Kasviplanktonin massakukinta Envisatin kuvissa

Euroopan avaruusjärjestön Envisat-ympäristötutkimussatelliitin MERIS-instrumentti otti oheisen kuvan viime kesänä leväkukinnasta pohjoisella Atlantilla Nova Scotian ja Newfoundlandin edessä olevalla merialueella. Kuvassa näkyvä laaja akvamariinin värinen läikkä on kooltaan 300 x 200 kilometriä, ja se koostuu suuresta määrästä kasviplanktonia. Kasviplankton muodostaa merien ruokaketjun perustan ja niiden rooli maailmanlaajuisessa ekosysteemissä on hyvin merkittävä.

Leväkukinnassa planktonia muodostuu lyhyessä ajassa hyvin paljon, jolloin levälautat värjäävät meren pintaa ja lauttoja on helppo havaita avaruudesta. Viimeisten vuosikymmenien aikana parantuneet havaintolaitteet ovat mahdollistaneet levälauttojen tutkimisen ja analysoinnin maailmanlaajuisella tasolla, ja Envisatin MERIS on näistä laitteista eräs tehokkaimmista: sen avulla merentutkijat voivat havaita leväkukintojen lisäksi paljon muita merissä tapahtuvia ilmiöitä.

Yleisimmin lämpötilaltaan leudoilla vesialueilla esiintyvä kasviplanktonin kukinta ei ole mikään erikoinen ilmiö. Niiden esiintyminen on kuitenkin muuttumassa, sillä NASAn ja Yhdysvaltain kansallisen meri- ja ilmastolaitoksen NOAA:n tuoreen tutkimuksen mukaan maailmanlaajuisesti kasviplanktonin määtä on vähentymässä, mutta lähellä päiväntasaajaa olevilla avoimilla merialueilla sen määrä on lisääntynyt huomattavasti. Samalla pohjoisten merialueiden kasviplanktonmäärät ovat laskemassa.

Kanadan edustan leväkukinta ei ollut mitenkään erikoisen laaja, vaikka olikin näyttävä. Islannin eteläpuolella on usein suurempiakin levälauttoja, joista eräs suurimmista vuonna 1991 kattoi 1000 x 300 kilometrin alueen. Merien biodiversiteettiä ja merien osuutta ilmastomuutoksessa tutkivan Plymouthin merilaboratorion professori Jim Aiken muistaa erään suurimmista lautoista pohjois-Tyynellämerella vuodenvaihteessa 1998-1999: "Se oli paljon suurempi kuin tämä Kanadan lautta ja pysyi koossa yli kuuden kuukauden ajan."

Erikoinen levälautta

Koon sijaan Kanadan rannikon leväesiintymä on kiinnostava siksi, että se ilmestyi myöhäiskesällä. Normaalisti kasviplanktonin kukinnat tapahtuvat keväällä. Talven aikana vähäinen auringonvalo, tuulet ja matalat lämpötilat hillitsevät planktonin kasvua ja pitävät sen määrän matalalla, mutta kun kevät tulee, alkaa kasviplanktonkin kasvaa. "Aivan kuten kasvit tekevät maan päällä keväällä", vertailee Aiken. "Kun Aurinko alkaa paistaa kirkkaammin, veden lämpötila nousee ja ilmavirrat merten päällä rauhoittuvat, nousee plakton pinnalle ja alkaa lisääntyä hurjasti."

Kun olosuhteet planktonin pintaannousulle ovat otolliset, saattaa sen määrä kasvaa suorastaan räjähdysmäisesti. Afrikan länsirannalla ja Etelä-Amerikassa Perun luona on havaittu muutamia kertoja hyvin voimakkaita leväkukintoja, kun kylmä ravinnerikas merivesi nousee nopeasti meren syvyyksistä ja sekoittuu planktonia sisältävään lämpimään pintaveteen, jolloin kasviplanktonpopulaatio kasvaa erittäin nopeasti. "Kun meren syvyyksistä pulppuaa ravintoa ja Aurinko lämmittää mukavasti, alkaa planktonkasvustolla varsinainen mässäily- ja lisääntymisbakkanaali", kuvailee tohtori Toby Tyrrell Southamptonin merentutkimuskeskuksesta.

Kanadan kukinta ei kuitenkaan liittynyt meriveden nousuun eikä osunut muutenkaan normaaliin kevään ja kesän kukintakuvioon. Myöhäiskesän planktonlautat ovat toistaiseksi osittain tuntematon ilmiö, joiden tutkimuksessa nimenomaan satelliittikuvilla on suuri merkitys.

"Voimme vain arvailla, että vuodenaikojen mukaisessa kiertokulussa pienet yksisoluiset planktonit, diatomit, ilmestyvät ensimmäisenä, " pohtii Aiken ja jatkaa: "ne muodostavat ympärilleen piikuoren, jolloin vedessä olevat silikaatit kuluvat, mutta ne eivät kuluta loppuun muita ravinneaineita, kuten nitraatteja ja fosfaatteja. Toiset kasviplanktonin muodot käyttävät myöhemmin nämä ravinteet."

MERIS-instrumentin ottaman kuvan perusteella voidaan päätellä, että Kanadan levälautan muodostama kasviplankton on lajiltaan Emiliana huxleyi, tuttavallisesti vain Ehux, joka on vain yksi kaikkiaan 5000 erilaistesta kasviplanktonlajista. Kuten oheisesta elektronimikroskooppikuvasta voidaan nähdä, muodostaa jokainen planktonsolu ympärilleen auton pölykapselin kaltaisen rakenteen, joka säilyy meressä vaikka solu itse kuolisikin.

Ne ovat kukin noin viisi mikronia läpimitaltaan ja niiden kuori on noin mikronin paksu. Jos niitä laittaisi viisi jonoon, olisi jono yhtä pitkä kuin normaali ihmisen hius on paksu.

Vaikka ne ovatkin pieniä, muodostavat ne yhdessä varsin suuren joukon. "Merissä olevan kasviplanktonin määrä on todennäköisesti suurempi kuin kaikkien merielävien (eläinplankton, kalat, valaat jne) yhteinen biomassa", arvioi Tyrrell. "Kasviplanktonin tuotanto on eräs planeettamme ilmastoa määräävistä perusasioista."

Perusmurkinaa

Kasviplankton on ruokaketjun buffettipöydän ensimmäisellä tarjottimella. Eläinplankton käyttää kasviplanktonia ravintonaan, ja eläinplankton eri muodoissaan on puolestaan monien kalojen, vesilintujen ja merieläinten ravintoa. Vaikka ruokaketu periaatteessa on hyvin selvä, ei kasviplanktonin leväkukintojen vaikutusta merellisen ravinnon tuotantoon tunneta tarkoin.

Niillä on myös merkittävä osuus maapallon ilmaston ja ekosysteemien säätelyssä. Suuret ehux-kasviplanktronlautat heijastavat Auringon valoa avaruuteen, kun taas monet muut planktontyypit imevät itseensä valoa. Tämä vaikuttaa Maan albedoon, maapallon pitaan osuvan ja sen takaisin heijastaman säteilyn väliseen suhteeseen, mikä puolestaan vaikuttaa maapallon lämpenemiseen. Kasviplankton vapauttaa myös ympäristöönsä rikkiyhdisteitä, joista osa pääsee ilmakehään. Siellä ne synnyttävät pilviä, jotka puolestaan varjostavat valoa.

Koska levässä on myös fotosynteesin mahdollistavaa klorofylliä, muuttavat ne kasvien tapaan epäorgaanisia aineita, kuten vettä, typpeä ja hiiltä, monimutkaisemmiksi orgaanisiksi yhdisteiksi. Itse asiassa kasviplankton poistaa ilmakehästä hiilidioksidia yhtä paljon kuin kiinteällä pinnalla olevat kasvit. Kasviplankton on olennaisessa osassa Maan ilmastoa säätelevässä hiilisyklissä.

Tietyissä olosuhteissa kasviplankton voi tosin toimia myös päinvastoin. Esimerkiksi Beringin meressä olleessa Ehux-kukinnassa vesi muuttui niin sameaksi, etteivät sukeltavat vesilinnut kykeneet näkemään mitään veden alla. Koska Ehux-solut rakentavat kuoriaan kalsiumkarbonaatista, muuttuu veden emäksisyys olennaisesti kukinnan aikana, jolloin meri saattaa jopa alkaa päästämään hiilidioksidia ilmaan sen sijaan, että se poistaisi sitä ilmasta.

MERIS - värikäs mittalaite

ESAn Envisat-ympäristösatelliitissa mukana oleva MERIS-instrumentti on suunniteltu myös kasviplanktonin havaitsemiseen. 15 eri näkyvän valon ja lähi-infrapunavalon taajuudella Maata jopa 300 metrin resoluutiolla havaitsevan laitteen tärkein tehtävä on yleisesti merenpinnan värin mittaaminen niin avovesillä kuin rannikkoalueillakin. Meren pintavärin perusteella voidaan päätellä paljon merien toiminnasta ja tuottavuudesta sekä edelleen merien osuudesta ilmaston muuttumiseen. Instrumentin toissijainen tarkoitus on mitata pilviin, vesihöyryyn ja aerosoleihin liittyviä erilaisia muuttujia ilmakehässä. MERIS tuottaa maailmanlaajuisen mittauskarjan joka kolmas vuorokausi.

Erityisesti yksi havaintoaallonpituus, 681 nanometriä, on kasviplanktonin havaitsemisen kannalta erittäin kiinnostava, koska se paljastaa erinomaisesti klorofyllin luonteenomaisen punertavan fluoresenssin. Sen lähettämä signaali on hyvin heikko, mutta laitteen hyvä spektriresoluutio ja radiometrinen tarkkuus mahdollistamat fluoresenssin viivankorkeusmittaukset - eli MERIS-tietojen perusteella on mahdollista määritellä kasviplanktonin määrä vedessä sekä sen fysiologinen tila. Instrumentin avulla voidaan paljastaa hyvin pieniäkin konsentraatioita, jopa 0,01 mikrogrammaa litrassa. Mikään muu satelliitti ei kykene havaitsemaan näin pieniä leväpitoisuuksia. Määrän lisäksi MERISin avulla voidaan jopa erotella toisistaan eri kasviplanktonin lajit, mistä tutkijat ovat hyvin iloissaan.

"Satelliittikuvat ovat erittäin hyödyllisiä, kun pyrimme ymmärtämään merissä tapahtuvia erilaisia prosesseja. Ne auttavat meitä paikantamaan ja määrittelemään leväkukintoja hyvin tarkasti", toteaa Tyrrell. "Emme tienneet oikeastaan mitään niiden laajemmasta esiintymisestä ennen kuin satelliitit tulivat avuksemme."

MERIS-instrumentti ja muut vastaavat satelliiteissa olevat havaitolaitteet auttavat siten tutkimaan paremmin leväkukintoja ja saavat myös niiden tutkimuksen puhkeamaan kukkimaan.