Tehnologia inteligentă a Melissei Omand urmărește soarta carbonului oceanic

Melissa Omand, 36 de ani
Oceanograf
Universitatea din Rhode Island

SN 10

Ca om de știință șef pentru o călătorie a navei de cercetare Efort, oceanograful Melissa Omand a supravegheat totul, de la desfășurarea submarinelor robotizate până la alocarea de paturi pentru membrii echipajului. Expediția din noiembrie 2015, aflată la 150 de kilometri de coasta Rhode Island, colecta date pentru investigațiile în curs ale Omand cu privire la soarta dioxidului de carbon absorbit de ocean.

Dar Omand, un profesor asistent la campusul Universității din Rhode Island din Narragansett, nu se afla pe navă. În loc să călătorească pe valuri cu echipajul ei, ea lucra, uneori 16 ore pe zi, într-o cameră întunecată a Centrului Spațial Intern al universității – privind monitoarele de computer într-un fel de control al misiunii NASA pentru oceanografi. Când a înaintat propunerea de călătorie cu un an mai devreme, nu prevăzuse că va fi însărcinată în opt luni cu primul ei copil atunci când vasul a pornit.

Totuși, ratarea călătoriei era de neconceput, spune ea. Centrul Spațial Interior, și-a dat seama, a oferit o modalitate de a direcționa misiunea de la țărm prin satelit. După ce a propus soluția superiorilor ei și după multe întâlniri care au urmat, a primit permisiunea de a fi primul om de știință șef care a condus de la distanță un Efort croazieră.

„Nu lasă multe obstacole să-i ia în cale”, spune Colleen Durkin, oceanograf la Moss Landing Marine Laboratories din California, care a participat la croazieră. „Acesta este unul dintre lucrurile distractive despre lucrul cu ea. Este dispusă să încerce lucruri noi.”

turbioarea Atlanticului de Sud
Vârtejuri ca acesta, capturat în 2011 în Atlanticul de Sud, pot trage carbonul de la suprafață mai adânc în ocean. Carbonul provine din plancton (care urmărește acest turbioare în albastru deschis).Observatorul Pământului NASA

Angajamentul ei față de știința ei și dorința de a găsi soluții creative ajută Omand să abordeze o mare problemă în oceanografie. Timp de un deceniu, ea a studiat mecanismele – cum ar fi curenții și mâncarea și moartea microorganismelor – care mută carbonul și nutrienții prin ocean. Într-un referat, publicat anul trecut în Ştiinţă, ea a raportat descoperirea că vârtejurile pot trage carbon din fitoplancton adânc în ocean, un fenomen nedescris anterior. Studierea soartei acelui carbon nu este doar interesantă, spune ea, este vitală pentru a prezice soarta climei noastre. „Oceanul are o capacitate uriașă de a absorbi excesul de dioxid de carbon din atmosfera noastră”, spune Omand. Dar pe măsură ce planeta se încălzește, atmosfera și oceanul ar putea interacționa diferit. Oamenii de știință au nevoie de toate informațiile pe care le pot obține pentru a-și da seama cum să se adapteze la acele condiții în schimbare și să atenueze efectele schimbărilor climatice.

Omand, în vârstă de 36 de ani, și-a udat pentru prima dată picioarele pe râurile și lacurile din jurul orașului natal, Toronto. În adolescență, a lucrat ca ghid de canoe, explorând căile navigabile ale regiunii. „Aceasta a fost absolut rădăcina interesului meu pentru știința pământului și problemele de mediu”, spune ea. „În esență, fac același lucru acum, doar pe o barcă mult mai mare.”

După ce a început ca studentă de pregătire la Universitatea din Guelph din Canada, în cele din urmă a fost atrasă de programul de fizică al universității. „Mi s-a părut foarte satisfăcător că toate aceste probleme se reduc la câteva reguli și ecuații de bază”, spune ea. În timpul studiilor ei de licență, concentrarea ei a fost la milioane și milioane de kilometri distanță de oceanele Pământului. Ea a codificat software-ul folosit pentru a ajuta la calibrarea instrumentelor cu raze X de pe Mars Exploration Rovers de la NASA, care a identificat alcătuirea rocilor marțiane.

În timp ce lua în considerare domeniile de fizică pentru studiile sale postuniversitare, Omand a primit un e-mail care i-a modificat titlul. Chris Garrett, profesor (acum emerit) la Universitatea Victoria din Canada, a introdus-o în oceanografia fizică. „Mi-a arătat demonstrații despre ce se întâmplă cu vopseaua într-un rezervor de apă rotativ”, își amintește ea. „Am fost cucerit de asta.” Turbarea apei a atras Omand din același motiv pentru care a făcut-o și domeniul fizicii: fie în rezervoare, fie în oceane, mișcările apei pot fi exprimate printr-un set de ecuații specifice, numite ecuații Navier-Stokes.

Omand a aplicat aceste ecuații în mare parte din munca sa. În timpul unui doctorat. la Scripps Institution of Oceanography din La Jolla, California, ea și colegii săi au studiat originile unei maree roșii în largul coastei Californiei. Echipa a descoperit că marea roșie, fertilizată de un strat de nutrienți, a fost supurată sub suprafața oceanului timp de o săptămână înainte de a fi trasă în sus. Omand și colegii ei au folosit un Jet Ski modificat cu un sistem GPS și instrumente științifice pentru a colecta date. Mai târziu, în calitate de cercetător postdoctoral la Woods Hole Oceanographic Institution din Massachusetts, ea și mentorul Amala Mahadevan au investigat mecanismele pentru a explica modul în care azotul, un nutrient important pentru fitoplancton, se mișcă sub stratul însorit al mării.

În timpul petrecut la Woods Hole, Omand a început, de asemenea, să urmărească călătoria CO2 captate de înflorirea de alge de primăvară în Atlanticul de Nord.

Când fitoplanctonul din aceste flori colosale, care se poate întinde pe sute de kilometri, moare sau este digerat de alte vieți marine, particulele care conțin carbon organic sunt eliberate în apă. Cele mai grele dintre aceste particule se scufundă, punând în carantină carbonul din atmosferă. Aproximativ 30% din totalul CO2 emis de activitățile umane a ajuns în oceane, în parte datorită acestor particule care se scufundă.

Oamenii de știință credeau că particulele mai mici vor rămâne aproape de suprafață. Dar cu submarinele robotizate numite planoare care navigau în sus și în jos pe coloana de apă simțind lumina împrăștiată de particule, Omand și colegii săi au descoperit o cantitate surprinzător de mare de particule mici de carbon. Aceste particule aveau o adâncime de aproximativ 100 până la 350 de metri, în „zona crepusculară” a oceanului, unde fitoplanctonul trăiește rar.

nava de cercetare Endeavour
Primăvara viitoare, Omand va folosi tehnologia de teleprezență pentru a-i duce pe studenți într-o expediție virtuală Efort. URI Fotografie de Joe Giblin

Omand a combinat măsurători precum temperatura și salinitatea de la mai multe planoare pentru a explica modul în care particulele au fost trase atât de departe. Analizând aceste măsurători alături de simulări computerizate și de date satelitare – un amestec inovator de surse care au oferit detalii mai fine și o imagine mai mare – ea a arătat că particulele bogate în carbon au fost transportate în jos de curenții oceanici în spirală numiti vârtejuri. Apa care iese din aceste depresiuni în formă de bol poate deveni cuprinsă între straturile oceanice mai adânci, rămânând prinsă împreună cu orice particule chiar și odată ce un turbioare dispare.

Evacuarea carbonului însoțitoare răcește Pământul, spune Eric D’Asaro, oceanograf la Universitatea Washington din Seattle, care a colaborat cu Omand la cercetare. Deși descoperirea nu modifică cantitatea totală de carbon cunoscută a fi absorbită, studiul identifică un nou mecanism care ar putea reprezenta până la jumătate din tot carbonul despre care se știe că este atras în adâncul Atlanticului de Nord în timpul primăverii. Mecanismul ar putea juca, de asemenea, un rol în altă parte a oceanelor lumii, au raportat D’Asaro, Omand și colegii săi în aprilie 2015 în Ştiinţă.

„Munca ei pune tabelul pentru următorul deceniu în ceea ce privește înțelegerea interacțiunii dintre turbulențele oceanului și modul în care carbonul este injectat în adâncime”, spune David Siegel, oceanograf de la Universitatea din California, Santa Barbara. „Ea va fi unul dintre noii lideri ai acestui domeniu.”

Acum o mamă – fiica ei s-a născut la câteva săptămâni după croazieră – și un profesor asistent la Universitatea din Rhode Island, Omand își continuă rezolvarea creativă a problemelor, apelând adesea la tehnologie neașteptată. Într-o călătorie de cercetare în iunie (de data aceasta era pe navă), Omand a folosit un iPhone într-o carcasă rezistentă la apă pentru a fotografia automat la fiecare jumătate de oră particulele care plouau din stratul superior al oceanului. Oamenii de știință au măsurat anterior ratele de scufundare a particulelor cu capcane care nu au furnizat informații despre modul în care ratele s-au schimbat pe parcursul zilei. Omand a avut ideea să-și atașeze vechiul iPhone la capcane după ce i s-a oferit doar 40 de dolari pentru telefonul folosit. „Trebuie să existe ceva cu adevărat uimitor pe care să pot face cu asta”, s-a gândit ea.

Primăvara viitoare, Omand va folosi același software de teleprezență pe care l-a folosit pentru 2015 Efort excursie pentru a lua practic studenții de licență la bord. Capacitatea lui Omand de a valorifica tehnologia pentru a rezolva provocările științifice dificile este un motiv important pentru care poate identifica noi adevăruri despre oceanele noastre, spune Mahadevan. „Fiecare problemă pe care o atinge”, spune Mahadevan, „iese ceva frumos”.