SINKER, denizdeki kardaki karbon batması hakkında ayrıntılı veri toplamak için gelişmiş mikroskoplar ve kameralarla donatılmış, yenilikçi, yeni bir cihazdır.
Okyanus, dünyanın en büyük karbon havuzudur ve küresel iklimin düzenlenmesinde kritik bir rol oynamaktadır. İklim değişikliğinin etkilerinin deniz ekosistemleri üzerinde giderek daha büyük tehditler oluşturmasıyla birlikte, okyanusların karbon depolama kapasitesinin anlaşılması özellikle acil hale geldi. MBARI bilim adamları ve mühendisleri, derin denizlere karbon taşınmasını kontrol eden biyolojik süreçleri daha iyi gözlemlemek için birlikte çalışarak derin denizde neyin, ne zaman ve ne kadar karbonun battığını ölçebilen bir cihaz olan SINKER’i geliştirdiler.
SINKER – SINKing Ekoloji Robotu – Monterey Körfezi’nde deniz tabanına batan deniz karı hakkında sık sık gerçek zamanlı veri toplamak için gelişmiş kameralar ve mikroskoplar içerir. Deniz karı çoğunlukla biyolojik materyalden oluşur ve derin denizlere büyük miktarda karbon getirir.
MBARI’nin Karbon Akısı Ekoloji Ekibine liderlik eden Bilim Adamı Colleen Durkin, “Şu anda, karbon ve iklim modellerinde büyük bir sınırlama, batan karbon parçacıklarını kontrol eden biyolojiyi nasıl açıkladığımızı gösteriyor” diye açıkladı. “Bu parçacıkları kim yapıyor? Ne kadar hızlı batıyorlar? Ne kadar büyükler? Bu ayrıntılar önemlidir ve hem kısa hem de uzun zaman dilimlerinde değişirler.”
SINKER, aylar ve sonunda yıllar boyunca derin deniz tabanına batan küçük organik parçacıkların binlerce anlık görüntüsünü kaydederek araştırmacıların deniz karının biyolojisini gözlemlemesine olanak tanır. MBARI araştırmacıları, bu cihazın derin denizdeki karbon depolaması ve bu sürecin nasıl değişebileceği konusundaki anlayışımızı geliştireceğini umuyor.
Okyanus-iklim bağlantısı
Mikroskobik fitoplanktonlar büyüdükçe yüzey sularından karbondioksit çeker ve okyanusların bu sera gazının büyük miktarlarını absorbe etmesini sağlar. Daha büyük planktonlar fitoplanktonları tüketip kaka yaptıkça ve öldükçe, batan organik maddeler karbonu atmosferden alıp okyanusun derinliklerine gönderiyor. Biyolojik pompa olarak bilinen bu süreç, karbonu on yıllar, hatta yüzyıllar boyunca derin denizde hapsediyor.
Karbon döngüsünün önemli bir parçası olmasına rağmen, bilim adamlarının okyanusun derinliklerine batan parçacıklar hakkında hala cevaplanmamış birçok sorusu var. Kimya, fizik ve biyolojinin tümü karbonun okyanusun derinliklerine taşınmasını kontrol eder, ancak biyolojik süreçler gözlemlenmesi ve gerçekçi bir şekilde modellenmesi en zor olanlardır. Derin denizin zorlu koşulları ve uzaklığı, denizdeki karı gözlemlemeyi zorlaştırıyor.
Ne kadar karbonun ihraç edildiğini modelleme yeteneğimizi sınırlayan batan parçacıkların biyolojik kaynağını tahmin edemiyoruz. Parçacıkların ne kadar hızlı battığını bilmiyoruz, bu da parçacığın ne kadar derine taşındığını ve dolayısıyla atmosferden ne kadar süre uzakta saklanacağını kontrol ediyor. Bu süreçlerin değiştiği ilgili zaman ölçekleri de büyük ölçüde bilinmemektedir.
MBARI’nin Karbon Akısı Ekoloji Ekibi, okyanusun karbon döngüsündeki rolünü araştırıyor. Durkin ve ekibi, okyanus biyolojisinin, derin denizlere giden karbon miktarını nasıl kontrol ettiğini anlamaya çalışıyor.
İşbirliği yeniliğe ilham verir
Araştırmacılar tarihsel olarak uzun vadeli kalıpları tahmin etmek için kısa vadeli veri kümelerini tahmin etmeye güvendiler, ancak saha keşif gezileri arasında meydana gelen aralıklı ve öngörülemeyen olayları gözden kaçırdılar. Durkin ve ekibinin cesur bir hedefi vardı: Bilim adamlarının değişen iklimimizi daha iyi modellemesine yardımcı olmak için Dünya’nın karmaşık karbon hesabını yaşayan okyanusla (deniz karı üreten veya tüketen herhangi bir şey) ilişkilendirmek.
Denizdeki kar ve okyanustaki karbon taşınmasıyla ilgili bu tür zor soruların yanıtlanması, MBARI bilim insanları ve mühendislerinden oluşan disiplinler arası bir ekibin katılımıyla gerçekleşti.
Durkin, “Disiplinler arası işbirliği, ekipteki herkesi kendi konfor alanlarının dışında düşünmeye ve birçok açıdan çok daha büyük düşünmeye zorluyor” dedi. “Bu ilk konuşmalar, yenilikçi yeni bir aletle batan parçacıkları gözlemlemek gibi iddialı bir hedefe dönüştü.”
Ekip, onlarca mikrometreden birkaç santimetreye kadar batan parçacıkların fotoğrafını çekebilecek, her saniye kadar sıklıkta veri toplayabilecek ve derin denizde bir yıldan fazla çalışabilecek bir cihaz istediklerini belirledi. MBARI mühendisleri SINKER görüntüleme sistemini geliştirmek için çalışmaya başladı. Kullanılacak en iyi kameraları belirlediler, ardından bir çerçeve, devre kartları ve su altı muhafazaları tasarladılar. SINKER’in bileşenlerinin çoğu daha sonra MBARI’nin makine atölyesindeki imalatçılar ve teknisyenler tarafından şirket içinde sıfırdan üretildi.
İleriye doğru bir sıçrama
SINKER, karbonun batmasını etkileyen biyolojik ve fiziksel süreçlere ayrıntılı bir bakış sağlamak için birden fazla görüntüleme sistemini birleştirir.
Parçacıklar merkezi bir toplama tüpünden geçerken, üç kamera parçacıkların batma hızını ölçmek için fotoğraf çekiyor. Parçacıklar bir toplama plakasına indikten sonra, yukarıya bakan iki kamera fotoğraf çekerek araştırmacıların her bir parçacığın boyutunu, şeklini ve bileşimini ölçebilmesini sağlıyor. Her iki saatte bir, çok fazla parçacıkla tamamen tıkanmasını önlemek için bir fırça görüntüleme plakasını siliyor.
Kıdemli Elektrik Mühendisi Paul Roberts, “SINKER, MBARI’de son on yılda geliştirilen araç ve teknolojilerden yararlanıyor” dedi. “Bu çözüm, batan karbon parçacıklarıyla ilgili çok çeşitli değişkenlerin ölçülmesinde önemli bir teknolojik ilerlemeyi temsil ediyor.”
Kıdemli Araştırma Uzmanı Crissy Huffard, “Birden fazla değişkenin aynı anda ölçülmesi, karbon ihracatına ilişkin ayrıntılı niceliksel biyolojik gözlemler toplamamıza olanak tanıyor” dedi. “SINKER’in beş kamerası bize batan parçacıkların birçok farklı görüntüsünü veriyor ve bunların okyanustaki karbon tutulmasıyla ilgili temel soruları yanıtlamamıza yardımcı olacağını umuyoruz.”
Sırada ne var
MBARI araştırmacıları SINKER’ı ilk kez Temmuz ayında araştırma gemimiz Rachel Carson’da bir yolculuk sırasında konuşlandırdı. Deniz tabanına demirlemiş ve MBARI’nin kablolu okyanus gözlemevi tarafından desteklenen SINKER, Monterey Körfezi’nin hemen dışındaki 900 metre (yaklaşık 3000 fit) derinlikteki bir araştırma alanından sürekli olarak veri topluyor ve ardından bu bulguları kıyıya ileterek araştırmacılara derin okyanusa açılan bir pencere sağlıyor.
Ekip, sistemi Aralık ayında geri almayı, verileri analiz etmeyi ve gerektiğinde cihaz tasarımında ayarlamalar yapmayı planlıyor. Bu süreç tamamlandığında, SINKER’ı en az bir yıl, hatta daha uzun bir süre için yeniden konuşlandırmayı planlıyorlar.
Durkin, “Uzun vadeli hedef, SINKER’in uzun yıllar boyunca fişe takılı kalmasını sağlamak, böylece karbon akışının hem günden güne hem de mevsimler arasında zaman içinde nasıl değiştiğini anlayabileceğiz” dedi. “Bir noktada, bu teknolojiyi diğer kablolu gözlemevlerine de getirebileceğimizi ve böylece çeşitli farklı okyanus ortamlarındaki karbon ihracatını anlamaya başlayabileceğimizi umuyoruz.”
Karbonun batması hakkında daha fazla bilgi edinmek, araştırmacıların okyanusların Dünya’nın iklimini nasıl düzenlediğini daha iyi anlamalarına ve değişen okyanus koşullarının deniz yaşamını ve ekosistemleri nasıl etkileyeceğini tahmin etmelerine yardımcı olacak. SINKER’den elde edilecek veriler, politika yapıcıların okyanuslarla ilgili karar alma mekanizmalarını bilgilendirmek için ihtiyaç duyduğu çok değerli bilgileri sağlayabilecek.
