegue en 2021 de esta campaña de campo oceanográfica de la NASA, denominada Procesos de exportación en el océano desde la teledetección (EXPORTS, por sus siglas en inglés), involucra a 150 científicos y tripulantes de más de 30 instituciones gubernamentales, universitarias y privadas no gubernamentales. El equipo se distribuye en tres buques de investigación oceanográfica, que se encontrarán en aguas internacionales al oeste de Irlanda sobre la llanura abisal Porcupine. 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, operados por el Centro Nacional de Oceanografía en Southampton, Reino Unido, además de un tercer barco fletado por el proyecto Ocean Twilight Zone del Instituto Oceanográfico 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, tomarán medidas y recopilarán datos de forma continua. Gran parte de la investigación se centra en el papel del océano en el ciclo global del carbono. A través de procesos químicos y biológicos, el océano elimina tanto carbono de la atmósfera como todas las plantas en la tierra. Los científicos esperan seguir explorando los mecanismos de la bomba biológica del océano, el proceso por el cual el carbono de la atmósfera y la superficie del océano es secuestrado 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, que luego, a su vez, afecta el clima terrestre. “Este es el primer estudio completo de la bomba biológica de carbono del océano desde el estudio Joint Global Ocean Flux en las décadas de 1980 y 1990”, dijo el líder científico de EXPORTS, David Siegel, de la Universidad de California en Santa Bárbara. "Desde entonces, hemos obtenido herramientas avanzadas de imágenes microscópicas, genómica, robustos sensores químicos y ópticos y robots autónomos, un montón de cosas que no teníamos en ese entonces, por lo que podemos formular preguntas mucho más difíciles e importantes". Esas preguntas incluyen cuánto carbono orgánico está saliendo de la superficie del océano y qué camino sigue a medida que avanza hacia las profundidades, donde puede ser secuestrado durante largos períodos de tiempo, desde décadas hasta 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 mesopelágica que se encuentra a 500 metros  (1.640 pies) o más debajo de la superficie: 1) la mezcla y la circulación física del océano pueden llevar la materia orgánica suspendida al 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 los animales que se desplazan entre los niveles superiores e inferiores del océano traen carbono para el trayecto. 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, científica del proyecto y oceanógrafa del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, el Pacífico norte es similar a un desierto o una "simple pradera" en tierra. Es bajo en nutrientes, en este caso el hierro necesario para la fotosíntesis, y experimenta una de las menores corrientes de remolinos que se encuentran en los océanos globales. Por lo tanto, el transporte de carbono a las profundidades del océano es llevado a cabo principalmente por pequeños animales, llamados zooplancton, que consumen fitoplancton microscópico -similar a una planta- y luego excretan el carbono digerido a las profundidades de abajo. El fitoplancton se desplaza hacia la capa superior del océano iluminada por el sol, donde puede 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 estas, 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 arcoíris. Estos proporcionan información como las mediciones de la temperatura del océano, la salinidad, el carbono y las concentraciones de un pigmento verde llamado clorofila. Sin embargo, las distintas especies de fitoplancton que ocupan diferentes partes del ecosistema y del ciclo del carbono producen diversas cantidades y tonos de clorofila verde, creando matices en el color del océano que los satélites de color del océano actuales no pueden "ver". EXPORTS utiliza instrumentos ópticos altamente refinados, y en algunos casos experimentales, que miden el color del océano, y que son similares a los instrumentos que estarán a bordo de los futuros satélites de la NASA. Los investigadores combinarán estas mediciones de simulación satelital con las observaciones detalladas de la comunidad de fitoplancton de la superficie -a través de la genómica, el análisis de imágenes, o la composición de pigmentos- así como con el 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. Las investigaciones y la tripulación a bordo del RRS James Cook desplegando un muestreador roseta, una plataforma que permite la recolección de muestras de agua y otra información de las profundidades del océano. RRS Discovery y R / V Sarmiento de Gamboa en la distancia despliegan la misma instrumentación simultáneamente. Créditos: Deborah Steinberg / Instituto de Ciencias Marinas de Virginia La próxima generación de estos satélites, la misión Plancton, Aerosol, Nube, Ecosistema oceánico (PACE, por sus siglas en inglés) de la NASA, será hiperespectral. Esto significa que podrá recopilar datos en todo el espectro visible y capturar información más allá de la parte visible, incluidos los rayos ultravioleta e infrarrojos de onda corta. “Lo que vemos mientras estamos en el campo 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 espacial. A cambio, los datos provenientes de los nuevos satélites de observación de la Tierra permiten a los científicos, como los que participan en EXPORTS, buscar otra información crucial o desarrollar nuevas técnicas para complementar el actual satélite de observación de la Tierra, o incluso inspirar uno nuevo. Esta interacción perpetua de tecnología y ciencia, en última instancia, beneficia a toda la humanidad”. Después de 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 se verán las rutas 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 en curso impulsados ​​por el clima, que se ven no solo en el océano sino en todo el sistema Tierra, necesitamos poder predecir lo que sucederá en 2075, y aún no tenemos esa comprensión predictiva". Debido a que se medirán tantas características de una sola porción de océano al mismo tiempo, los modelos informáticos existentes tendrán un conjunto de datos valioso y más completo que describa la bomba de carbono. Estos servirían de base para las proyecciones de lo que podría suceder en un futuro cercano en la profundidad 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 de todas las personas involucradas, se requirió una cuarentena de dos semanas antes de zarpar, y los protocolos de distanciamiento social se cumplieron 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 una gran suerte, son las razones por las que la campaña aún puede seguir adelante este año. Para obtener más información (en inglés) sobre EXPORTS, visita: http://oceanexports.org/ Por Lara Streiff Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, MD. Leer en inglés   Master Image: Division: Ciencias de La TierraPublicado: 12 de mayo de 2021

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