2016年9月16日
斯蒂芬妮Dutkiewicz一直好奇的颜色海洋自从她从她的家乡南非启航加勒比群岛,时年17岁。在三个月的远航,她注意到海洋的颜色变化从一个地方到另一个地方。她明白原因只有当她拿起海洋大学。课程期间,她认识到,绿色,蓝色的海洋颜色变化由于浮游植物的类型和浓度(藻类)的特定区域。由于藻类使用叶绿素,绿色颜料,通过光合作用产生的有机碳,这些海洋植物反射光线。海洋中浮游植物的数量越高,小的蓝色和绿色就越大。
斯蒂芬妮Dutkiewicz在她办公室,浮游植物模型模拟(图:麻省理工学院全球变化科学和政策联合项目)
目前主要研究科学家在麻省理工学院全球变化科学和政策联合项目和部门的地球大气和行星科学(eap) Dutkiewicz仍然感兴趣这些驱动程序的海洋的颜色。十多年来,她和她的主要研究伙伴,电活性聚合物副教授米克,指导一个团队的一打麻省理工学院研究人员和一些合作者从达尔文大学在全球范围内推进项目,旨在发展模型,运动,和损失的浮游植物在世界各地,他们住在的环境,以及他们如何相互影响。
Dutkiewicz有条不紊地探索浮游植物的行为为了到达什么特征区分成千上万的浮游植物物种之一,各种类型可能会住在哪里,哪些类型将在各种环境条件下生存和发展。
她能代表近100种不同种类的浮游植物,船的指导下,实验室,和卫星观测,在复杂的计算机模型复制海洋中浮游植物种群动态和预测这些动力学将如何改变在未来几年。
结果与实际观测。这些模型,它是由成千上万行代码,生产世界上最多方面的2 d和3 d通用地图的浮游植物活动和海洋的颜色。地图不仅仅是增加了视觉上吸引力;他们还建议深刻影响的未来地球的可持续性——从海洋食物网的全球变暖的速度。
因为它们在食物链的基础,理解这类型的浮游植物生活的地方和预测这些人口变化将如何帮助我们理解进一步食物链会发生什么。因为这些浮游植物碳的过程,沉下了深海负责存储大约200 ppm (ppm)的二氧化碳,他们扮演着重要的角色在地球的气候系统。
Dutkiewicz
规模很重要
在当前的浮游植物建模的研究由美国国家科学基金会资助,Dutkiewicz和之前分析的特征及其潜在影响地球上的区别。到目前为止确定的特征包括那些基于规模和基于行为,如耐热性、营养吸收、光和宽容。
规模很重要的浮游植物的环境。虽然都是微小的,浮游植物直径范围从1μm超过1000μm——类似于鼠标和曼哈顿之间的大小差异。
当海洋变暖时,预计海洋上层与下层互动少,营养都集中。因此,小型浮游植物,最好能承受破坏营养条件下,可能会超过的数量较大的浮游植物,它们更有效地储存碳。这种变化可能是海洋食物链转移到一个集中在小的浮游植物以及导致减少海洋作为碳汇的有效性。
大部分浮游植物模型,包括那些使用的政府间气候变化专门委员会(IPCC),通常只解决两种浮游植物类型:大型和小型。当海洋变暖在未来某个时候,建模的浮游植物的种群数量似乎大幅摇摆,在很大程度上与小动物数量大的。然而,这些变化将慢慢地在现实中发生。
“因为我们包括一个更加多样化的大小分布在我们的模型中,我们发现当我们21世纪,浮游植物大小不迅速转变从大到小,而是从大到略小,”Dutkiewicz说。“所以可能不是一样大IPCC的影响模型预测。”
来评估浮游植物功能和大小如何影响气候,Dutkiewicz和他的同事们设计了一套基于位置的网格细胞代表大海。每个细胞大小的一项决议,是好的足以证实通过船舶和卫星观测模型。一组方程解决了在每个网格单元中,占浮游植物运动,增长,碳循环,损失和其他种群动态。
真正的颜色
Dutkiewicz已经收到了美国宇航局资助,并利用计算机模型“真实”卫星观测的浮游植物浓度在不同地区的海洋,这是基于从海洋表面发出的光量。
由于浮游植物的叶绿素的存在,光线反射,从而吸收更多的蓝色比绿色光。通过计算的蓝色和绿色的光发射、卫星近似叶绿素的含量在一个特定的位置。这样的预测主要是原油,因此Dutkiewicz正在评估的模糊性叶绿素海洋地图指示反射的光在她的浮游植物模型。
她的模型生成真正的颜色像今天的海洋,海洋和项目颜色覆盖整个21世纪基于浮游植物种群动态变化。例如,随着海洋变暖,成为高度酸性,浮游植物的数量会修改,从而改变叶绿素水平和影响海洋表面反射的光的数量。
“跟踪这可以帮助我们确定一个真正的,climate-change-driven信号,从同比脱颖而出,在全球浮游植物种群自然变化,“她说。
Dutkiewicz的职业道路等海洋学家已经专门定位识别信号。作为一个博士生在罗德岛大学的物理海洋学,她最初专注于捕捉洋流运动。当她在1998年进入麻省理工学院博士后在电活性聚合物,她研究物理的方式修改浮游植物的生物学和建造海洋生态系统的数值模型基于单一类型的浮游植物。现在众多类型建模高达100倍,她也许是世界上最著名的专家不仅能够解释为什么海洋的颜色从一个地区到另一个不同,而且预测地球的未来基于这些颜色表示什么。