در سالهای اخیر تصاویر ماهوارهای نقطهای روشنی از رنگ فیروزهای را در میان آبهای خاکستری-آبی اقیانوس جنوبی نشان میداد که دانشمندان را کنجکاو کرده بود. نقشهبرداری از تراکم فیتوپلانکتونها و ترکیبات بیوژئوشیمیایی نشان داد این تابندگی مرموز ناشی از ترکیبی غیرمنتظره از میکروبها است که برداشتهای قبلی درباره جذب کربن در آبهای سرد قطبی را به چالش میکشد. برای فهمیدن منشأ این درخشش، تیمی به سرپرستی دریانورد-اقیانوسشناس بارنی بالچ با کشتی تحقیقاتی Roger Revelle مسیرها را پیمودند و نمونههای دریا را برداشتند تا اندازهگیریهای مستقیم را با دادههای ماهوارهای مقایسه کنند.
زمینه علمی: کاکولیتوفرها، دیاتومها و کمربند کلسیت بزرگ
طبق گزارشها، به شمال آن لکه فیروزهای، حلقهای بازتابنده از آب به نام «کمربند کلسیت بزرگ» جریان دارد که حدود دو دهه پیش شناسایی شد. این کمربند میزبان میلیاردها کاکولیتوفر است؛ فیتوپلانکتونهایی که با ساخت «کوکولیت»های کلسیتی بازتاب نور را افزایش میدهند. کاکولیتوفرها با استفاده از کربن غیرآلی، پوستههای کلسیتی میسازند و نقشی مهم در چرخه کربن جهانی دارند؛ برآورد میشود سالانه حدود 30 میلیون تن کربن را متمرکز کنند.
اندازهگیری بازتاب سطحی اقیانوس از فضا معمولاً برای برآورد غلظت کلسیت استفاده میشود؛ بنابراین درخشش آبی-سبز بهظاهر میتوانست کار کاکولیتها باشد. اما مشکلی هست: آبهای جنوبی بهطور سنتی بسیار سردند و انتظار نمیرود کاکولیتوفرها در آن سوی جلوه مرز قطبی رشد کنند. به همین دلیل تفسیر سیگنالهای ماهوارهای نیازمند آزمایش میدانی بود.
روششناسی مأموریت و اندازهگیریها
تیم بالچ از هاوایی به سمت قطب جنوب حرکت کرد و در مسیر از کمربند کلسیت بزرگ گذر کرد؛ فصل تابستان نیمکره جنوبی زمان شکوفایی این اجتماعات زیستی بود. همانطور که بالچ گفته است، «ماهوارهها فقط چند متر بالایی اقیانوس را میبینند؛ اما ما با اندازهگیریهای متعدد در عمقهای مختلف توانستیم لایههای پنهان را بررسی کنیم.»
آزمایشها شامل اندازهگیری رنگ اقیانوس، نرخ کلسیمسازی (calcification)، نرخ فتوسنتز و مهمتر از همه غلظتهای کربن غیرآلی و سیلیکا بودند. سیلیکا معرف دیاتومها است — گروهی از فیتوپلانکتونها که پوستههای شیشهای (اوپال سیلیکایی) میسازند و رقبای اصلی کاکولیتوفرها به شمار میروند.
رقابت بومشناختی
دیاتومها و کاکولیتوفرها در جایگاههای مشابه اکولوژیک رقابت میکنند: هر دو کربن آلی را به اعماق اقیانوس میبرند و منبع اولیه انرژی زنجیرههای غذایی دریایی گستردهای هستند. پیش از این تصور میشد هرچه بهسمت جنوب از کمربند کلسیت برویم قلمرو دیاتومها آغاز میشود و کاکولیتوفرها ناپدید میشوند.
یافتهها: چه چیزی باعث درخشش شد؟
نمونههای آبی نهتنها اولین شواهد کلسیتسازی در این عرضهای جنوبی را ارائه دادند، بلکه نشان دادند کاکولیتوفرها در مناطقی که انتظار نمیرفت یافت میشوند. پژوهشگران گزارش کردند که «تراکمهای متوسطی از کاکولیتوفرهای صفحهدار و کوکولیتهای جداشده تا 60°S مشاهده شد.» با این حال، وجود چند کاکولیت منفرد نمیتواند نور دریافتی ماهوارهها را بهطور کامل توضیح دهد.
نتایج نشان میدهد عامل اصلی درخشش منطقهی جنوبی، پراکندگی نور توسط پوستههای شیشهای دیاتومها (frustules) است نه بازتاب کاکولیتها. به عبارت دیگر، تشخیص ماهوارهایِ ذرههای غیرآلی کربن (particulate inorganic carbon) تا کنون ممکن است بهاشتباه انجام شده باشد و دادهها نیاز به بازنگری دارند.
پیامدها برای رصد ماهوارهای و چرخه کربن
این کشف برآوردهای کنونی از نحوه جذب و ذخیرهسازی کربن در اقیانوسهای قطبی را تحت تأثیر قرار میدهد. اگر سیگنال بازتابی ماهوارهای ناشی از دیاتومها باشد، الگوریتمهای فعلی که غلظت کلسیت را تخمین میزنند باید اصلاح شوند تا از اشتباه در تفکیک منابع بازتاب جلوگیری شود. این موضوع اهمیت اندازهگیریهای میدانی («sea-truth») را برجسته میکند، بهویژه در مناطق دورافتاده که ابرها، امواج بلند و یخچالهای دریایی مانع مشاهده پیوسته از فضا میشوند.
نتایج کلیدی و راه آینده
کشف اینکه دیاتومها میتوانند بازتابی مشابه کاکولیتوفرها تولید کنند، دو نتیجه مهم دارد: اول — تنوع زیستی قطبی قابل تغییرتر از آن چیزی است که پیشتر تصور میشد؛ دوم — روشهای تحلیل تصاویر ماهوارهای برای تفکیک منابع بازتاب باید بازنگری شوند. پژوهشگران پیشنهاد میکنند ترکیب سنجش از دور با نمونهگیریهای فیزیکی و طیفسنجیهای دقیقتر میتواند به تفکیک بهتر این پدیدهها کمک کند.
نتیجه گیری
تحقیق میدانی اخیر نشان داد درخشش فیروزهای اقیانوس جنوبی نه تنها از کاکولیتوفرها بلکه بهطور مهمی از تراکم بالای دیاتومها ناشی میشود. این نتیجه برداشتهای کنونی از تصاویر ماهوارهای را به چالش کشیده و بر نیاز به دادههای میدانیِ بیشتر و اصلاح الگوریتمهای رصدی تأکید میکند. درک بهتر نقش گروههای مختلف فیتوپلانکتون در چرخه کربن، برای پیشبینیهای اقلیمی و محافظت از اکوسیستمهای دریایی قطبی حیاتی است.