Wir denken normalerweise an die Farbe des Ozeans als blau, aber an einigen Stellen sieht es blaugrün aus. Das liegt daran, dass diese Gebiete von einzelligen Pflanzen namens Phytoplankton wimmeln, die Chlorophyll enthalten und das Grün im Sonnenlicht reflektieren. Obwohl winzig klein, absorbiert Phytoplankton zusammen fast so viel Kohlendioxid wie alle Bäume und Landpflanzen auf der Erde. Sie haben einen enormen Einfluss auf unser Klima, und Wissenschaftler untersuchen diesen Einfluss, indem sie die Farbe des Ozeans mit Satelliten und seegestützten Sensoren messen.
Um sicherzustellen, dass Satellitenmessungen genau sind, verlassen sich Forscher in den USA und vielen anderen Nationen auf einen Meeresfarbensensor namens Marine Optical Buoy (MOBY). Jetzt haben die National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), Moss Landing Marine Laboratories (MLML), die University of Miami und das National Institute of Standards and Technology (NIST) an einem Upgrade des Sensors, bekannt als MOBY-Refresh, zusammengearbeitet. Dies wird präzisere und genauere Messungen der Farben oder Wellenlängen des Sonnenlichts ermöglichen.
„MOBY misst, wie viel Licht über verschiedene Wellenlängen an einem einzigen Ort im Pazifischen Ozean aus dem Wasser gestreut wird. Die ozeanfarbenen Satellitensensoren beobachten die Ozeane, einschließlich des MOBY-Standorts. Die MOBY-Daten werden dann an die geliefert Satellitenteams, die die Daten verwenden, um die Kalibrierung der Satellitensensoren anzupassen und so die Genauigkeit der globalen Datenprodukte wie der Chlorophyllkonzentration zu verbessern“, erklärte NIST-Forscherin Carol Johnson.
MOBY besteht aus zwei Hauptbojen: der optischen Boje, die Licht misst und aufzeichnet, und der Festmacherboje, die die optische Boje an Ort und Stelle hält.
Die optische Boje hat einen zentralen Mast, der sich unter Wasser erstreckt. Der Mast hat drei mastähnliche Arme, jeder mit optischen Fasern, die Licht sammeln. Die Glasfaserkollektoren erkennen Licht in Tiefen von 1 Meter (3,3 Fuß), 5 Meter (16,4 Fuß) und 9 Meter (29,4 Fuß). Am Fuß des zentralen Mastes befinden sich Spektrographen, die das Licht als Funktion der Wellenlänge in jeder der drei Tiefen messen.
MOBY befindet sich 20 Kilometer (12 Meilen) vor der Küste von Lanai, Hawaii, weil dieser Standort optimale atmosphärische und Wasserbedingungen für die Kalibrierung von ozeanfarbenen Satellitensensoren bietet. Das Meerwasser dort ist repräsentativ für den Rest der Weltmeere, da es klar ist und einen geringen Chlorophyllgehalt aufweist. Die Atmosphäre ist auch klar mit wenigen Wolken, was die Verwendbarkeit der Messungen auf globaler Ebene sicherstellt.
„Der Lebenszyklus der optischen Boje beträgt etwa vier Monate, und es gibt zwei vollständige Systeme. Das eine im Wasser wird auf derselben Kreuzfahrt geborgen, wie das neue eingesetzt wird“, sagte Johnson. „Der im Wasser nimmt Daten auf und der geborgene wird für die nächste Operation wiederaufbereitet“, sagte sie. MOBY ist seit 1997 in Betrieb und befindet sich derzeit beim 74. Einsatz der optischen Boje.
Im Refresh-Projekt wird MOBY mit einem neuen optischen System, Stützstrukturen und Steuerungssystem aufgerüstet. Ziel war es, die in die Jahre gekommene Hardware zu ersetzen und Unsicherheiten in den Messungen zu verringern. Eine zweite Festmacherboje wurde im Januar 2021 ausgebracht, und die erste verbesserte optische Boje wurde dort Ende Februar 2022 ausgebracht. Die Analyse der Daten dauert noch an, aber erste Vergleiche mit MOBY Buoy276, die sich derzeit im Ozean befinden, seien sehr ermutigend, sagte Johnson.
Für das optische System umfasst das Upgrade einen verbesserten Spektrographen, der das Sonnenlicht in allen drei Tiefen gleichzeitig messen kann, wodurch Unsicherheitsquellen in der Umgebung reduziert werden, einschließlich Schwankungen der Bojenneigung und Armtiefe sowie der Lichtschwankungen, wenn es durch Meereswellen fokussiert wird. Die optische Boje besteht jetzt aus Kohlefaser, während sie zuvor aus Glasfaser und Metall bestand, was die Struktur robuster macht und ihre Lebensdauer auf See verlängert.
Parallel zu MOBY-Refresh entwickelt das Team eine ähnliche Instrumentierung namens MarONet, die von einer bevorstehenden NASA-Satellitenmission namens PACE (Plankton, Aerosol, Cloud, Ocean Ecosystem) verwendet wird. Das Instrumentendesign des optischen Systems ist das gleiche wie bei Refresh, verfügt jedoch über eine tragbarere Boje.
Im MarONet-Projekt kann das optische System zerlegt und zur Kalibrierung und Charakterisierung an einen zentralen Ort gebracht werden. Die Kalibrierung beschreibt, wie der Geräteausgang vom Eingang abhängt, und die Charakterisierung beschreibt, wie sich dieses Verhältnis mit allen möglichen Einflussfaktoren, wie z. B. der Umgebungstemperatur, ändert. Der Einsatzort für die MarONet-Boje wird vor der Küste Westaustraliens liegen, und der zentrale Ort für die Kalibrierung und Wartung der Boje wird auf Hawaii sein, wo sich der Hauptknotenpunkt von MOBY befindet. Die Rolle von NIST in diesem Prozess besteht darin, das optische System während des Transports auf Veränderungen zu prüfen. Die Standortplanung für Australien hat unter der Leitung von Co-Ermittler David Antoine von der Curtin University in Perth begonnen. Im Jahr 2023 werden die optische Ausrüstung und die Bojenausrüstung nach Australien verschifft.
Diese Geschichte wurde mit freundlicher Genehmigung von NIST neu veröffentlicht. Lesen Sie die Originalgeschichte Hier.