Вадим Дудченко
Администратор портала

Исследователи выдвинули новый способ заглянуть в глубины океана, установив подход к обнаружению водорослей и измерению ключевых свойств с помощью света. Статья, опубликованная в журнале Applied Optics reports, использует лазерный инструмент lidar для сбора этих измерений гораздо глубже, чем это обычно возможно с помощью спутников.

"Традиционные спутниковые методы дистанционного зондирования могут собирать широкий спектр информации о верхнем океане, но спутники обычно не могут" видеть "глубже, чем верхние пять или 10 метров моря", - сказал Барни Бэлч, старший научный сотрудник лаборатории океанологии Бигелоу и автор статьи. "Использование инструмента, который позволяет нам заглянуть так глубоко в океан, похоже на новую пару глаз."

Лидар использует свет, излучаемый лазерами, чтобы получить информацию о частицах в морской воде, так же как животные, такие как летучие мыши и дельфины, используют звук для эхолокации целей. Посылая импульсы света и определяя время, за которое лучи ударяются о что-то и отскакивают назад, лидар воспринимает отражающие частицы, такие как водоросли в воде.

Ведущий автор исследования Брайан Коллистер использовал корабельную лидарную систему для обнаружения водорослей и изучения условий глубже в океане, чем могут измерить спутники. Исследовательская группа в этом круизе 2018 года состояла из ученых из Университета Олд Доминион и лаборатории океанологии Бигелоу.

"Лидарный подход потенциально может заполнить некоторые важные пробелы в нашей способности измерять биологию океана из космоса", - сказал Коллистер, аспирант Университета старого Доминиона. "Этот метод прольет новый свет на распространение биологии в верхних слоях океанов и позволит нам лучше понять их роль в климате Земли."

В заливе Мэн команда использовала лидар для обнаружения и измерения частиц минерального карбоната кальция, собирая информацию о цветении кокколитофоров. Эти водоросли окружают себя пластинками карбоната кальция, которые имеют белый цвет и очень хорошо отражаются. Пластины рассеивают свет уникальным образом, коренным образом меняя ориентацию световых волн-и создавая идентифицируемую сигнатуру, которую может распознать лидарная система.

Исследовательская группа бэлча изучала залив Мэн в течение более чем двух десятилетий через Североатлантический временной ряд залива Мэн. Их опыт в поиске и идентификации водорослей в этой экосистеме предоставил ключевую справочную информацию для тестирования лидарной системы в том, что оказалось самым крупным цветением кокколитофора, наблюдавшимся в регионе за последние 30 лет.

"Этот круиз дал нам идеальную возможность опробовать лидарную систему с возможностью взять пробы воды и точно знать, какие виды были в ней", - сказал Бэлч. "Лидар использовался в океане в течение десятилетий, но немногие, если вообще какие-либо исследования были сделаны внутри подтвержденного цветения кокколитофора, которое глубоко меняет то, как свет ведет себя в окружающей среде."

Кокколитофоры процветают в Мировом океане и оказывают огромное влияние на биогеохимические циклы, формирующие планету. Изучение их является ключом к пониманию динамики мирового океана, но полевые исследования всегда стоят дорого. Команда установила, что использование лидара потенциально может позволить исследователям дистанционно оценивать популяции кокколитофоров, не останавливая корабль для сбора проб воды-увеличивая их способность собирать ценные данные, таким образом также экономя драгоценные средства корабельного времени.

Исследовательская группа также протестировала этот подход в океанских условиях, включая прозрачные глубины Саргассова моря и мутные воды у побережья Нью-Йорка. Они обнаружили, что он эффективен в этих разнообразных средах. Лидарные системы могут зондировать океан до трех раз глубже, чем пассивные спутниковые методы дистанционного зондирования, которые полагаются на солнце. Дальнейшие исследования могут установить подходы, позволяющие проводить лидарные измерения и с помощью спутников.

"Это огромное дело, что мы учимся надежно идентифицировать частицы в океане с помощью лидарной системы, расположенной над водой", - сказал Ричард Циммерман, автор исследования и профессор Университета старого Доминиона. "Это значительный прогресс, и он может революционизировать нашу способность характеризовать и моделировать морские экосистемы."

Эта работа была поддержана Национальным Управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства, Национальным научным фондом и консорциумом Virginia SpaceGrant Consortium.

 



Актуальные новости

  • Сутки
  • Неделя
  • Месяц