Pozemské oceány a atmosféra se mění s tím, jak se naše planeta otepluje. Voda na některých místech oceánů je zelenější, protože zde „rozkvétá“ více mikroskopických organismů. V atmosféře se objevují prachové bouře, které se vytvoří nad jedním kontinentem, ale ovlivňují kvalitu ovzduší na kontinentu jiném. A o kouři z rozsáhlých požárů divočiny, který dokáže na celé dny zakrýt velké oblasti, asi není potřeba dlouze hovořit. Americká družice PACE (Plankton, Aerosol, Cloud, ocean Ecosystem) má v únoru vyrazit na oběžnou dráhu, aby pomohla vědcům lépe porozumět komplexním systémům, které ovlivňují tyto (ale i další) globální změny spojené s oteplováním klimatu.

„Oceány a atmosféra spolu interagují způsoby, jejichž plné pochopení vyžaduje neustálý výzkum,“ vysvětluje Jeremy Werdell, vědec z Goddardova střediska v marylandském Greenbeltu zapojený do mise PACE a dodává: „Díky PACE se nám otevřou oči pro mnoho nových aspektů změny klimatu.“ Dopadů změn klimatu na oceány je mnoho – od vzestupu hladin, přes po vlny mořského horka až po pokles biodiverzity. Díky PACE budou moci výzkumníci schopni studovat tyto efekty na nejmenší formy mořského života. Fytoplankton tvoří mikroskopická rostlinám podobné organismy, které se vznášejí blízko hladiny a představují středobod potravinové mořské sítě. Poskytují totiž potravu širokému spektru druhů – od měkkýšů přes ryby až po kytovce. Fytoplankton tvoří tisíce různých druhů, které obsadily různé mořské ekosystémy.

Během jara a léta je v Barentsově moři (u hranic Norska s Ruskem) vidět zelené a namodralé kolonie fytoplanktonu. Takto jej v reálných barvách 15. července 2021 zachytil přístroj MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) na družici Aqua od NASA.
Zdroj: https://science.nasa.gov/

Drobné tělíčko jednoho člena fytoplanktonu sice pouhým okem většinou nespatříte, ale kolonie miliard těchto organismů je možné vidět až z kosmického prostoru. Jejich přítomnost je často doprovázena nazelenalou barvou, za kterou může chlorofyl v jejich tělech. Stejně jako u pozemských rostlin umožňuje fytoplanktonu získávat energii pomocí fotosyntézy. Jak říká Ivona Cetinić, oceánografka z Ocean Ecology Lab na Goddardově středisku, fytoplankton reaguje na změny svého prostředí. Rozdíly v teplotách oceánů, množství živin a dostupnost slunečního světla mohou způsobit vymírání či naopak rozvoj druhů.

Z oběžné dráhy se tyto změny populací fytoplanktonu projevují jako rozdíly v odstínech. Díky tomu mohou vědci studovat početnost a rozmanitost fytoplanktonu na dálku a navíc v globálním měřítku. Nedávno navíc odborníci zjistili, že se oceán stává o něco zelenějším. Ve studii publikované v roce 2023 využili experti data o koncentraci chlorofylu, která za více než 20 let nasbíral přístroj MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) na družici Aqua od NASA. V datech zjišťovali, kdy a kde došlo k rozvoji fytoplanktonu, ale také o jak zdravé a rozsáhlé populace šlo.

Přístroj OCI (Ocean Color Instrument) na družici PACE je hyperspektrální senzor, který posune průzkum moří na novou úroveň. Umožní totiž vědcům na dálku rozlišit fytoplankton podle typu. Dříve přitom bylo něco takového možné provést pouze rozborem odebraného vzorku vody. Každé společenství má svůj typický barevný podpis, který může přístroj jako OCI identifikovat.

Analýzou dat z přístroje MODIS na americké družici Aqua vědci zjistili, že některé části oceánu zezelenaly více vlivem fytoplanktonu, který obsahuje chlorofyl.
Zdroj: https://science.nasa.gov/

Identifikace typů fytoplanktonu je základním předpokladem výzkumu, jelikož různé druhy hrají ve vodních ekosystémech výrazně odlišné role. Jejich úlohy mohou být pozitivní – ať už jde o význam v potravním řetězci, nebo vázání oxidu uhličitého z atmosféry. Některé druhy po odumření stáhnou navázaný uhlík s sebou do hlubin, jiné jej uvolní zpět do atmosféry. Některé z nich (třeba ty, které jsou součástí škodlivého květu řas) mohou mít negativní dopad na člověka a vodní ekosystémy. Přítomnost škodlivých řas nám může také prozradit něco o kvalitě vodních zdrojů (například o přítomnosti nadměrného množství živin z lidské činnosti). Díky identifikaci těchto společenstev mohou vědci získat informace o tom, kde a jak je fytoplankton ovlivněn změnou klimatu a jak mohou změny těchto drobných organismů ovlivnit ostatní živočichy i celé oceánské ekosystémy.

Kromě toho, že fytoplankton plní roli „mořských travin“, hraje důležitou úlohu i v komplexním tanci atmosféry a oceánu. A družice PACE se má zaměřit na oba dva tanečníky. Z oběžné dráhy, ze které zmapuje každé dva dny celou planetu, bude PACE sledovat jak mikroskopické organismy v oceánech, tak i mikroskopické částice v atmosféře, kterým se říká aerosoly.  Jak spolu obě dvě složky interagují, poskytne vědcům další informace o dopadech změn klimatu.

Kupříkladu, když jsou částice aerosolu z atmosféry uloženy do oceánů, mohou poskytovat důležité živiny pro rozvoj fytoplanktonu. Vítr často zanese popel a prach z lesních požárů a písečných bouří nad oceán. Když pak tyto částice dopadnou do vody, mohou působit jako hnojivo které populacím fytoplanktonu dodá například železo důležité pro další růst.

Stopy po lodích nad severním Tichým oceánem vyfotila 3. července 2010 družice Aqua.
Zdroj: https://science.nasa.gov/

„S postupujícím oteplováním klimatu, které může přinést více lesních požárů, a tedy i větší množství usazeného popela, můžeme předpokládat, že dojde ke změnám ve společenstvech fytoplanktonu,“ uvedla Cetinić. Zatímco přístroj sledující barvu bude sledovat změny fytoplanktonu, družice PACE ponese také dva přístroje zvané polarimetry (SPEXone a HARP2), které využívají vlastnosti světla (polarizace) k pozorování aerosolových částic a oblaků. Vědci budou schopni měřit velikost, složení a množství těchto mikroskopických částic v naší atmosféře.

Nová data z PACE pro charakteristiku částic v atmosféře umožní vědcům prostudovat jednu z nejsložitěji modelovatelných složek klimatické změny – jak spolu interagují oblaka a aerosoly. Mraky vznikají, když voda zkondenzuje na vzdušných částicích jako je kouř a popílek. Jedním z nápadných příkladů jsou stopy, které zanechávají lodě. V nich vodní pára kondenzuje a na částicích, které vypouští loď do ovzduší, čímž vznikají světlé nízko ležící oblaky. Odlišné typy  aerosolů také ovlivňují charakteristiku oblaků – třeba jejich světlost je ovlivněna velikostí a množstvím kapiček v mraku. Tyto vlastnosti mohou mít na zemský povrch velmi odlišné důsledky – buďto oteplování, nebo ochlazování.

Například světlý oblak či soubor aerosolových částic vznášející se nízko nad mnohem tmavším oceánem odráží více světla zpět do vesmíru, což způsobuje lokální ochlazení. Jindy mají mraky i aerosoly naopak oteplovací efekt, který bývá často přirovnáván k přikrývce. Tenká oblaka vysoko v atmosféře pohlcují teplo ze zemského povrchu a pak ho vyzařují zpět k zemi. „Z pohledu klimatu jsou vztahy mezi oblačností a aerosoly jedním z největších zdrojů nejistoty v našem chápání klimatu,“ říká Kirk Knobelspiesse, vedoucí polarimetrie mise PACE z Goddardova střediska. Nové pohledy této družice na částice aerosolů pomohou vědcům zaplnit mezery a prohloubit jejich chápání těchto složitých vztahů.

Přeloženo z:
https://science.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9a/PACE_Spacecraft_beauty2.jpg
https://smd-cms.nasa.gov/wp-content/uploads/2024/01/barents-amo-2021196-lrg.jpg
https://smd-cms.nasa.gov/wp-content/uploads/2024/01/oceanisgreening-2022.jpg
https://smd-cms.nasa.gov/wp-content/uploads/2024/01/gsfc-20171208-archive-e002045orig.jpg