機器人漂浮物為海洋健康和全球碳循環(huán)提供了新的視角

加利福尼亞州莫斯蘭丁——微觀海洋生物對海洋乃至地球的健康起著至關(guān)重要的作用。就像陸地上的植物一樣，微小的浮游植物利用光合作用消耗二氧化碳并將其轉(zhuǎn)化為有機物和氧氣。這種生物轉(zhuǎn)化被稱為海洋初級生產(chǎn)力。

在今天自然地球科學(xué)的一項新研究中，MBARI 高級科學(xué)家 Ken Johnson 和前 MBARI 博士后研究員 Mariana Bif 展示了一組機器人浮標(biāo)如何在全球范圍內(nèi)徹底改變我們對海洋初級生產(chǎn)力的理解。

這些漂浮物收集的數(shù)據(jù)將使科學(xué)家能夠更準(zhǔn)確地估計碳如何從大氣流向海洋，并為全球碳循環(huán)提供新的線索。浮游植物生產(chǎn)力的變化會產(chǎn)生深遠的影響，例如影響海洋儲存碳的能力和改變海洋食物網(wǎng)。面對不斷變化的氣候，了解海洋在從大氣中吸收碳并長期儲存碳方面的作用勢在必行。

“基于不完善的計算機模型，我們預(yù)測海洋浮游植物的初級生產(chǎn)將在溫暖的海洋中減少，但我們沒有辦法進行全球尺度的測量來驗證模型。現(xiàn)在我們做到了，”MBARI 高級科學(xué)家 Ken Johnson 說。

通過將二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機物，浮游植物不僅支持海洋食物網(wǎng)，而且是海洋生物碳泵的第一步。

浮游植物消耗大氣中的二氧化碳并用它來建造它們的身體。海洋生物吃掉這些浮游植物，死亡，然后沉入深海海底。這種有機碳逐漸被細菌呼吸成二氧化碳。由于很多這種情況發(fā)生在很深的地方，因此碳會長時間遠離大氣。這個過程將碳隔離在深海水團和沉積物中，并且是模擬現(xiàn)在和未來地球氣候的重要組成部分。

海洋初級生產(chǎn)力隨著氣候系統(tǒng)的變化而起起落落。“我們可能預(yù)計全球初級生產(chǎn)力會隨著氣候變暖而發(fā)生變化，”約翰遜解釋說。“它可能在某些地方上升，在其他地方下降，但我們無法很好地掌握這些將如何平衡。”監(jiān)測初級生產(chǎn)力對于了解我們不斷變化的氣候至關(guān)重要，但觀察全球范圍內(nèi)的反應(yīng)一直是一個重大問題。

直接測量海洋中的生產(chǎn)力需要收集和分析樣本。資源和人力的限制使得在全球范圍內(nèi)進行直接觀察，季節(jié)性到年度分辨率具有挑戰(zhàn)性且成本高昂。相反，衛(wèi)星遙感或計算機生成的環(huán)流模型提供了所需的空間和時間分辨率。“衛(wèi)星可用于繪制初級生產(chǎn)力的全球地圖，但這些值是基于模型而不是直接測量值，”約翰遜警告說。

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