Satélite PACE investigará océanos y atmósfera en un clima cambiante

A medida que la Tierra se calienta, los océanos y la atmósfera de nuestro planeta van cambiando. Algunas aguas oceánicas se vuelven más verdes a medida que proliferan más organismos microscópicos. En la atmósfera, las tormentas de polvo que nacen en un continente afectan la calidad del aire de otro continente, mientras que el humo de los grandes incendios forestales puede cubrir regiones enteras durante días.

El más reciente satélite de observación de la Tierra de la NASA, llamado Plancton, Aerosoles, Nubes y Ecosistemas Oceánicos (PACE, por sus siglas en inglés), será lanzado en febrero de 2024 para ayudarnos a comprender mejor los complejos sistemas que impulsan estos y otros cambios globales que acarrea el calentamiento del clima.

“El océano y la atmósfera interactúan de formas que necesitan una investigación continua para comprenderlas completamente”, dijo Jeremy Werdell, científico del proyecto para la misión PACE en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. “Con PACE, abriremos los ojos a muchos aspectos nuevos del cambio climático”.

El cambio climático en los océanos tiene numerosos impactos, que van desde el aumento del nivel del mar hasta olas de calor en los mares y la pérdida de la biodiversidad. Con PACE, los investigadores podrán estudiar su efecto sobre la vida marina hasta su forma más pequeña.

El fitoplancton es un organismo microscópico similar a las plantas que flota cerca de la superficie del agua y forma el centro de la red trófica acuática, proporcionando alimento a todo tipo de animales, desde mariscos hasta peces y ballenas. Existen miles de especies de fitoplancton, cada una con diferentes nichos en el océano.

Aunque un solo fitoplancton generalmente no puede ser observado a simple vista, las comunidades de billones de fitoplancton, llamadas proliferaciones, pueden ser observadas desde el espacio. Estas proliferaciones suelen adquirir un tinte verdoso debido a las moléculas de clorofila que, al igual que las plantas terrestres, son utilizadas por el fitoplancton para producir energía mediante la fotosíntesis.

Según Ivona Cetinić, oceanógrafa del Laboratorio de Ecología Oceánica en el centro Goddard de la NASA, el fitoplancton está respondiendo a los cambios en su medioambiente. Las diferencias en las temperaturas, los nutrientes o la disponibilidad de luz solar en el océano pueden hacer que una especie prospere o decaiga.

Desde el espacio, esos cambios en las poblaciones de fitoplancton se manifiestan como diferencias en su tonalidad, lo que permite a los científicos estudiar la abundancia y diversidad del fitoplancton desde lejos y a escala global. Y los científicos han descubierto recientemente que el océano se está volviendo un poco más verde.

En un estudio publicado en 2023, los investigadores utilizaron datos de las concentraciones de clorofila recopilados durante más de 20 años por el Espectrorradiómetro de imágenes de resolución moderada (MODIS, por sus siglas en inglés) a bordo del satélite Aqua de la NASA para determinar no solo cuándo y dónde ocurrieron las proliferaciones de fitoplancton, sino también qué tan saludables y abundantes eran.

El Instrumento Color del Océano (OCI, por sus siglas en inglés) del satélite PACE, un sensor hiperespectral, llevará a las ciencias marinas un paso más allá al permitir a los investigadores diferenciar de forma remota el fitoplancton según su tipo. (Históricamente, solo podían determinarse las especies mediante el muestreo directo del agua). Cada comunidad tiene su propia huella de color, que un instrumento como OCI es capaz de identificar.

La identificación del fitoplancton es clave porque los diferentes tipos de fitoplancton desempeñan funciones muy diferentes en los ecosistemas acuáticos. Estos tienen funciones beneficiosas, como nutrir la cadena alimentaria o extraer dióxido de carbono de la atmósfera para la fotosíntesis. Algunas poblaciones de fitoplancton secuestran el carbono a medida que mueren y se hunden en las profundidades del océano; otras liberan el gas a la atmósfera a medida que se descomponen cerca de la superficie.

Pero algunas, como las proliferaciones de algas dañinas, pueden afectar negativamente a los seres humanos y a los ecosistemas acuáticos. Y la presencia de algas nocivas también puede ser una indicación de la calidad de las fuentes de agua, como por ejemplo la presencia de un exceso de nutrientes proveniente de las actividades humanas. Al identificar estas comunidades en el océano, los científicos pueden obtener información sobre cómo y dónde el fitoplancton se ve afectado por el cambio climático, y de qué manera los cambios en estos pequeños organismos pueden afectar a otras criaturas y a los ecosistemas oceánicos.

Más allá de su función como pasto de los mares, el fitoplancton también juega un papel en una compleja danza entre la atmósfera y el océano. Y PACE podrá observar a ambos compañeros en este baile.

Desde el espacio, con una vista del planeta completo cada dos días, PACE rastreará tanto a los organismos microscópicos en el océano como a las partículas microscópicas de la atmósfera llamadas aerosoles. La forma en que interactúan estos dos componentes proporcionará a los científicos información adicional sobre el impacto de un clima cambiante.

Por ejemplo, cuando las partículas de los aerosoles de la atmósfera se depositan en el océano, pueden proporcionar nutrientes esenciales para producir proliferaciones de fitoplancton. Los vientos a veces transportan cenizas y polvo de los incendios forestales y las tormentas de polvo sobre el océano. Cuando estas partículas caen al agua, pueden actuar como fertilizante, proporcionando nutrientes, como el hierro, que permiten que el crecimiento de las poblaciones de fitoplancton.

Si bien el instrumento de detección de color de PACE verá los cambios en el fitoplancton, el satélite también lleva dos instrumentos llamados polarímetros —SPEXone y HARP2— que utilizan las propiedades de la luz (la polarización) para observar partículas de aerosoles y nubes. Los científicos podrán medir el tamaño, la composición y la abundancia de estas partículas microscópicas en nuestra atmósfera.

Los nuevos datos de PACE para caracterizar las partículas atmosféricas permitirán a los científicos examinar uno de los componentes más difíciles de modelar acerca del cambio climático: cómo interactúan las nubes y los aerosoles.

Las nubes se forman cuando el agua se condensa sobre las partículas atmosféricas, tales como el humo y la ceniza. Un ejemplo fácil de detectar son los rastros de los barcos, que ocurren cuando el vapor de agua se condensa y forma nubes brillantes y bajas sobre los contaminantes emitidos por las embarcaciones.

Los diferentes tipos de aerosoles también influyen en las características de las nubes, como su brillo, el cual es ocasionado por el tamaño y el número de las gotículas de las nubes. Estos rasgos pueden producir diferentes tipos de impacto, ya sea calentamiento o enfriamiento, en la superficie de la Tierra.

Por ejemplo, una nube brillante o una columna de partículas de aerosoles que flotan sobre un océano mucho más oscuro reflejan más luz hacia el espacio, causando un efecto de enfriamiento localizado. Otras veces, tanto las nubes como los aerosoles tienen un efecto de calentamiento llamado cobertura. Las columnas delgadas en lo alto de la atmósfera absorben el calor de la superficie de la Tierra y luego lo irradian hacia el suelo.

“Desde una perspectiva climática, la relación entre los aerosoles y las nubes es una de las mayores fuentes de incertidumbre en nuestra comprensión del clima”, dijo Kirk Knobelspiesse, jefe de polarimetría de la misión PACE en el centro Goddard de la NASA. Los nuevos conocimientos que brinde este satélite acerca de las partículas de los aerosoles ayudarán a los científicos a llenar las lagunas de conocimiento y profundizar nuestra comprensión de esa relación.

Por Erica McNamee
Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland

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