Χαρτογράφηση του χρώματος των ωκεανών από τα πλοία στους δορυφόρους

16/12/2024

Για τι πράγμα μιλάμε;

Παρατηρώντας τους ωκεανούς του κόσμου και το χρώμα του ίδιου του θαλάσσιου νερού μπορεί να μας πει πολλά για την υγεία των θαλάσσιων οικοσυστημάτων και τις επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής.

Για δεκαετίες, οι επιστήμονες έχουν πάει στη θάλασσα για να πάρουν δείγματα νερού και να τα αναλύσουν χρησιμοποιώντας εξελιγμένα οπτικά όργανα σε χερσαία εργαστήρια. Αυτές οι αποστολές χρειάζονται χρόνο, πλεύση μεταξύ διαφορετικών χώρων δοκιμών και επιστροφή σε χερσαία εργαστήρια για ανάλυση. Το πιο σημαντικό είναι ότι αυτές οι αποστολές επιτρέπουν στους ερευνητές να πάρουν ένα στιγμιότυπο του θαλάσσιου οικοσυστήματος σε μερικά συγκεκριμένα μέρη και ώρες.

Αναγνωρίζοντας την αξία της παρατήρησης των ωκεανών μας, ο Οργανισμός Διαστήματος της ΕΕ ανέπτυξε έναν αστερισμό δορυφόρων που μεταφέρουν εξοπλισμό που τους επιτρέπει να παρατηρούν το θαλάσσιο νερό από το διάστημα. Οι δορυφόροι αυτοί αποτελούν τη ραχοκοκαλιά του Copernicus της ΕΕπρόγραμμα, το οποίο δίνει στους επιστήμονες πρόσβαση σε δεδομένα για ένα ευρύ φάσμα σκοπών. Το πλεονέκτημα αυτών των υπηρεσιών του Copernicus είναι ότι τεράστιες περιοχές μπορούν να παρατηρηθούν σε σχεδόν πραγματικό χρόνο και μπορούν να δώσουν μια επισκόπηση όλων των ωκεανών της Γης σε μία μόνο ημέρα.

Ποιο είναι το πρόβλημα;

Το κύριο μειονέκτημα είναι ότι υπάρχει αβεβαιότητα κατά την παρατήρηση της Γης από το διάστημα. Η ατμόσφαιρά μας παρεμβαίνει στο φως που ανιχνεύουν οι δορυφόροι και το ίδιο το θαλασσινό νερό περιέχει πολλές χημικές ουσίες, σωματίδια και οργανισμούς που όλα αλληλεπιδρούν διαφορετικά με το ηλιακό φως. Επιπλέον, ο οπτικός εξοπλισμός επί των δορυφόρων πρέπει να βαθμονομηθεί ακριβώς όπως ο εξοπλισμός στα χερσαία εργαστήρια. Αλλά σε αντίθεση με τα επίγεια εργαστήρια, ένας επιστήμονας δεν μπορεί να βαθμονομήσει φυσικά τον δορυφορικό εξοπλισμό.

Οι ερευνητές εργάζονται για την επίλυση αυτών των προβλημάτων με τη δημιουργία βιοοπτικών μετρήσεων αναφοράς. Αυτά τα δεδομένα συγκρίνουν τις ενδείξεις που λαμβάνονται από τα πλοία και τις πλατφόρμες στη θάλασσα, με τις ενδείξεις από δορυφόρους που παρατηρούν τις ίδιες θέσεις. Η ανάλυση των αποκλίσεων μεταξύ αυτών των δεδομένων επιτρέπει στους ερευνητές να αναπτύξουν εργαλεία για να αντισταθμίσουν τις αβεβαιότητες με δορυφορικές εικόνες. Με τη σειρά τους, τα εργαλεία αυτά διασφαλίζουν ότι τα δεδομένα που προέρχονται από δορυφόρους μπορούν να διορθωθούν πολύ αποτελεσματικά, γεγονός που καθιστά την ανάλυση των δεδομένων αυτών όσο το δυνατόν ακριβέστερη.

Το Εργαστήριο Θαλάσσιων Οπτικών του ΚΚΕρ (MARLAB) ειδικεύεται στην ανάπτυξη μεθόδων και στην εκτέλεση μετρήσεων αναφοράς για την αξιολόγηση των ενδείξεων που λαμβάνονται από δορυφόρους. Το έργο τους συμβάλλει στον καθορισμό της αβεβαιότητας στα δορυφορικά δεδομένα και βελτιώνει τις μεθοδολογίες και τα πρωτόκολλα για τη λήψη μετρήσεων στη θάλασσα.

Εξακολουθούμε να χρειαζόμαστε ερευνητές στη θάλασσα για να πάρουμε δείγματα για να συγκρίνουμε τα δορυφορικά δεδομένα, αλλά με λίγες αποστολές μπορούμε να διασφαλίσουμε ότι οι δορυφόροι μας θα μας δώσουν μια σαφή εικόνα ολόκληρου του πλανήτη.

Πώς η εξέταση του χρώματος του θαλάσσιου νερού συμβάλλει στην αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής;

Ο ωκεανός καλύπτει το 71 % της επιφάνειας του πλανήτη μας και φιλοξενεί περίπου το 94 % της συνολικής ζωής στη Γη. Ωστόσο, σύμφωνα με την ειδική έκθεση της IPCC για το 2019ο ωκεανός έχει απορροφήσει περίπου το ένα τρίτο του διοξειδίου του άνθρακα που εκπέμπεται από την καύση ορυκτών καυσίμων από τη Βιομηχανική Επανάσταση και περισσότερο από το 90 % της πλεονάζουσας θερμότητας στο περιβάλλον της Γης. Ως αποτέλεσμα, οι ωκεανοί γίνονται θερμότεροι και πιο όξινοι. Αυτό έχει σημαντικές επιπτώσεις στα θαλάσσια οικοσυστήματα, ιδιαίτερα στα πολλά διαφορετικά είδη πλαγκτού που δίνουν στον ωκεανό μεγάλο μέρος του χρώματος του. Παρακολουθώντας τις αλλαγές στο χρώμα των ωκεανών μας, μπορούμε επίσης να παρακολουθήσουμε την υγεία του θαλάσσιου περιβάλλοντος και τις επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής. Η υπηρεσία Copernicus της ΕΕ για την κλιματική αλλαγήεξαρτάται από δορυφορικές εικόνες για να είναι σε θέση να παράγει τακτικά δελτία σχετικά με την κατάσταση της κλιματικής αλλαγήςαντλώντας σε μεγάλο βαθμό δεδομένα από το χρώμα των ωκεανών. Αλλά αυτό μπορεί να γίνει μόνο όταν έχουμε αξιόπιστες μεθόδους για την τυποποίηση των μετρήσεων, την επικύρωση των δεδομένων και τη βαθμονόμηση των οργάνων.

Το ΚΚΕρ πραγματοποιεί ωκεανογραφικές εκστρατείες στις ευρωπαϊκές θάλασσες από το 2000 στο πλαίσιο του έργου «BioMap», προκειμένου να υποστηρίξει την ανάπτυξη και την επικύρωση των προϊόντων αισθητήρων χρώματος των ωκεανών. © EU 2023

Τι είναι καινούργιο;

Φέτος, επιστήμονες που εργάζονται στο Θαλάσσιο Εργαστήριο Οπτικών δημοσιεύουν μια συλλογή δεδομένων αξίας 30 ετών που λαμβάνονται στο πλαίσιο της ερμηνείας και επικύρωσης των χρωμάτων των δορυφορικών ωκεανών. Σε συνεργασία με εθνικά εργαστήρια σε ευρωπαϊκές χώρες και διεθνείς εταίρους όπως η NASA από τις ΗΠΑ, οι επιστήμονες μας έχουν αναπτύξει το πιο ολοκληρωμένο σύνολο δεδομένων που έχουν συλλεχθεί ποτέ στις ευρωπαϊκές θάλασσες. Αυτό που ξεχωρίζει από άλλες έρευνες είναι ότι έχουν χρησιμοποιηθεί τυποποιημένες μέθοδοι και όργανα καθ’ όλη τη διάρκεια των 30 ετών της μελέτης. Αυτή η πολύ συνεπής προσέγγιση σημαίνει ότι τα δεδομένα που συλλέγονται είναι χρονικά συνεπή και πολύ υψηλής ποιότητας. Αυτό είναι ανεκτίμητο για την επιστημονική έρευνα στο πλαίσιο του προγράμματος Copernicus της ΕΕ και για την παγκόσμια επιστημονική κοινότητα.

Τι θα γίνει μετά;

Οι επιστήμονες του ΚΚΕρ θα συνεχίσουν το έργο τους, προσθέτοντας σε αυτό το σύνολο δεδομένων και πραγματοποιώντας περισσότερες αποστολές στο μέλλον. Ωστόσο, η φιλοδοξία είναι το έργο αυτό να χρησιμοποιηθεί με περισσότερους τρόπους τώρα που έχει δημιουργηθεί ένα τόσο ολοκληρωμένο σύνολο δεδομένων. Θα συνεχίσει να συμβάλλει στην επικύρωση και την αξιολόγηση της αβεβαιότητας των δορυφορικών δεδομένων. Ελπίζεται επίσης ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί για μελέτες υψηλότερου επιπέδου που θα βοηθήσουν στην αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής, στην παρακολούθηση των οικοσυστημάτων και στην ενίσχυση της επιστήμης και των τεχνικών για την ερμηνεία των χρωμάτων των ωκεανών. Η διεθνής συνεργασία θα συνεχιστεί επίσης. Το ενδιαφέρον της NASA για τις πιο πρόσφατες αποστολές, για παράδειγμα, σχετίζεται με την εκτόξευση του νέου δορυφόρου «PACE», ο οποίος, με τη βοήθεια του ΚΚΕρ και της έρευνας της διεθνούς κοινότητας, θα βελτιώσει την παρακολούθηση του φυτοπλαγκτόν των ωκεανών.