Seniorforskaren Barney Balch samlar in havsoptikdata under en forskningskryssning i Mainebukten. Balch är en del av ett team av forskare som har etablerat en ny metod för att upptäcka alger och mäta viktiga havsegenskaper med hjälp av ljus, baserat på deras forskning i Gulf of Maine och utanför. Kredit:Bigelow Laboratory for Ocean Sciences
Forskare har utvecklat ett nytt sätt att se in i havets djup, etablera en metod för att upptäcka alger och mäta nyckelegenskaper med hjälp av ljus. En artikel publicerad i Applied Optics rapporterar med hjälp av ett laserbaserat verktyg, lidar, att samla in dessa mätningar mycket djupare än vad som vanligtvis har varit möjligt med hjälp av satelliter.
"Traditionella satellitfjärranalysmetoder kan samla in ett brett utbud av information om det övre havet, men satelliter kan vanligtvis inte "se" djupare än de översta fem eller 10 metrarna av havet, sa Barney Balch, en senior forskare vid Bigelow Laboratory for Ocean Sciences och en författare till artikeln. "Att utnyttja ett verktyg som låter oss titta så mycket djupare ner i havet är som att ha en ny uppsättning ögon."
Lidar använder ljus som emitteras av lasrar för att få information om partiklar i havsvatten, ungefär som djur som fladdermöss och delfiner använder ljud för att ekolokalisera mål. Genom att sända ut ljuspulser och tajma hur lång tid det tar för strålarna att träffa något och studsa tillbaka, lidar känner av reflekterande partiklar som alger i vattnet.
Författaren Brian Collister använde ett lidarsystem ombord för att upptäcka alger och lära sig om förhållanden djupare i havet än vad satelliter kan mäta. Forskargruppen på denna kryssning 2018 bestod av forskare från Old Dominion University och Bigelow Laboratory for Ocean Sciences.
"Lidar-metoden har potential att fylla några viktiga luckor i vår förmåga att mäta havsbiologi från rymden, sa Collister, en Ph.D. student vid Old Dominion University. "Denna teknik kommer att kasta nytt ljus över fördelningen av biologi i de övre haven, och tillåta oss att bättre förstå deras roll i jordens klimat."
Brian Collister, doktorand vid Old Dominion University, tenderar till ett laserbaserat lidarsystem under en forskningskryssning på Bahamas. Collister är en del av ett team av forskare som har etablerat en ny metod för att upptäcka alger och mäta viktiga havsegenskaper med hjälp av detta verktyg. Kredit:Richard Zimmerman/Old Dominion University
I Gulf of Maine, teamet använde lidar för att detektera och mäta partiklar av mineralet kalciumkarbonat, samla information om en blomning av coccolithophores. Dessa alger omger sig med kalciumkarbonatplattor, som är vita till färgen och mycket reflekterande. Plattorna sprider ljus på ett unikt sätt, fundamentalt förändra hur ljusvågorna är orienterade – och skapa en identifierbar signatur som lidarsystemet kan känna igen.
Balchs forskargrupp har studerat Mainebukten i över två decennier genom Mainebuktens nordatlantiska tidsserie. Deras erfarenhet av att hitta och identifiera alger i detta ekosystem gav viktig bakgrundsinformation för att testa lidarsystemet i vad som visade sig vara den största koccolitoforblomningen som observerats i regionen på 30 år.
"Denna kryssning gav oss ett idealiskt tillfälle att prova lidarsystemet med möjligheten att prova vattnet och veta exakt vilka arter som fanns i det, " sa Balch. "Lidar har använts i havet i decennier, men få, om någon, studier har gjorts inuti en bekräftad kokolitoforblomning, som på djupet förändrar hur ljus beter sig i miljön."
Koccolitoforer frodas runt det globala havet och utövar en enorm nivå av kontroll över de biogeokemiska cyklerna som formar planeten. Att studera dem är nyckeln till att förstå global havsdynamik, men fältforskning är alltid kostsamt. Teamet slog fast att användningen av lidar potentiellt kan tillåta forskare att på distans uppskatta coccolithophore-populationer utan att stoppa fartyget för att samla in vattenprover – vilket ökar deras förmåga att samla in värdefull data, därmed också bevara värdefulla fartygstidsfonder.
Forskargruppen testade också detta tillvägagångssätt i havsmiljöer som inkluderade Sargassohavets klara djup och det grumliga vattnet utanför New Yorks kust. De fann att det var effektivt i dessa olika miljöer. Lidar-system kan sondera havet upp till tre gånger djupare än passiva satellitfjärranalystekniker som är beroende av solen. Ytterligare forskning kan etablera tillvägagångssätt som gör att lidarmätningar kan göras av satelliter, också.
"Det är en stor affär att vi lär oss att på ett tillförlitligt sätt identifiera partiklar i havet från ett lidarsystem placerat ovanför vattnet, sa Richard Zimmerman, en studieförfattare och professor vid Old Dominion University. "Detta är ett betydande framsteg, och det kan revolutionera vår förmåga att karakterisera och modellera marina ekosystem."
