I denne 4. juli uge, U.S.strandgæster spænder deres vej til badebyer og parker for at fejre med ferie fyrværkeri. På tværs af horisonten og miles ud mod havet mod nord udfoldes Atlanterhavets eget forår og sommerritual: blomstringen af utallige mikroskopiske plankton eller planteplankton.
I det, der er kendt som den nordatlantiske blomst, brast et enormt antal fytoplankton i farve, først "grønser" derefter "hvidtning" havet, da en art følger en anden.
NASA-billede høflighed Norman Kuring, Ocean Color Group ved NASA Goddard Space Flight Center
I forskningsresultater, der offentliggøres i denne uges udgave af tidsskriftet Science, rapporterer forskere bevis for, hvad der udløser denne enorme blomst.
Boblebad eller hvirvlende hvirvler over overfladen af det nordatlantiske Ocean, der opretholder planteplankton i havets lavere vand, hvor de kan få masser af sollys til at brænde deres vækst, og forhindre dem i at blive skubbet nedad af havets ru overflade.
Resultatet er et burst af forår og sommer farve oven på havets farvande.
Hvor vigtig er blomstringen i det nordlige Atlanterhav og videre - for den globale kulstofcyklus?
Meget som skove, absorberer forårstidsopblomstring af mikroskopiske planter i havet enorme mængder kuldioxid og udsender ilt via fotosyntesen.
Deres vækst bidrager til den oceaniske optagelse af kuldioxid, der på verdensplan udgør omkring en tredjedel af den kuldioxid, som mennesker sættes i luften hvert år ved forbrænding af fossile brændstoffer.
Nordatlanten er kritisk for denne proces; det er ansvarlig for mere end 20 procent af havets optagelse af kuldioxid.
Et vigtigt videnskabeligt spørgsmål er, hvordan denne "biologiske pumpe" til kulstof kan ændre sig i fremtiden, når Jordens klima udvikler sig.
Havforsker Craig Lee afslutter samlingen af en undervandsflyvemaskine.
Billedkredit: University of Washington
Om vinteren genererer stærk vind blanding, der skubber planteplankton ned i dybere vand, der frarøver dem sollys men trækker næringsstoffer op fra dybden. Når vinteren vender mod foråret, er dagene længere, og plankton udsættes for mere sollys, hvilket bringer deres vækst.
”Vores resultater viser, at blomstringen starter gennem hvirvler, selv før solen begynder at varme havet,” siger Amala Mahadevan, en oceanograf ved Woods Hole Oceanographic Institution i Massachusetts og hovedforfatter af Science-artiklen.
Medforfattere til papiret er Eric D’Asaro og Craig Lee fra University of Washington og Mary Jane Perry fra University of Maine.
National Science Foundation (NSF) finansierede forskningen.
”Hver studerende, der tager et indledende oceanografikursus, lærer om den økologiske og klimatiske betydning af den nordatlantiske blomst - såvel som hvad der forårsager det,” siger Don Rice, programdirektør i NSFs afdeling for havvidenskab, som finansierede forskningen. ”Denne undersøgelse minder os om, at når det kommer til havet, er de ting, vi tror, vi ved, nogle store overraskelser.”
Den nyligt opdagede mekanisme hjælper med at forklare tidspunktet for foråret og sommerblomstringen, der er kendt for sejlere og fiskere i århundreder og tydeligt synlig i satellitbilleder.
Det giver også et nyt blik på, hvorfor blomstringen har et uklart udseende: den er formet af hvirvler, der i det væsentlige orkestrerer dens dannelse.
At finde opdagelsen var ingen let bedrift. "At arbejde i det nordlige Atlanterhav er en udfordring," siger Perry, "men vi var i stand til at spore en plet med havvand fra Island og følge udviklingen af blomsten på en måde, der ikke var blevet gjort før."
”Vores feltarbejde blev oprettet med flydere, svævefly og forskningsskibe, som alle arbejdede tæt sammen,” tilføjer D’Asaro. ”De var i samme område, så vi kunne sammensætte et sammenhængende billede af blomstringen.”
Knap synlig mod roiling hav: videnskabsmand Eric D’Asaro med robotflåd, han udviklede.
Billedkredit: Craig Lee
Forskerne fokuserede på planteplankton kendt som kiselalger. Diatomer lever i glashuse - vægge fremstillet af silica. "Når forholdene er rigtige, spredes diatom over hundreder af miles af havet," siger Lee, "bringer livsfødende mad til undertiden karrige farvande."
I april 2008 ankom Lee, Perry og D’Asaro i et stormskåret nordatlantisk ombord på det islandske forskningsskib Bjarni Saemundsson.
De lancerede specielt designet robotter i det uslebne hav. En svømmer, der svævede under vandoverfladen, blev også indsat. Det fulgte bevægelsen af havet, bevæger sig rundt, siger D’Asaro, "som et kæmpe planteplankton."
Lurede langs flyderen var seks fodlange, tårnformede svævefly, der dyber ned til dybder på op til 1.000 meter. Efter hvert dyk rejste svæveflyerne, der arbejdede i områder 20 til 50 kilometer rundt om svømmeren, til overfladen, pegede deres antenner skyward og transmitterede deres lagrede data tilbage til kysten.
Flyderen og svæveflyet målte temperaturen, saltholdigheden og hastigheden af vandet og indsamlede information om kemi og biologi af selve blomstringen - ilt, nitrat og de optiske signaturer på planteplanktonet.
Forskere ombord på to skibe, Woods Hole-opererede forskningsskib Knorr og Islands Bjarni Saemundsson, besøgte området fire gange.
Lige efter, at målinger fra svømmeren og svæveflyet begyndte at komme ind, så forskerne, at blomstringen var startet, selvom forholdene stadig så vinterlignende ud.
Oceanograf Amala Mahadevan med en model, der viser rolle eddies i blomstringen.
Billedkredit: WHOI
”Det var tydeligt, at en anden ny mekanisme, bortset fra overfladevarme, lå bag blomstrens indledning,” siger D’Asaro.
For at finde svar havde forskerne brug for sofistikeret computermodellering.
Gå ind på Mahadevan, der derefter brugte tredimensionelle computermodeller til at se på information indsamlet til søs af Perry, D’Asaro og Lee.
Hun genererede hvirvler i en model ved hjælp af den nord-til-syd variation af temperaturen i havet. Modellen viste, at blomstringen skete flere uger senere uden virvler og ikke havde de plads- og tidsstrukturer, der faktisk blev observeret i det nordlige Atlanterhav.
I fremtidig forskning håber forskerne at sætte den nordatlantiske blomst i en bredere sammenhæng. De tror, at meget kunne læres ved at følge blomstrens udvikling gennem et helt år, især med svævefly og flydere udstyret med nye sensorer. Sensorerne kiggede på dyreplanktonet, der græsser på et fytoplankton smorgasbord.
Disse data kunne, siger oceanograferne, integreres i modeller, der ville tilbyde en mere komplet historie.
”Det, vi lærer om hvirvel, er, at de er en kritisk del af livet i havet,” siger Perry. ”De former havøkosystemer på utallige måder.”
Eddies og fytoplankton, mener forskerne, er centrale i den oceaniske cyklus af kulstof, uden hvilken klimaet på Jorden ville se meget anderledes ud.
”Vi ser for os at bruge svævefly og flydere til at foretage målinger og modeller af havfysik, kemi og biologi,” siger D’Asaro, ”der spænder over store regioner i verdenshavet.”
Og det, siger Lee, ville udløse en ny forståelse af havet, alt sammen fra lille plankton, som hver forår og sommer blomstrer af millioner og millioner.
Genudgivet med tilladelse fra National Science Foundation.