Växtplanktons mikroskopiska storlek, de växtliknande organismerna som lever i det solbelysta övre havet, förnekar deras betydelse i den globala miljön. De tillhandahåller matkällan för zooplankton som i slutändan matar större djur som sträcker sig från små fiskar till valar. Och som växter på land, växtplankton använder koldioxid från atmosfären för att växa och frodas genom fotosyntes, som i slutändan släpper ut syre i havet och atmosfären.

Växtplankton spelar också en stor roll för att minska koldioxidhalterna i atmosfären:En färsk studie visade att växtplankton tar upp cirka 24 procent av denna växthusgas. När de dör och sjunker till stora djup i havet, växtplankton flyttar också koldioxid ur kontakt med atmosfären. Bland de mest angelägna frågorna forskare undersöker är hur mycket av det kolet som lagras i havet på lång sikt. En annan fråga är hur stigande koldioxidhalter och tillhörande förändringar i havsmiljön påverkar växtplanktonsamhällen.

För att ta itu med dessa frågor, den 26 januari forskare från NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, tillsammans med forskare från hela landet inledde en 27-dagars havsbaserad kampanj från Hawaii till Portland, Oregon, att kategorisera och observera växtplanktonpopulationer och deras miljö. Teamet arbetar ombord på R/V Falkor, ett forskningsfartyg som ägs och drivs av det ideella Schmidt Ocean Institute, som ger forskare användning av fartyget för att främja oceanografisk forskning.

Där koldioxid, en gång upptagen, hamnar i den globala kolcykeln beror på växtplanktons art, sa Goddard/USRA oceanograf Ivona Cetinic, kampanjens huvudvetare. "Deras storlek såväl som deras form och färg avgör vilken roll de spelar, "sa hon." Genom att veta vem som är där, du kan förutse vad som kommer att hända med det kolet. "

Till exempel, växelverkan mellan mindre växtplankton och organismerna som äter dem är mestadels begränsade till havets ytskikt. Kolet som de tar upp stannar kvar på ytan eller slipper så småningom tillbaka till atmosfären. Men organismer som äter större typer av växtplankton, tillsammans med deras avfall, är mer benägna att sjunka djupare i havet. Oupptäckt, död växtplankton kan också sjunka när de bryts ner.

"När växtplankton passerar under ytskiktet och når de djupaste delarna av havet, de sjunker ut, "Sa Cetinic." Det är nyckeln, eftersom kolet som de har avskiljt avlägsnas från kontakt med atmosfären. "

Fysiska processer spelar också en roll för växtplanktondiversitet och koltransport. Ett komplext samspel mellan olika vattenmassor, ofta synlig i havsfärgbilder, möjliggöra bildandet av fickor för mycket specifika ekosystem. Vidare, processer som subduktion, eller blandning, presentera en annan väg för kolavlagring i djuphavet.

Havsfärg är också en viktig indikator på växtplanktons hälsa och aktivitet, och så ovanför vattnet samlar ett instrument hyperspektrala mätningar (havsreflektans större än 100 färger), från det ultravioletta till det kortvågiga infraröda bandet i det elektromagnetiska spektrumet. De insamlade uppgifterna kommer att informera NASA:s nuvarande och planerade satellitinstrument för havsfärg, inklusive Plankton, Aerosol, Moln, Ocean Ecosystem (PACE) -uppdrag planerat att lanseras 2022.

Fjorton forskare använder en rad olika instrument för att spåra växtplanktonsamhällen när R/V Falkor passerar norra Stilla havet. De mäter kontinuerligt växtplanktondiversitet genom antingen mikroskopiska bilder, pigmentanalys eller analys av deras genomiska material. För första gången, de testar ny NASA-finansierad teknik som gör att de kan samla mätningar av partikelstorlek.

Liknande mätningar kommer att tas från djupare delar av havet med hjälp av en apparat som kallas en rosett, som består av en grupp flaskor som fångar upp vatten på olika djup och instrument för att mäta salthalt, temperatur, och syre. Sådana fysiska mätningar ger ledtrådar om miljöförhållanden som stöder specifika växtplanktontyper. Dessa typer kommer också att identifieras med hjälp av bilder som samlats in av en holografisk kamera, som sedan kommer att rekonstrueras i virtual reality -utrymme.

En autonom plattform som kallas en wirewalker hjälper till att bedöma den fysiska miljön såväl som flödet av partiklar till djuphavet. Wirewalker gör det möjligt för ett paket med instrument att resa längs en tråd till så långt som 100 meter som mäter temperatur, salthalt, syre, liksom växtplanktonbiomarkörer som klorofyll. En autonom flottör kommer att sväva på 100 meters djup och samla sedimenterande partiklar när de sjunker från övre havet.

Havsfärgsatelliter har en global syn på växtplankton, men PACE kommer att vara byråns första hyperspektrala (högspektrala upplösning) satellit och en förbättring jämfört med sina föregångare genom att den kommer att kunna skilja mellan olika slag. All forskning kring denna havsbaserade kampanj möjliggör förbättrad validering av satellitdataprodukter och utveckling av aldrig tidigare skådade dataprodukter.

PACE -projektforskaren Jeremy Werdell, som är medutredare om förslaget om fartygstid på R/V Falkor, sa, "Målet med kryssningen är att samla in data som hjälper oss att bättre förstå de bilder som samlas in av havsfärgsatelliter. Att studera havsfärg kan berätta mycket om havet."