Warum NASAs neuer Klimasatellit Wolken und Phytoplankton studiert

(SeaPRwire) –   Wenn Sie versuchen, Phytoplankton zu entdecken, lohnt es sich, ganz nah heranzukommen. Phytoplankton, eine der kleinsten Lebensformen, die sowohl in Süß- als auch in Meerwasser vorkommen, kann nur einen Mikrometer, also ein Millionstel Meter, messen. Aber kleine Dinge können große Auswirkungen haben. Phytoplanktonblüten, die eigentlich eine Form von Mikroalgen sind, können sich über Kilometer erstrecken und manchmal verheerende Schäden an Fischbeständen, Stränden, Trinkwasserversorgung und ganzen aquatischen Ökosystemen anrichten. Um einer so weitläufigen Geißel auf die Spur zu kommen, sollte man sich in einer Entfernung von 675 km (420 Meilen) aufhalten. Das ist die Höhe, in der der neue Satellit der NASA, kurz für Plankton, Aerosol, Cloud, and Ocean Ecosystem, nach seinem geplanten Start am 6. Februar die Umlaufbahn erreichen wird.

Formal gesehen wird PACE die Mission fortsetzen, die die NASA 1978 mit dem Start der Coastal Zone Color Scanner (CZCS), dem ersten Raumfahrzeug, das zur Beobachtung von Phytoplankton im Ozean und zur Untersuchung seiner umfassenderen Rolle bei der Beeinflussung der Umwelt entwickelt wurde, begann. Aber als ein modernes Raumfahrzeug in einer Ära, in der wir so viel mehr über Umweltwissenschaften im Allgemeinen und den Klimawandel im Besonderen wissen, ist PACE ein intelligenteres, wendigeres Schiff, das den Puls des Planeten auf zwei wichtige Weisen messen wird.

Die erste wird sich direkt mit der Phytoplankton-Frage befassen, und für Regierungs-, Industrie- und Umweltwissenschaftler ist das aus einer Reihe von Gründen wichtig. Die großen lebenden Teppiche können manchmal lebenserhaltend sein – sie absorbieren Kohlenstoff aus der Atmosphäre und fixieren ihn an der Basis der Nahrungskette, wo andere, größere Organismen ihn verwerten können. Aber die von den Algen produzierten Toxine können auch Fische und andere Wasserlebewesen töten und bei Menschen Durchfall, Lähmungen, Schwindel und Gedächtnisverlust, Leberfunktionsstörungen, Erbrechen und Taubheit verursachen.

„Wir brauchen dafür Augen am Himmel, weil [Phytoplankton] sehr schnell wächst, in einem Zeitraum von Stunden bis Tagen“, sagt Jeremy Werdell, Projektwissenschaftler für die PACE-Mission. „Sie befinden sich außerdem in einer Flüssigkeit, die sich dreht und dreidimensional ist. Wenn man sie also heute nicht sieht, stehen die Chancen gut, dass sie morgen da sind.“

PACE wird nicht nur nach Phytoplankton suchen. Ein zweiter, damit zusammenhängender Umweltfaktor, der den Klimawandel beeinflussen kann, sind atmosphärische Aerosole – schwebende Wolken aus Rauch von Waldbränden, Wüstenstaub, Vulkanasche, städtischem Industriesmog und sogar Meersalz, das mit Meerwasser verdampft ist und in den Himmel aufgestiegen ist. Aerosole erzeugen eine Art schwebenden Schatten, der je nach Farbe, Zusammensetzung und Partikelgröße entweder die einfallende Sonnenenergie absorbieren – und so die globale Erwärmung verschärfen – oder sie zurück ins All reflektieren und so das Thermometer senken kann.

„Ich würde nicht den Begriff Treibhauseffekt verwenden“, sagt Werdell. „Dieser bezieht sich normalerweise auf Gase, nicht auf Partikel. Aber das Prinzip ist das gleiche in dem Sinne, dass eine gewisse Strahlungsbilanz beteiligt ist.“

PACE, das am 6. Februar um 1:33 Uhr EST an Bord einer SpaceX Falcon 9-Rakete in die Höhe steigen wird, ist eine relativ kleine Maschine, gemessen an Satelliten – sie wiegt 1.700 kg und ist 1,5 m hoch. Die NASA konnte mit einer kompakten Größe für PACE davonkommen, da der Satellit nur zwei wissenschaftliche Instrumente mit sich führt: ein Ocean Color Instrument (OCI) und ein Polarimeter.

Wie der Name schon sagt, ist das OCI dazu gedacht, die Farbe des Meerwassers zu messen, wobei es hauchdünne Unterschiede zwischen verschiedenen Wellenlängen im Spektrum macht, um die chemische Zusammensetzung verschiedener Regionen und damit die Arten von Organismen zu bestimmen, die diese Gebiete ihre Heimat nennen, insbesondere verschiedene Arten von Phytoplankton. Verschiedene Arten von Algen haben unterschiedliche Farbtöne, typischerweise grün oder blau, aber auch, am gefährlichsten, rot. Letzteres ist in der Lage, sogenannte rote Gezeiten zu erzeugen, die hochbeständige Toxine freisetzen, die sich in der Nahrungskette nach oben bewegen, wenn kleinere Fische sie fressen, größere Fische die kleineren Fische fressen und so weiter. Das setzt natürlich voraus, dass die kleineren Fische überleben, was je nach Konzentration der von ihnen aufgenommenen Toxine oft nicht der Fall ist. Eine rote Flut vor Florida im Jahr 2021 führte zum Tod von 600 Tonnen Fischen an den Stränden der Tampa Bay.

„PACE misst das gesamte Farbspektrum“, sagt Werdell, „vom Ultravioletten bis zum nahen Infrarot. Das sind neue Informationen, die es uns ermöglichen, nicht nur zu sagen, dass wir Phytoplankton sehen, sondern auch, welche Gemeinschaft von Phytoplankton es ist.“

Die Unterscheidung der Organismen ist wichtig, da Phytoplankton nicht nur unterschiedliche Toxizitätsgrade, sondern auch unterschiedliche Stoffwechsel und Größen hat. Das Sammeln dieser Daten wird Wissenschaftlern helfen zu verstehen, wie Emissionen von den Ozeanen aufgenommen oder freigesetzt werden. Manche Phytoplanktonarten absorbieren mehr Kohlenstoff als andere – sie saugen ihn aus der Atmosphäre auf und reduzieren so seine Fähigkeit, zu einer globalen Erwärmung zu führen; manche sind größer – und sinken daher schneller und weiter – und binden den von ihnen gesammelten Kohlenstoff tiefer in der Wassersäule. Phytoplankton setzt auch Gase in die Luft frei, die mikroskopisch kleinen Tröpfchen des atmosphärischen Wassers einen Anstoß zur Bildung von Wolken geben. Diese wiederum reflektieren das die Erde aufheizende Sonnenlicht. „Die Organismen sind wirklich wichtige Teile des Puzzles“, sagt Werdell. Das langfristige Ziel ist es, mehr über den Gas- und Wolkenaustauschzyklus zwischen Ozean und Atmosphäre zu erfahren und besser zu verstehen, wie er unser Klima beeinflusst.

Das Polarimeter untersucht den anderen Teil, indem es die Aerosole in der Atmosphäre untersucht – hauptsächlich durch Messung der Schwingung des Sonnenlichts, wenn es durch die Luft dringt. Das ist ein essentielles – und im Moment unvollständiges – Forschungsgebiet. Wie die meisten wissenschaftlichen Grafiken enthalten auch die von der Weltklimaorganisation (IPCC) veröffentlichten Grafiken sogenannte Fehlerbalken, um den Grad der Unsicherheit in einem Datensatz anzuzeigen. „Der IPCC verfügt über Zahlen, die die verschiedenen Beiträge von Dingen aufschlüsseln, die die Atmosphäre erwärmen und abkühlen können“, sagt Werdell, „und im Moment sind die größten Fehlerbalken bei den anthropogenen Aerosol-Verteilungen.“

Er und der Rest des PACE-Teams wollen das ändern, indem sie Daten sammeln, die Umweltwissenschaftlern helfen werden, Aerosole zu untersuchen und Hinweise zu sammeln, um das Tempo und die Schwere des zukünftigen Klimawandels zu bestimmen. „Indem wir diese Messungen durchführen“, sagt Werdell, „können wir verstehen, wie verschiedene Komponenten der Atmosphäre interagieren – einige Dinge erwärmen sich und andere kühlen sich ab. Es ist wirklich, wirklich wichtig, all das zu wissen.“