Autonomes Kajak hilft Forschern, Lichtmessungen im Winter Arktis zu erfassen

Multi-Tool wird zur rückenschonenden Pflasterkehrmaschine | Einfach genial | MDR (April 2019).

Anonim

Zirkadiane Rhythmen sind die täglichen 24-Stunden-Zyklen, die unserem Körper sagen, wann er essen, schlafen und eine Vielzahl anderer körperlicher Prozesse regulieren soll. Sie können von Umwelteinflüssen wie Licht und Temperatur beeinflusst werden.

Marine Organismen sind auch anfällig für Licht. Sie benutzen es, um Nahrung zu finden, Räuber zu vermeiden und sich sogar in der Öffentlichkeit zu verstecken.

Aber an Orten wie dem Svalbard, Norwegen, die in den Wintermonaten fast ununterbrochene Dunkelheit erleben, kann Licht schwer zu bekommen sein, wenn die Sonne während der Polarnacht in der hohen Arktis unter dem Horizont bleibt.

Jonathan Cohen, Dozent für marine Biowissenschaften am College für Erde, Ozean und Umwelt der University of Delaware, hat in den vergangenen zwei Jahren untersucht, wie die Dunkelheit im Winter biologische Prozesse und Meeresorganismen wie Krill in dieser Region der Welt beeinflusst.

Die Wissenschaftler wissen zu dieser Jahreszeit wenig über das Lichtregime, außer dass Licht in der Polarnacht ein wichtiger ökologischer Faktor ist.

Im Januar 2015 hat er vier Wochen lang gemessen, wie viel Licht in der Atmosphäre war, und dann modelliert, wie das Licht ins Wasser gelangte und wie viel Licht für Meeresorganismen in bestimmten Tiefen zur Verfügung stand.

Letzten Monat sind Cohen und UD Doktorandin Corie Charpentier mit einer neuen Mission an Bord der R / V Helmer Hanssen in die Randeiszone nördlich von Svalbard zurückgekehrt - um die Lücke in wissenschaftlichen Erkenntnissen durch den Einsatz sensibler Lichtmessgeräte in einem autonomen Kajak zu schließen zusammen mit einem anderen Instrument, das den Ton verwendet, um Positionen von Tieren unter Wasser zu messen.

Laut Cohen war es ein aufregendes und nervenaufreibendes Unterfangen.

"Wir haben das Kajak so programmiert, dass es sich im Kongsfjord, weg vom Schiff und all dem Licht und Geräusch, das es produziert, wiederholt hin und her bewegt. Damit messen wir gleichzeitig Licht vor und nach Sonnenmittag und die Bewegungsreaktion von Tieren in der Wassersäule nach Dieses Licht war beeindruckend und zeigt, wie störend das Vorhandensein des Schiffes sein kann, wenn man die Aktivität von Tieren im Wasser misst ", sagte Cohen.

Viele Tiere benutzen Licht, um Nahrung zu finden, aber manche benutzen auch Licht, um ihre vertikale Position im Wasser einzustellen. Krill und Ruderfußkrebse bewegen sich beispielsweise tagsüber tiefer ins Wasser, wenn das Licht aus der Atmosphäre am stärksten ist, und wagen sich näher an die Oberfläche heran, wenn das Licht in der Abenddämmerung schwächer wird.

Cohen ist daran interessiert zu verstehen, wie eine sich erwärmende Arktis - die durch das Schmelzen von arktischem Eis mehr Licht in das Wasser eindringen lässt - diese Arten und andere Meerestiere beeinflussen wird. Zum Beispiel, wenn sich die Tiere als Reaktion auf das erhöhte Licht tiefer in die Wassersäule zurückziehen, wird diese Änderung der Position die Interaktionen mit Nahrungsmitteln verändern?

Die Arbeit ist Teil eines umfassenderen Projekts, das derzeit vom norwegischen Forschungsrat finanziert wird.

Tiefsee Augen

Unterdessen hat Charpentier die visuelle Empfindlichkeit von Krill und Amphipoden (kleine, shrimpartige Krustentiere) gemessen, um zu erfahren, wie viel Licht sie sehen müssen und in welchem ​​Ausmaß visuelle Interaktionen im Winter stattfinden können. Sie hat dies erreicht, indem sie die elektrischen Reaktionen der Tiere auf Blitze unterschiedlicher Intensität und Wellenlänge oder Lichtfarben interpretiert hat.

"Wenn ich ein Licht auf das Auge eines Tieres blitze, kann ich das elektrische Signal so aufnehmen, wie ein EKG die elektrischen Signale aufzeichnet, wenn das Herz schlägt", sagt Charpentier, der auch Umweltwissenschaftler am UD-Umweltinstitut Delaware (DENIN) ist).

Interessanterweise hat sie gelernt, dass Krill nachts lichtempfindlicher ist als tagsüber. Dies sagt den Wissenschaftlern, dass Krill Aspekte ihrer Physiologie mit dem Lichtzyklus der Sonne synchronisiert, ein ziemlich erstaunliches Kunststück, wenn man bedenkt, wie wenig tägliche Lichtschwankungen in der Region um diese Jahreszeit auftreten.

"Der Lichtzyklus in der Arktis scheint für das menschliche Auge nicht besonders ausgeprägt zu sein. Daher war es überraschend, Unterschiede zwischen den Reaktionen des Tieres auf Tag und Nacht zu finden", sagte Charpentier. "Wir sehen diese Muster, jetzt müssen wir herausfinden, warum das passiert."

Zukünftige Arbeit

Im weiteren Verlauf dieses Jahres hoffen Cohen und seine Kollegen von der Universität Tromsø, dem Universitätszentrum in Svalbard und der norwegischen Universität für Wissenschaft und Technologie, auf einer einjährigen Reise durch die Arktis, die sich gut ausdehnen wird, vier mit Eis befestigte Observatorien einzurichten darüber hinaus, wo Wissenschaftler gehen können.

Zwei Observatorien werden Licht, Temperatur und Salzgehalt nahe der Eis / Wasser-Grenzfläche messen; man wird die Eis- und Schneedicke messen; und das endgültige Observatorium wird die Verteilung von Zooplankton und Fischen in der Wassersäule (Oberfläche bis 200 Meter) unter Verwendung der gleichen akustischen Instrumente messen, die im Januar auf dem autonomen Kajak eingesetzt wurden.

Cohen interessiert sich besonders für das Timing der Entwicklung von Eisalgen. Es ist wichtig, sagte er, weil es den saisonalen Prozess der Biologie in der Arktis startet.

"Im Winter werden Algen im Eis eingefroren. Wenn die Temperatur steigt und das Licht in das Wasser eindringt, beginnen Algen zu wachsen. Die Tiere essen die Algen (wie Zooplankton), Fische essen die Organismen, die die Eisalgen essen und so weiter Wenn das Eis schmilzt, fällt das gesamte marine Leben in die Wassersäule, wo es den Rest des marinen Nahrungsnetzes füttert oder auf den Meeresboden sinkt und Teil des Sediments oder der benthischen Gemeinschaft wird ", erklärte Cohen.

Mit einer Hyperspektralkamera wollen die Forscher untersuchen, welche Arten in den Eisalgen, die sich an der Eisunterseite entwickeln, vorkommen, weil verschiedene Spezies unterschiedliche spektrale Signaturen aufweisen, je nachdem, welche Pigmente in den Algen zur Absorption von Licht eingesetzt werden.

"Wir versuchen, diesen Prozess detaillierter zu verstehen und zu untersuchen, wie er mit der Menge und dem Spektrum des Lichts zusammenhängt. Dann überlegen wir, wie die Jahreszeiten in einer arktischen Umgebung mit weniger Meereis und mehr Licht aussehen", sagte er.

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