A caça aos mares leitosos a partir do céu

Um instrumento incorporado a satélites lançado pela primeira vez ao espaço em 2011 está revolucionando a procura por esses raros fenômenos de bioluminescência marinha

A imagem mais marcante do evento de mares leitosos colhida até hoje por satélite, em 4 de agosto de 2019, ao sul de Java. Crédito: Nasa Earth Observatory/Joshua Stevens, com dados da banda diurna-noturna Viirs do Suomi National Polar-orbiting Partnership, dados do Modis da Ocean Color Web da Nasa e dados de cortesia de Miller, SD, et al. (2021)

O cientista americano Steve Miller vem perseguindo há décadas os “mares leitosos”, uma forma rara de bioluminescência marinha. Como mostra o site Earth Observatory, da Nasa, a chegada de novos instrumentos de detecção de luz noturna em satélites foi uma revolução em sua caçada. Com eles, Miller pôde detectar vários desses eventos. Os novos instrumentos também deram aos cientistas uma chance melhor de coletar dados sobre eventos futuros.

Os mares leitosos são uma forma incomum de bioluminescência descrita por marinheiros como parecida com um campo de neve espalhado pelo oceano. O brilho branco constante pode se estender por grandes distâncias e não é perturbado por esteiras de navios. Os marinheiros encontram esse fenômeno esporadicamente desde pelo menos 1600, e Júlio Verne lançou uma referência a ele em seu romance Vinte Mil Léguas Submarinas.

“Uma coisa legal sobre os mares leitosos é que eles são bem esquivos, geralmente em alto-mar e longe das principais rotas de navegação”, observou Miller. “Como resultado, eles permaneceram principalmente como parte do folclore marítimo.”

Possibilidade de detecção

Embora tenha havido apenas uma amostra direta do fenômeno, os cientistas acreditam que ocorre quando populações de bactérias luminosas (produtoras de luz), como Vibrio harveyi, irrompem em conexão com colônias de certas algas e fitoplâncton. Diferentemente da bioluminescência típica (em que o fitoplâncton emite luz quando é estimulado, piscando brevemente como vaga-lumes), as bactérias nos mares leitosos podem permanecer acesas por dias a semanas. No entanto, muito pouco se sabe sobre as condições em que elas prosperam.

No início de 2000, enquanto trabalhava para o Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA, Miller e colegas começaram a discutir os sinais de luz únicos que eles poderiam detectar com o Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (Viirs) que estava sendo desenvolvido para a próxima geração de satélites da Nasa e da Administração Nacional Oceânica e Atmosférica dos Estados Unidos (Noaa). Em particular, eles estavam pensando se o Viirs conseguiria detectar qualquer fenômeno anteriormente indetectável do espaço, como a bioluminescência no oceano.

Novo recurso

Miller então teve acesso ao relato de um capitão de navio sobre um estranho caso de mares brilhantes na costa da Somália em 1995. A história do SS Lima levou Miller a examinar dados noturnos do Sistema Operacional de Varredura de Linha do Programa de Satélites Meteorológicos de Defesa dos EUA. O sinal estava fraco e os dados eram muito barulhentos, mas ele descobriu que o que o capitão do Lima relatou da superfície do mar era na verdade visível do espaço. Miller e colegas publicaram essas descobertas em 2005 e então esperaram pacientemente pelo lançamento em 2011 do satélite Suomi NPP, o primeiro a transportar o novo instrumento Viirs.

O Viirs foi desenvolvido com uma “banda dia-noite” (DNB), um sensor especial projetado para detectar luz em uma faixa de comprimentos de onda do verde ao próximo ao infravermelho. O DNB é sensível a níveis de luz até 10 milhões de vezes mais fracos do que a luz do dia, permitindo aos cientistas distinguir sinais como o brilho do ar, auroras, luzes de cidades e reflexo do luar.

Mapa com locais de ocorrência de mares leitosos descritos por observações e por satélite
Desafios

Em 2007, ao ingressar no Instituto Cooperativo de Pesquisa na Atmosfera da Universidade Estadual do Colorado, Miller continuou a formar uma equipe para calibrar e explorar os novos recursos do DNB. Ele acreditava que o sensor poderia ajudá-lo a encontrar os indescritíveis mares leitosos.

Em uma linha de pesquisa, Miller baseou-se em uma lista estabelecida de avistamentos de mar leitoso compilada pelo biólogo marinho Peter Herring. Miller compilou mais de 200 menções de mares brilhantes encontrados em documentos históricos e relatórios de navios. Ele encontrou um relatório improvável do capitão do CSS Alabama em 1864, na costa da Somália, que tinha uma semelhança incrível com o evento de 1995 do Lima. Mapeando esses relatórios dos últimos dois séculos, Miller e colegas descobriram que a maioria veio do noroeste do Oceano Índico e do Mar da Arábia, bem como das águas perto da Indonésia e do chamado Continente Marítimo (a região entre os oceanos Índico e Pacífico, incluindo os arquipélagos da Indonésia, Bornéu, Nova Guiné, Ilhas Filipinas, Península Malaia e os mares vizinhos).

Em outra linha, Miller enfrentou muitos desafios para determinar se o sinal fraco e efêmero de mares leitosos poderia ser detectado pelo Viirs. A banda dia-noite é sensível o suficiente para detectar muitas formas de luz noturna no oceano e sobre ele (incluindo luzes de barcos e sinalizadores de gás de plataformas de perfuração) e até mesmo no céu (incluindo luminescência e ondas de gravidade atmosférica). Nuvens e neve também refletem a luz à noite, turvando os sinais do DNB. Depois, há a Lua: durante metade de cada mês, a luz lunar é o sinal dominante refletido na superfície do oceano, tornando difícil ver muito mais.

Sinais invisíveis durante o dia

Todos esses sinais tendem a ser mais brilhantes e onipresentes do que os mares leitosos. Então, todos eles tiveram de ser descartados antes que Miller pudesse dizer se a luz estava vindo do próprio oceano. Ele também observou que a resposta do DNB às emissões de luz é um pouco “deslocada para o vermelho” das emissões de luz azul/verde presumidas da maioria das formas de bioluminescência marinha.

Em uma pesquisa publicada em julho de 2021, Miller e oito colegas demonstraram que o Viirs poderia de fato detectar a luminescência fantasmagórica. Revisando os dados do instrumento de 2012-2021, eles encontraram 12 ocorrências de mares leitosos no Oceano Índico e no extremo oeste do Pacífico. Os sinais de cada evento eram invisíveis durante o dia – e, portanto, não atribuíveis a alguma outra substância reflexiva no oceano – e persistentes por várias noites consecutivas, à deriva com as correntes da superfície.

O maior evento é mostrado no topo desta página. O instrumento Viirs no satélite Suomi NPP, da Noaa/Nasa, adquiriu essa imagem de Java e dos mares vizinhos em 4 de agosto de 2019. Em sua maior extensão, o evento do mar leitoso mediu 100 mil quilômetros quadrados, aproximadamente o tamanho da Islândia. Começou no final de julho e ainda era visível no início de setembro, abrangendo dois ciclos lunares. As imagens abaixo mostram o mesmo evento ao lado de medições de clorofila feitas pelo satélite Aqua da Nasa.

Imagens de 4 de agosto de 2019 indicam a presença de altas concentrações de clorofila adjacentes aos mares leitosos. Crédito: Nasa Earth Observatory/Joshua Stevens, com dados da banda diurna-noturna Viirs do Suomi National Polar-orbiting Partnership, dados do Modis da Ocean Color Web da Nasa e dados de cortesia de Miller, SD, et al. (2021)
Expectativa

As concentrações mais altas de clorofila (o pigmento captador de luz verde no fitoplâncton) são adjacentes – mas não correspondem – às áreas mais brilhantes do mar leitoso. Miller e seus colegas sugerem que, enquanto as algas aproveitam a luz do sol e os nutrientes para produzir comida, as bactérias luminosas podem consumir algas mortas ou estressadas nas franjas da floração. Elas também podem usar sua luz para atrair peixes, já que a bactéria também pode viver nas vísceras dos peixes. Pode até haver uma relação simbiótica entre a bactéria e as algas ainda a ser descoberta.

Até o momento, o único estudo in situ dos mares leitosos ocorreu em 1985 – um encontro casual de um navio de pesquisa científica perto de Socotra, no Mar da Arábia. Miller gostaria de mudar isso. Uma vez que os satélites Suomi NPP e Noaa-20 estão equipados com as bandas diurnas e noturnas Viirs e fazem observações diárias, é possível que os cientistas possam detectar um evento de mar leitoso do espaço e então enviar um navio de pesquisa para colher amostras das águas.

“Os relatórios ao longo dos anos têm sido mais ou menos consistentes, mas permanece uma grande incerteza em termos de quais circunstâncias conspiram para formar um [evento de mar leitoso], bem como a composição exata, ecologia relevante e estrutura,” disse Miller. “E onde eles se encaixam na natureza? O que eles podem nos dizer sobre a vida no oceano? As bactérias são uma forma de vida muito simples e acredita-se que a bioluminescência tenha sido uma função essencial de algumas das primeiras formas de vida. O que os mares leitosos podem nos ensinar sobre a busca por outras formas semelhantes de vida básica no universo?”

“Ainda existe muito a aprender”, acrescentou. “Esperamos que a banda diurna e noturna ajude a nos guiar em direção a esse conhecimento.”

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