Open WL Archief (OWA)

Context en wetenschappelijke doelstellingen Klimaatverandering is een van de grootste uitdagingen van onze tijd, waarvan de impact al meetbaar is op onze planeet en haar oceanen. Om te anticiperen op potentiële veranderingen in oceanische ecosystemen en de gevolgen daarvan voor de bijbehorende diensten aan de mens, moeten we efficiënte monitoring- en modelleringsmethoden ontwikkelen voor de natuurkunde, scheikunde en biologie1. Hoewel er vooruitgang is geboekt op de eerste twee gebieden, blijft de biologische component van de oceaan bijzonder moeilijk te bestuderen op temporele en ruimtelijke schalen die relevant zijn voor de samenleving2. Hoewel Digital Twins of the Ocean (DTO's) data en numerieke technologieën in de voorhoede van de milieuwetenschap plaatsen3, is hun brede reikwijdte niet noodzakelijkerwijs bedoeld om processen op regionale schaal op te lossen, die relevant zijn voor belanghebbenden. Regionale DTO's, die uitgebreide en diverse observaties op een bepaald gebied verzamelen, zijn van cruciaal belang voor het vergroten van ons begrip van het milieu op relevantere schaalniveaus. Onder de biologische componenten van de oceaan is plankton extreem divers4 en speelt het verschillende cruciale rollen. Fytoplankton is verantwoordelijk voor ongeveer de helft van de mondiale primaire productie5. De deeltjes die het gevolg zijn van de dood en uitscheiding van plankton vangen grote hoeveelheden koolstof op diepte op, via biologische koolstofpompen6, en dragen zo bij aan de regulering van het klimaat. Plankton is ook van cruciaal belang voor de voedselketens in de zee en ondersteunt rechtstreeks enkele van de grootste visserijtakken ter wereld7. Ten slotte zijn planktonorganismen zeer gevoelig voor veranderingen in het milieu, omdat ze hun doorgaans korte levensduur doorbrengen in de omstandigheden van de watermassa waarin ze zijn ingebed. Planktonbiomassa en -diversiteit worden daarom erkend als essentiële oceaan- en biodiversiteitsvariabelen8 (EOV’s en EBV’s) en gebruikt als indicatoren9 voor ecosysteembeoordeling voor de Kaderrichtlijn Mariene Strategie (KRMS). Vanwege dit belang is het verzamelen en integreren van planktongegevens in de EDITO het doelwit van verschillende voortdurende inspanningen.
Hoewel de jaarlijkse verdeling van plankton over grote breedtegradiënten relatief goed bekend is10, kunnen hun concentraties variëren in ordes van grootte over kilometers of dagen. Fronten, draaikolken, meanders en filamenten genereren aanzienlijke verticale fluxen en herverdelen warmte, zout, voedingsstoffen, zuurstof en koolstof boven en onder de gemengde oppervlaktelaag11. Bijgevolg vertonen fyto- en zoöplanktongemeenschappen ruimtelijke heterogeniteit op kleine schaal, en reageren ze dynamisch op het complexe samenspel van oceanische kenmerken op mesoschaal (10-100 km) en submesoschaal (1-10 km) . Bij het bemonsteren van hetzelfde tijdstip zijn de kenmerken van deze kenmerken plotselinge pieken. Bovendien zorgt de combinatie van de intrinsieke dynamiek van planktongemeenschappen en deze lokale fenomenen voor buitengewone uitbarstingen van diversiteit en concentratie, op zeer korte tijdschalen13. Deze hotspots van biologische activiteit kunnen zich helemaal verspreiden naar toppredatoren14. Hoewel deze kleine ruimte-tijdschalen essentieel zijn voor het begrijpen van de planktondynamiek, zijn ze ook zeer lastig vast te leggen. Als gevolg hiervan zijn de meeste planktongegevens die momenteel in internationale databases worden geïntegreerd, afkomstig van relatief schaarse monsters op schepen en tijdreeksen met een lage resolutie (bijvoorbeeld maandelijks), wat niet voldoende is om deelstroomgebiedprocessen nauwkeurig te beschrijven. De enige technologie die in staat is om de biologische variabiliteit van plankton vast te leggen op dezelfde fijne ruimte-tijdschaal als zijn biogeochemische en fysieke omgeving is kwantitatieve beeldvorming15: camera's die op een gecontroleerde manier grote hoeveelheden beelden opnemen. Onder hen is de Underwater Vision Profiler 616 een bijzonder succesvol instrument (170 stuks verkocht sinds 2021) dat kan worden ingezet vanaf schepen, op ligplaatsen en op autonome instrumenten (zweefvliegtuigen, drijvers). Het telt en rangschikt mariene deeltjes vanaf 80 µm en brengt plankton in beeld vanaf 0,6 mm en groter. Om de enorme hoeveelheid gegenereerde gegevens te verzamelen, zijn gespecialiseerde, collaboratieve, online databases ontwikkeld17, waarbij machine learning wordt ingezet om de classificatie van afbeeldingen te versnellen18. Ze volgen de beste praktijken om gegevens EERLIJK en oogstbaar te maken voor gegevensaggregators op EU-niveau en internationaal19. De combinatie van planktonbeeldvorming met hoge resolutie en fysisch-biogeochemische datasets, verwerkt met efficiënte datapijplijnen, kan intense lokale koolstofexportgebeurtenissen oplossen door de subductie van oppervlaktewatermassa's20, voorbijgaande anoxische gebeurtenissen of schadelijke algenbloeien21 op te sporen en trends in planktongemeenschappen vast te leggen. door onder meer de dagelijkse variabiliteit18 vast te leggen en te elimineren. Al deze inspanningen vereisen een nauwe data-integratie in regionale DTO's die vervolgens passende producten aan belanghebbenden kunnen leveren.

De doelstellingen van AQUASPECT zijn:
1. Verbetering van de technologie voor de beeldvorming van plankton, door de commercialisering van een nieuwe versie van de UVP6, gericht op kleinere formaten, de UVP6m (telling vanaf 10 µm, afbeelding vanaf 100 µm);
2. De bestaande monitoringinspanningen uitbreiden met bemonstering van plankton met hoge ruimtelijke of temporele resolutie met behulp van beeldvorming, in drie contrasterende omgevingen (de oligotrofe Middellandse Zee, de eutrofe Noordzee en de Oostzee met een laag zoutgehalte);
3. Integreer grote datasets van EBV's en bijbehorende milieugegevens in regionale DTO's, evenals in de Europese DTO (EDITO);
4. Via deze regionale DTO's meer relevante informatie verstrekken aan belanghebbenden met betrekking tot biodiversiteit, koolstofexport, indicatoren voor de toestand van ecosystemen en de effecten van zuurstofgebrek.