一步一步穿越彩虹

- 编辑:大众自然网 -

一步一步穿越彩虹

为什么有那么多关于彩虹的歌?对于NASA即将进行的浮游生物、气溶胶、云、海洋生态系统任务,或者PACE,彩虹的颜色,或者,如果你喜欢,电磁频谱的可见波长,是开启关于世界各地天空和海洋的大量新数据的关键。

太空探索计划将于2023年发射,太空探索计划的高分辨率仪器将对海洋和大气的特征进行前所未有的详细观察。通过测量地球海洋表面的颜色强度,PACE将捕捉到浮游植物的细节,浮游植物是生活在海洋中的小型类植物和藻类,它们是海洋食物网的基础,产生了地球一半的氧气。有益的浮游植物群落促进了渔业的发展,但有害的藻华(HABs)可以毒害动物和人类,并破坏旅游业和渔业。

当谈到“海洋颜色”时,离开海洋的颜色的波长和强度都很重要。不同种类的浮游植物和水体中的其他物质吸收和反射不同颜色的光:清澈开阔的海水呈现蓝色,有大量浮游植物的海水往往呈现绿色或绿松石色,靠近海岸的海水由于悬浮沉淀物和溶解的有机物质而呈现棕色。佩斯可以比以往更详细地看到这些可见颜色差异中的微小变化。

随着PACE在海洋和大气中发现彩虹的所有颜色,它将为科学家提供每一个波长的新发现。

紫外线和紫色

紫外线(人眼看不见的)和紫色(肉眼可见的)帮助科学家了解气溶胶:大气中的颗粒,可能是有机的或无机的,固体或液体,从灰尘和烟灰到海盐和化学液滴。这些波长有助于揭示被测量的气溶胶是自然的还是来自人类活动。

紫外线和紫色的波长也将帮助科学家研究溶解在海洋中的微粒——特别是区分叶绿素(一种存在于所有浮游植物中的绿色色素)和其他有机物质。了解两者的区别对于研究在深海中有多少碳吸收和储存是很重要的。

“不是所有的浮游生物碳做同样的事情时,“说Ivona Cetini?,美国宇航局戈达德太空飞行中心的海洋学家(戈达德宇航中心)和速度的生物地球化学工程科学引导。“有些是更好的生产者,有些是更好的吸收二氧化碳的封存者。一旦碳进入浮游生物,接下来会发生什么取决于浮游生物的类型。如果它很小,很有可能会被浮游动物吃掉——它们是很小的奶牛,不是吗?-它们会被更大的吃掉,以此类推。如果这些反应发生在接近地表的地方,碳就会回到大气中。如果浮游动物排便,碳就会进入深海。”

蓝色的

蓝色波长有助于研究人员区分浮游植物种类。从硅藻到甲藻,每一种浮游植物都有自己的特性:生态系统中不同的功能,不同的营养需求(和内容,对于捕食者来说!),重要的是对于海洋颜色仪器(OCI),它们吸收和散射的不同波长的光。光谱的蓝色范围可以让科学家看到浮游植物群落的组成。

“如果你看一块草地,一切看起来绿色你的眼睛,但你想要知道这个生态系统中的所有球员,”Cetini?说。“在一个浮游生物群落中,只有一种浮游生物是很罕见的;他们更有可能一起工作。它们构成了一个微生物食物网。PACE将让我们解决,不仅仅是一两个物种,而是整个社会。”

追踪浮游植物群落的组成和健康状况不仅对现在了解海洋很重要,而且对预测海洋未来可能发生的变化也很重要。

绿色

绿色波长常被用作空气中微粒总量的参考。这些粒子与较短和较长的波长结合,以进一步确定这些粒子的大小。尺寸是帮助科学家了解他们所看到的东西的一个重要因素。天然的气溶胶,如灰尘或海盐,往往比人类产生的烟尘或烟雾含有更大的颗粒,因此颗粒的大小有助于确定气溶胶的来源。

“有几个原因对更好地理解气溶胶很重要,”Andrew Sayer说,他是美国国家航空航天局GSFC的大气科学家,也是PACE的大气科学项目的领导。“一个原因是空气质量预报更有用。另一个与气候有关:气溶胶对气候的降温或升温效应,它们与云的相互作用以及影响云寿命的方式,取决于所有这些特征的垂直分布。我们将能更好地从太空监控它。卫星数据可以用来更彻底地审查气候模型并改进它们。”

类似地,不同种类的浮游植物大小不同,所以这个变量有助于辨别在浮游生物群落中谁是谁。

黄色和橙色

OCI的黄色和橙色波长帮助科学家追踪浮游植物的健康和生理状况。通过观察浮游植物的生长速度、它们的光合作用效率以及它们的颜色,科学家们可以确定一个浮游植物群落的健康程度——它们可以用黄色和橙色的波长收集到所有的信息。

了解浮游植物的健康状况可以帮助预测有害的藻华。当陆地上的物质被冲入海洋时,它们有时会成为藻类的大餐,使它们能够迅速进食、生长和繁殖。由于细菌以大量死藻为食,哈巴菌可以产生有害毒素,使海洋野生动物和人类患病,并耗尽水中的氧气。

有害的藻华并不是最近才出现的。我们已经从土著部落的作品在太平洋西北部,谈论事情发生在沙滩上,“Cetini?说。“只是现在我们越来越多地寻找它,而人为的影响也使得花更加普遍。”

虽然自然产生的矿物质可以流入海洋并喂养藻类,但人类生产的化学物质——比如草坪肥料、废水处理化学品和农用化学品——才是罪魁祸首。

“任何生态系统处于平衡状态时,都不会是静止的。有一件事是占主导地位,然后翻身,“Cetini?说。“但是,当一个生态系统被挤出它的节奏时,有一件事就会占据主导地位。在有害藻华期间,只有一种藻类有能力快速生长,然后它就会接管。”

红色和近红外

红色和近红外波长让研究小组看到了海洋的不同部分:沿海地区的海水由河流注入,较浅的底部有可以在风暴后悬浮的沉积物,它们的颜色通常与开阔的海洋非常不同。从沿海地区反射回来的颜色变化不仅给科学家提供了关于生活在那里的生物健康的线索,这也帮助他们为沿海的HABs做准备,而且还提供了河流系统和流域动态的信息。

”步伐,我们可以看到花朵和说什么物种的早期发展阶段,“Cetini?说。早期预警允许企业在沿海地区准备HAB影响,如不收集或使用有毒藻类卖鱼,准备兽医办公室患病动物的大量涌入,充气水防止生活在海底的生物遭受缺乏氧气,并警告消费者不要食用沙丁鱼或牡蛎,她补充道。

“许多这些类型的早期预警系统和措施已经在这些沿海地区,所以我们会将我们的数据添加到他们的系统,“Cetini?说。“早期信息总是能为当地经济节省资金。”

短波红外

在可见光范围之外的是短波红外(SWIR)波长,它在大气和海洋中有许多用途。

SWIR波长可以帮助科学家确定海洋上空的大气有多干净,这对计算海洋表面的性质很重要。它还有助于对海岸上空的大气进行类似的计算,这有助于云和海岸生物学的研究。

“云反射阳光,它们吸收光和热,”Sayer说。“我们需要非常准确地了解它们的亮度和物理位置。”

通过监测气溶胶阻挡了多少阳光,OCI将帮助科学家解决建模中的一个重要缺口,Sayer说。云和气溶胶在大气中相互作用,但是科学家需要更多的信息来了解它们如何以及在哪里发生作用。

他说:“有一些季节性重复的气溶胶特征,你经常会在云层上方看到气溶胶。”“例如,在大西洋东南部,中非和南部非洲有大量的农业生物质燃烧,在8月到10月达到高峰。很多云会飞到海面上,那里有一个低洼的云甲板。东南亚也有类似的情况。这些气溶胶使得精确确定云的属性变得更加困难。”

他说,同样,云也使气溶胶的研究更加困难。

他解释说:“如果你是一个气候建模者,想要模拟气溶胶在世界各地的传播,你只能得到有限的有用数据。”“有了OCI,拥有更多的光谱波段将真正有助于填补这些空白。拥有一个进入紫外线范围的高光谱仪器将使量化这些气溶胶变得容易得多,特别是在与偏光计结合的情况下。”