El "color" del océano está determinado por las interacciones de la luz incidente con sustancias o partículas presentes en el agua. La luz solar blanca consiste en un espectro de longitudes de onda (alrededor de 400 a 700 nm), cuyas gotas de agua se dispersan en un espectro continuo de colores del " arco iris ". Grandes cantidades de agua, incluso en una piscina, también aparecerían azules.
Cuando la luz incide sobre la superficie del agua, los diferentes colores son absorbidos, transmitidos, dispersados o reflejados en diferentes intensidades por las moléculas de agua y otros constituyentes llamados ópticamente activos en suspensión en la capa superior (llamada zona epipelágica o fótica ) del Oceano. La razón por la que las aguas de mar abierto se ven azules en condiciones despejadas al mediodía se debe a la absorción y dispersión de la luz. Las longitudes de onda del azul están dispersas, similar a la dispersión de la luz azul en el cielo, pero la absorción es un factor mucho más importante que la dispersión del agua clara del océano. En el agua, la absorción es fuerte en el rojo y débil en el azul, por lo que el rojo se absorbe rápidamente en el océano, dejando el azul. Casi toda la luz solar que entra al océano se absorbe, excepto muy cerca de la costa. Las longitudes de onda de rojo, amarillo y verde son absorbidas por moléculas de agua en el océano.
Cuando la luz solar incide en el océano, parte de la luz se refleja directamente, pero la mayor parte penetra en la superficie del océano e interactúa con las moléculas de agua que encuentra. Las longitudes de onda de rojo, naranja, amarillo y verde se absorben, por lo que la luz restante que vemos se compone de las longitudes de onda más cortas de azules y violetas.
Cualquier partícula suspendida en el agua aumentará la dispersión de la luz . En las zonas costeras, escorrentía de los ríos; resuspensión de arena y limo del fondo por mareas , olas y tormentas; y varias otras sustancias pueden cambiar el color de las aguas cercanas a la costa. Algunos tipos de partículas también pueden contener sustancias que absorben ciertas longitudes de onda de luz, lo que altera sus características. Por ejemplo, las algas marinas microscópicas , llamadas fitoplancton , tienen la capacidad de absorber luz en la región azul y roja del espectro, debido a pigmentos específicos como la clorofila . En consecuencia, a medida que aumenta la concentración de fitoplancton en el agua, el color del agua se desplaza hacia la parte verde del espectro. Las partículas minerales finas como los sedimentos absorben la luz en la parte azul del espectro, lo que hace que el agua se vuelva marrón si hay una carga masiva de sedimentos.
La sustancia absorbente de luz más importante de los océanos es la clorofila, que el fitoplancton utiliza para producir carbono mediante la fotosíntesis . La clorofila, un pigmento verde, hace que el fitoplancton absorba preferentemente las porciones roja y azul del espectro de luz y refleje la luz verde. Las regiones oceánicas con altas concentraciones de fitoplancton tienen tonos de azul verdoso según el tipo y la densidad de la población de fitoplancton allí. El principio básico detrás de la percepción remota del color del océano desde el espacio es que cuanto más fitoplancton hay en el agua, más verde es.
Hay otras sustancias que pueden encontrarse disueltas en el agua y que también pueden absorber la luz. Dado que las sustancias generalmente están compuestas de carbono orgánico, los investigadores generalmente se refieren a ellas como materia orgánica disuelta coloreada .
Historia
La percepción remota del color del océano desde el espacio comenzó en 1978 con el exitoso lanzamiento del Coastal Zone Color Scanner (CZCS) de la NASA. A pesar de que CrZCS era una misión experimental destinada a durar solo un año, el sensor continuó generando una valiosa serie temporal de datos sobre sitios de prueba seleccionados hasta principios de 1986. Pasaron diez años antes de que otras fuentes de datos sobre el color del océano estuvieran disponibles con el lanzamiento de otros sensores, y en particular el sensor de amplio campo de visión con vista al mar ( SeaWiFS ) en 1997 a bordo del satélite SeaStar de la NASA . Los sensores posteriores han incluido el espectrorradiómetro de imágenes de resolución moderada (MODIS) de la NASA a bordo de los satélites Aqua y Terra, el espectrómetro de imágenes de resolución MEdium ( MERIS ) de la ESA a bordo de su satélite ambiental Envisat. Varios de los nuevos sensores del color del océano se han puesto en marcha recientemente, incluyendo el Océano Índico monitor en color (OCM-2) a bordo de la ISRO 's Oceansat-2 satélite y la coreana geoestacionario Ocean Colour Imager (GOCI), que es el sensor de color primera océano para ser lanzado en un satélite geoestacionario , y Visible Infrared Imager Radiometer Suite ( VIIRS ) a bordo del Suomi NPP de la NASA. Varias agencias espaciales planean más sensores de color del océano durante la próxima década.
La Radiometría del Color del Océano y sus productos derivados también se consideran Variables Climáticas Esenciales fundamentales según la definición del Sistema Global de Observación del Clima . Los conjuntos de datos sobre el color del océano proporcionan la única perspectiva sinóptica global de la producción primaria en los océanos, lo que da una idea del papel de los océanos del mundo en el ciclo global del carbono .
Radiometría de color del océano
La radiometría de color del océano es una tecnología y una disciplina de investigación que se ocupa del estudio de la interacción entre la radiación electromagnética visible procedente del sol y los medios acuáticos. En general, el término se utiliza en el contexto de las observaciones de teledetección , a menudo realizadas a partir de satélites en órbita terrestre . Utilizando radiómetros sensibles, como los de las plataformas satelitales a bordo, se puede medir cuidadosamente la amplia gama de colores que emergen del océano. Estas mediciones se pueden utilizar para inferir información importante como la biomasa de fitoplancton o concentraciones de otros materiales vivos y no vivos que modifican las características de la radiación entrante. El seguimiento de la variabilidad espacial y temporal de las proliferaciones de algas desde satélites, en grandes regiones marinas hasta la escala del océano global, ha sido fundamental para caracterizar la variabilidad de los ecosistemas marinos y es una herramienta clave para la investigación sobre cómo los ecosistemas marinos responden al cambio climático y perturbaciones antropogénicas.
La clorofila como proxy del fitoplancton
La visualización de la derecha, derivada de datos del espectrorradiómetro de imágenes de resolución moderada (MODIS) a bordo del satélite Aqua de la NASA , muestra la clorofila de la superficie del mar mensual desde julio de 2002 hasta febrero de 2016. La clorofila es un proxy de la abundancia de fitoplancton . El fitoplancton son algas microscópicas : productores primarios marinos que convierten la luz solar en energía química que sustenta la red trófica del océano . Los tonos más oscuros de verde indican más clorofila, más fitoplancton, mientras que los tonos más oscuros de azul indican menos clorofila y menos fitoplancton. El blanco representa el valor de moda de la clorofila en el océano global. [1]
Como las plantas terrestres, el fitoplancton necesita luz solar y nutrientes para florecer. La principal fuente de nutrientes del océano proviene del agua fría y profunda del océano que aflora a la superficie, llamada surgencia . La circulación del océano y la atmósfera determinan dónde afluyen los nutrientes. Las áreas de surgencia, y por lo tanto la productividad del fitoplancton, incluyen los giros subpolares , a lo largo del ecuador, a lo largo de la costa occidental de los continentes, a lo largo de las corrientes fronterizas occidentales (por ejemplo, la corriente del Golfo ) y cerca de las islas. Otras fuentes de nutrientes a la superficie del océano incluyen la escorrentía de la tierra y la deposición atmosférica de minerales (por ejemplo, polvo del desierto ). [1]
Los patrones de floración del fitoplancton cambian con los sistemas climáticos a corto plazo (por ejemplo, el paso de tormentas tropicales), con las estaciones y con los patrones climáticos a más largo plazo, como El Niño . Los datos satelitales del color del océano como estos permiten a los científicos estudiar la distribución global del fitoplancton, crucial para comprender las diferencias entre las tendencias a largo plazo causadas por las oscilaciones naturales y los cambios climáticos antropogénicos (es decir, calentamiento del océano , estratificación , acidificación ). [1]
Aplicaciones
Los datos del color del océano son un recurso vital para una amplia variedad de predicciones operativas e investigación oceanográfica, ciencias de la tierra y aplicaciones relacionadas, así como en muchas de las Áreas de Beneficio para la Sociedad identificadas por el Grupo de Observaciones de la Tierra . A continuación se incluyen algunos ejemplos de algunas de las formas en que se han utilizado los datos del color del océano y los tipos de datos relacionados.
- Perjudiciales Forecasting floración de algas Sistema : La Administración Oceánica y Atmosférica Nacional (NOAA) perjudiciales floración de algas de Predicción utiliza los datos del color del océano junto con los datos meteorológicos y campo de muestreo para pronosticar el desarrollo y el movimiento de las floraciones de algas nocivas (comúnmente conocida como "mareas rojas ") en el Golfo de México.
- Vinculación de las prácticas agrícolas con las floraciones de fitoplancton : Los datos sobre el color del océano indican que cuando los agricultores mexicanos agregan fertilizante a los campos, el fertilizante fluye hacia el océano y desencadena el crecimiento de fitoplancton en el Golfo de California.
Sensores
- Escáner de color para zonas costeras (CZCS)
- Sensor de amplio campo de visión con vista al mar ( SeaWiFS )
- Espectrorradiómetro de imágenes de resolución moderada (MODIS)
- Espectrómetro de imágenes de resolución media ( MERIS )
- POLARIZACIÓN Y DIRECCIONALIDAD DE LAS REFLEXIONES DE LA TIERRA ( POLDER )
- Generador de imágenes de color oceánico geoestacionario (GOCI)
- Oceansat-2
- Sistema nacional de satélites ambientales operacionales en órbita polar ( NPOESS )
- Proyecto preparatorio NPOESS (NPP)
- Centinela 3
- Boya óptica marina (MOBY)
Referencias
- ^ a b c d Ocean Color Time Series NASA Hyperwall , 17 de marzo de 2016.
Este artículo incorpora texto de esta fuente, que es de dominio público .
Este artículo incorpora texto de esta fuente, que es de dominio público .enlaces externos
- Grupo de coordinación internacional del color del océano
- Página de inicio de Ocean Color de la NASA
- ESA MERIS Ocean Color
- Sistema Global de Observación del Clima
- Grupo de Observaciones de la Tierra
- GlobColour
- Portal del color del océano del Centro de investigación conjunta
- NOAA Coastwatch
- Programa de percepción remota costera de la NOAA
- Portal del color del océano de Malasia
- CloroGINA
- Organización de Investigación Espacial de la India OCM
- Instituto Coreano de Investigación Aeroespacial
- Centro de Satélites Oceánicos de Corea
- Administración Nacional del Espacio de China
- Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón