Badanie procesu remineralizacji węgla w głębinach oceanu
Skutki antropogenicznych zmian klimatu byłyby znacznie bardziej dotkliwe, gdyby nie nasze oceany. Dzięki naturalnemu procesowi, znanemu jako biologiczna pompa węglowa, który polega na przenoszeniu materii organicznej w kierunku dna oceanu, a następnie jej remineralizacji do dwutlenku węgla (CO2), ocean jest w stanie pobierać CO2 z atmosfery i składować go w swoich głębinach. Ten krytycznie ważny etap obiegu węgla na Ziemi wpływa na spowolnienie skutków zmiany klimatu. Ilość węgla organicznego składowanego w oceanie w głównej mierze zależy od głębokości, na której zachodzi proces remineralizacji. Uczeni nie są jednak w stanie w pełni wyjaśnić, w jaki sposób i dlaczego głębokość ta zmienia się w czasie, ponieważ konwencjonalne metody jej pomiaru nie mają wystarczających zdolności. W ramach finansowanego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie) projektu GOCART(odnośnik otworzy się w nowym oknie) zespół naukowców pod kierownictwem Stephanie Henson(odnośnik otworzy się w nowym oknie), głównej badaczki w grupie Ocean BioGeosciences w Narodowym Centrum Oceanografii w Zjednoczonym Królestwie, do pomiaru głębokości remineralizacji w oceanie wykorzystał autonomiczne pojazdy podwodne (ang. autonomous underwater vehicle, AUV). „Odkryliśmy, że głębokość remineralizacji zmienia się w wielu różnych skalach czasowych – od dziennej, przez tygodniową, aż po sezonową”, wyjaśnia Henson, koordynatorka projektu GOCART. Dzięki misjom badawczym prowadzonym na Oceanie Południowym, w subtropikalnej strefie upwellingu i na północnych obszarach Atlantyku udało się również ustalić, w jaki sposób wzorce zmienności różnią się w zależności od regionu. „We wszystkich zaobserwowano różnice w dynamice zakwitu fitoplanktonu, strumieniach węgla i głębokościach, na jakich zachodzi proces remineralizacji”, dodaje Henson.
Badania z użyciem autonomicznych szybowców
Zanim wyruszyli w podróż po całym globie, uczestnicy projektu GOCART zwarli szeregi z inżynierami z brytyjskiego Narodowego Centrum Oceanografii, chcąc jak najlepiej przygotować program misji szybowców, tak by spełniały oczekiwania naukowców. Prace obejmowały integrację nowych czujników, planowanie na wypadek dłuższego czasu realizacji niż poprzednio (do 4 miesięcy) oraz opracowanie metod próbkowania o wyższej rozdzielczości. Dzięki zróżnicowanym programom misji naukowcy w sposób nieoczekiwany odkryli wysoką czasową zmienność efektywności działania pompy, od skali krótszej niż doba do skali tygodniowej, w tym zaobserwowali wiele epizodycznych impulsów strumienia węgla organicznego. „Uzyskanie tak szczegółowych danych było możliwe tylko dzięki wykorzystaniu podwodnych szybowców; pomiary wykonywane ze statków po prostu nie są w stanie zapewnić rozdzielczości ani długich skal czasowych niezbędnych do odkrycia tej zmienności”, zauważa Henson. „Istnienie tej zmienności wyjaśnia nam, jaki mechanizm napędza wydajne działanie biologicznej pompy węglowej, ponieważ możemy ustalić czynniki, które zmieniają się w podobnych skalach czasowych”. Zespół mógł następnie wykorzystać uzyskane wyniki do oceny obecnego stanu wiedzy na temat czynników wpływających na efektywność biologicznej pompy węglowej i zmienność czasową, a także do określenia braków w dostępnej wiedzy, które mogłyby stanowić przedmiot przyszłych misji z wykorzystaniem urządzeń autonomicznych lub pokładowych, bądź przyszłych inicjatyw w dziedzinie modelowania.
Szukanie odpowiedzi na pytania naukowe w głębinach oceanów
„W sposób oczywisty jestem niezmiernie dumna z fantastycznych wyników naukowych, jakie osiągnęliśmy, ale myślę, że najbardziej dumna jestem z ludzi, którzy wspólnie stworzyli zespół projektu GOCART”, zaznacza Henson. „Stworzyliśmy grupę, która jest liderem w dziedzinie wykorzystania pojazdów AUV na potrzeby morskich badań biogeochemicznych, zyskując uznanie na arenie międzynarodowej za swoją doskonałość i innowacyjność”. Zespół projektu GOCART będzie kontynuował badania biologicznej pompy węglowej przy użyciu zarówno podwodnych szybowców, jak i innych technik. Obecnie w badaniach wykorzystywane są nie tylko szybowce, ale także autonomiczne boje i bezzałogowe łodzie podwodne, które dzięki misjom w wodach wszystkich oceanów pozwalają na zweryfikowanie, czy wyniki projektu GOCART zachowują ważność w odniesieniu do innych miejsc. W podsumowaniu Henson dodaje: „Podobnie jak w przypadku wielu innych projektów, udało nam się poszerzyć wiedzę na temat niektórych aspektów pompy, ale jednocześnie mamy całą masę nowych pytań!”