La taille microscopique du phytoplancton, les organismes ressemblant à des plantes qui vivent dans l'océan supérieur éclairé par le soleil, dément leur importance dans l'environnement mondial. Ils fournissent la source de nourriture pour le zooplancton qui nourrit en fin de compte des animaux plus gros, allant des petits poissons aux baleines. Et comme les plantes sur terre, le phytoplancton utilise le dioxyde de carbone de l'atmosphère pour croître et prospérer grâce à la photosynthèse, qui libère finalement de l'oxygène dans l'océan et l'atmosphère.

Le phytoplancton joue également un rôle important dans la réduction des niveaux de dioxyde de carbone dans l'atmosphère :une étude récente a révélé que le phytoplancton absorbe environ 24 % de ce gaz à effet de serre. Quand ils meurent et s'enfoncent à de grandes profondeurs dans l'océan, le phytoplancton déplace également le dioxyde de carbone hors du contact avec l'atmosphère. L'une des questions les plus urgentes sur lesquelles les scientifiques se penchent est la quantité de carbone stockée dans l'océan à long terme. Une autre question est de savoir comment l'augmentation des niveaux de dioxyde de carbone et les changements associés dans l'environnement océanique affectent les communautés phytoplanctoniques.

Pour répondre à ces questions, le 26 janvier, des scientifiques du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, avec des chercheurs de tout le pays se sont lancés dans une campagne maritime de 27 jours d'Hawaï à Portland, Oregon, catégoriser et observer les populations de phytoplancton et leur environnement. L'équipe travaille à bord du R/V Falkor, un navire de recherche détenu et exploité par le Schmidt Ocean Institute à but non lucratif, qui permet aux scientifiques d'utiliser le navire pour faire avancer la recherche océanographique.

Où le dioxyde de carbone, une fois pris, se retrouve dans le cycle global du carbone dépend de l'espèce de phytoplancton, a déclaré Ivona Cetinic, océanographe Goddard/USRA, scientifique en chef de la campagne. « Leur taille ainsi que leur forme et leur couleur déterminent le rôle qu'elles jouent, " dit-elle. " En sachant qui est là, vous pouvez prédire ce qui va arriver à ce carbone."

Par exemple, les interactions entre le petit phytoplancton et les organismes qui le mangent sont principalement confinées à la couche superficielle de l'océan. Le carbone qu'ils absorbent reste à la surface ou finit par s'échapper dans l'atmosphère. Mais les organismes qui mangent de plus gros types de phytoplancton, avec leurs déchets, sont plus susceptibles de s'enfoncer plus profondément dans l'océan. Non mangé, le phytoplancton mort peut également couler en se décomposant.

"Lorsque le phytoplancton passe sous la couche superficielle et atteint les parties les plus profondes de l'océan, ils s'enfoncent, " dit Cetinic. " C'est la clé, parce que le carbone qu'ils ont séquestré est retiré du contact avec l'atmosphère."

Les processus physiques jouent également un rôle dans la diversité du phytoplancton et le transport du carbone. Un jeu complexe de différentes masses d'eau, souvent visible dans les images aux couleurs de l'océan, permettre la formation de poches d'écosystèmes très spécifiques. Par ailleurs, processus tels que la subduction, ou mélange, présentent une autre voie pour le dépôt de carbone dans l'océan profond.

La couleur de l'océan est également un indicateur important de la santé et de l'activité du phytoplancton, et ainsi depuis le dessus de l'eau un instrument collecte des mesures hyperspectrales (réflectance océanique supérieure à 100 couleurs), de l'ultraviolet aux bandes infrarouges à ondes courtes du spectre électromagnétique. Les données recueillies informeront les instruments satellitaires actuels et prévus de la NASA sur la couleur de l'océan, dont le Plancton, Aérosol, Nuage, mission écosystème océanique (PACE) dont le lancement est prévu en 2022.

Quatorze chercheurs déploient une gamme d'instruments pour suivre les communautés de phytoplancton alors que le N/R Falkor traverse le nord de l'océan Pacifique. Ils mesurent en continu la diversité du phytoplancton par imagerie microscopique, l'analyse des pigments ou l'analyse de leur matériel génomique. Pour la première fois, ils testent une nouvelle technologie financée par la NASA qui leur permettra de collecter des mesures de la taille des particules.

Des mesures similaires seront prises dans des parties plus profondes de l'océan à l'aide d'un appareil appelé rosette, qui comprend un groupe de bouteilles qui captent l'eau à différentes profondeurs et des instruments pour mesurer la salinité, Température, et de l'oxygène. De telles mesures physiques donnent des indices sur les conditions environnementales qui soutiennent des types spécifiques de phytoplancton. Ces types seront en outre reconnus à l'aide d'images collectées par une caméra holographique, qui sera ensuite reconstruit dans l'espace de réalité virtuelle.

Une plate-forme autonome appelée wirewalker aidera à évaluer l'environnement physique ainsi que le flux de particules dans l'océan profond. Le déambulateur permet à un ensemble d'instruments de voyager le long d'un fil jusqu'à 100 mètres pour mesurer la température, salinité, oxygène, ainsi que des biomarqueurs du phytoplancton comme la chlorophylle. Un flotteur autonome flottera à une profondeur de 100 mètres et collectera les particules qui se déposent au fur et à mesure qu'elles coulent de la partie supérieure de l'océan.

Les satellites couleur océan offrent une vue globale du phytoplancton, mais PACE sera le premier satellite hyperspectral (haute résolution spectrale) de l'agence et une amélioration par rapport à ses prédécesseurs en ce sens qu'il sera capable de faire la distinction entre différents types. Toutes les recherches sur cette campagne maritime permettront d'améliorer la validation des produits de données satellitaires et le développement de produits de données sans précédent.

Le scientifique du projet PACE Jeremy Werdell, qui est co-enquêteur sur la proposition de temps de navire sur le R/V Falkor, mentionné, "L'objectif de la croisière est de collecter des données qui nous aideront à mieux comprendre les images collectées par les satellites sur la couleur de l'océan. L'étude de la couleur de l'océan peut nous en dire beaucoup sur l'océan."