ابزار جدید مبتنی بر لیزر به تشخیص جلبک در اعماق اقیانوس ها کمک می کند

محققان روش جدیدی را برای مشاهده اعماق اقیانوس ارائه کرده اند و روشی را برای تشخیص جلبک ها و اندازه گیری خواص کلیدی با استفاده از نور ایجاد کرده اند.

مقاله ای که در گزارشات اپلیکیشن اپتیک با استفاده از یک ابزار مبتنی بر لیزر ، لیدار ، برای جمع آوری این اندازه گیری ها بسیار عمیق تر از آنچه معمولاً با استفاده از ماهواره ها امکان پذیر بود ، منتشر شده است.

  

بارنی بالچ ، دانشمند ارشد تحقیقاتی در بیگلو گفت: "روش های سنتی سنجش از دور ماهواره می تواند طیف وسیعی از اطلاعات را در مورد اقیانوس بالا جمع آوری کند ، اما ماهواره ها معمولاً نمی توانند عمق بیشتری از پنج یا 10 متر بالای دریا داشته باشند." آزمایشگاه علوم اقیانوس و نویسنده مقاله. "استفاده از ابزاری که به ما اجازه می دهد بسیار عمیق تر به اقیانوس نگاه کنیم مانند داشتن چشم جدیدی است."

لیدار از نور ساطع شده توسط لیزرها برای به دست آوردن اطلاعات در مورد ذرات موجود در آب دریا استفاده می کند ، همانطور که حیواناتی مانند خفاش ها و دلفین ها از صدا برای انعکاس اهداف استفاده می کنند. لیدار با ارسال پالس های نور و زمان سنجی زمان لازم برای برخورد تیرها به چیزی و برگشتن ، ذرات بازتابنده مانند جلبک ها را در آب حس می کند.

نویسنده اصلی مطالعه ، برایان کالیستر ، از سیستم لیدار در کشتی استفاده کرد تا جلبک ها را تشخیص داده و در شرایط عمیق تر اقیانوس نسبت به اندازه گیری ماهواره ها آشنا شود. تیم تحقیقاتی این سفر دریایی 2018 متشکل از دانشمندان دانشگاه Old Dominion و آزمایشگاه Bigelow برای علوم اقیانوس بود.

Collister ، دانشجوی دکترا در دانشگاه Old Dominion ، می گوید: "رویکرد لیدار می تواند برخی از خلأهای مهم در اندازه گیری زیست شناسی اقیانوس ها را از فضا پر کند." "این تکنیک روش جدیدی را در توزیع زیست شناسی در اقیانوس های فوقانی نشان می دهد و به ما اجازه می دهد نقش آنها را در آب و هوای زمین بهتر درک کنیم."

در خلیج مین ، این تیم از لیدار برای تشخیص و اندازه گیری ذرات کربنات کلسیم معدنی استفاده کرد و اطلاعات مربوط به شکوفایی کوکولیتوفورها را جمع آوری کرد.

این جلبک ها خود را با صفحات کربنات کلسیم احاطه کرده اند که رنگ آنها سفید است و بسیار بازتابنده هستند. صفحات نور را به روشی منحصر به فرد پراکنده می کنند و اساساً نحوه جهت گیری امواج نور را تغییر می دهند - و یک امضای قابل تشخیص ایجاد می کند که سیستم لیدار می تواند تشخیص دهد.

تیم تحقیقاتی بالچ خلیج مین را بیش از دو دهه از طریق سری زمانی خلیج مین آتلانتیک شمالی مورد مطالعه قرار داده است. تجربیات آنها در یافتن و شناسایی جلبک ها در این اکوسیستم اطلاعات کلیدی برای آزمایش سیستم لیدار در بزرگترین شکوفایی کوکولیتوفور مشاهده شده در منطقه در 30 سال گذشته فراهم کرد.

بالچ می گوید: "این سفر دریایی به ما فرصتی ایده آل داد تا بتوانیم سیستم لیدار را با قابلیت نمونه برداری از آب آزمایش کنیم و دقیقاً بدانیم چه گونه هایی در آن وجود دارد." "Lidar دهها سال است که در اقیانوس مورد استفاده قرار می گیرد ، اما مطالعات اندکی در صورت شکوفایی کوکولیتوفور انجام شده است ، که نحوه رفتار نور را در محیط عمیقاً تغییر می دهد."

کوکولیتوفورها در اطراف اقیانوس جهانی رشد می کنند و سطح عظیمی از کنترل را روی چرخه های بیوشیمیایی شکل دهنده این سیاره اعمال می کنند. مطالعه آنها برای درک پویایی جهانی اقیانوس ها کلیدی است ، اما تحقیقات میدانی همیشه پرهزینه است.

این تیم ثابت کرد که استفاده از لیدار می تواند به طور بالقوه به محققان این امکان را بدهد که جمعیت کوکولیتوفورها را از راه دور بدون توقف کشتی برای جمع آوری نمونه های آب تخمین بزنند - این امر توانایی آنها را در جمع آوری داده های ارزشمند افزایش می دهد ، بنابراین از هزینه های زمان کشتی نیز صرفه جویی می شود.

تیم تحقیقاتی همچنین این رویکرد را در محیط های اقیانوسی که شامل اعماق شفاف دریای سارگاسو و آبهای کدر در سواحل نیویورک است ، آزمایش کردند. آنها دریافتند که در سراسر این محیط های متنوع موثر است.

سیستم های لیدار می توانند اقیانوس را تا عمق سه برابر عمیق تر از تکنیک های سنجش از دور ماهواره ای منفعل که به خورشید متکی هستند ، کاوش کنند. تحقیقات بیشتر ممکن است رویکردهایی را ایجاد کند که به اندازه گیری لیدار توسط ماهواره ها نیز اجازه می دهد.

ریچارد زیمرمن ، نویسنده و استاد دانشگاه Old Dominion ، می گوید: "این یک معامله بزرگ است که ما در حال یادگیری قابل اطمینان ذرات در اقیانوس از طریق یک سیستم لیدار در بالای آب هستیم." این پیشرفت قابل توجهی است و می تواند در توانایی ما در توصیف و مدل سازی اکوسیستم های دریایی انقلابی ایجاد کند. "

این کار توسط اداره ملی هوانوردی و فضا ، بنیاد ملی علوم و کنسرسیوم ویرجینیا SpaceGrant پشتیبانی می شود.