D7 Óptica e Biogeoquímica Física

Tópico

A óptica oceânica e a biogeoquímica física estudam como a luz interage com os constituintes da água do mar e o que essa interação implica para a produtividade biológica e o ciclo do carbono. A luz solar é a força motriz por trás de toda a fotossíntese marinha: a irradiância fotossinteticamente ativa, a porção do espectro solar entre 400 e 700 nanômetros, penetra no oceano e atenua-se exponencialmente com a profundidade, seguindo a lei de Beer-Lambert. O coeficiente de atenuação que rege essa perda de luz depende, por sua vez, de três fatores: a concentração de fitoplâncton, a quantidade de matéria orgânica colorida dissolvida e a quantidade de partículas minerais em suspensão na água. É essa combinação de três fatores que faz com que duas massas de água com a mesma quantidade de luz na superfície apresentem perfis de luz completamente diferentes em profundidade.

A fluorescência da clorofila é a principal ferramenta para medir diretamente a concentração de fitoplâncton na água. Quando a clorofila absorve luz azul em um comprimento de onda próximo a 470 nanômetros, ela responde emitindo fluorescência vermelha em um comprimento de onda próximo a 685 nanômetros. É precisamente essa emissão vermelha que permite que um sensor meça a quantidade de fitoplâncton presente sem tocar diretamente na água. Esses sensores de fluorescência agora estão integrados tanto em plataformas flutuantes autônomas equipadas com instrumentos ópticos quanto em planadores oceânicos, possibilitando perfis contínuos de abundância de fitoplâncton em vez de medições pontuais isoladas. A retrodispersão da luz, medida em vários comprimentos de onda simultaneamente, permite estimar a quantidade de matéria particulada — tanto orgânica quanto inorgânica — suspensa na água e, em particular, a quantidade de carbono orgânico particulado que ela contém. Quanto mais partículas suspensas na água, mais luz é retrodispersa em direção ao sensor. Essa relação direta permite que a retrodispersão sirva como um substituto óptico para a concentração de partículas, que de outra forma teria que ser medida filtrando a água.

A transmissividade, por outro lado, mede quanta luz passa através de uma distância fixa na água, tipicamente cerca de 25 centímetros. A partir dessa fração transmitida, deriva-se o coeficiente de atenuação da luz, que é simplesmente a soma de dois componentes: quanta luz a água absorve e quanta luz ela dispersa. É precisamente essa soma que permite que o coeficiente de atenuação resuma, em um único número, tanto o que a água absorve quanto o que ela dispersa sem absorver.

As câmeras de partículas, por sua vez, fotografam automaticamente tudo o que flutua na água, desde partículas tão pequenas quanto um décimo de milímetro até organismos com 100 milímetros de tamanho. Isso possibilita rastrear a distribuição do zooplâncton e agregados orgânicos com um nível de detalhe que nenhum sensor óptico anterior poderia alcançar sozinho. O comportamento esperado, combinando todas essas técnicas, é que a fluorescência atinja seu máximo bem no topo da picnoclina, onde tanto a luz quanto os nutrientes ainda são suficientes, e que grande parte do carbono orgânico particulado formado ali seja eventualmente exportado para as águas profundas. Assim, desde a irradiação que entra na superfície até o carbono particulado que acaba afundando, a óptica oceânica segue, comprimento de onda por comprimento de onda, o mesmo caminho que a luz percorre dentro do carbono que o oceano produz e transporta.

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