1992年1月，在可能是一场猛烈的风暴中，一个装有28,000多个橡皮鸭和其他洗澡玩具的货箱从一艘从中国驶往西雅图的船上倾覆 overboard。这些如今被称为Friendly Floaties（友善的漂浮物）的橡皮玩具随波逐流，它们被冲到夏威夷、澳大利亚甚至日本等地，揭示了肉眼看不见的全球洋流网络，在海洋科学领域引起了巨大的反响。
但机缘巧合绝非了解海洋的唯一途径。想象一下，如果这些橡皮鸭装满了传感器，并且能够将它们在海洋中漂浮时收集到的信息传递给一个全球数据库，那该是多么令人兴奋的可能性。现在，这种可能性以Argo浮标的形式成为现实：它是一系列自由漂移的水下机器人，可以测量pH、盐度、温度等。
现在，一项发表在《自然-地球科学》上的新研究表明，它们还可以测量生产力，即海洋植物——藻类和浮游生物——的产氧量。“在量化测量浮游生物的活动方面，我们之前确实一直在‘盲目飞行’，”蒙特利湾水族馆研究所（Monterey Bay Aquarium Research Institute）的资深科学家、该论文的作者之一Ken Johnson表示。“那是食物网的基础。植物喂养磷虾，磷虾喂养鱼类，鱼类喂养鲸鱼。我们现在可以测量这个了。”
测量生产力及其在变暖世界中如何变化的能力，不仅能让科学家了解海洋健康状况，还能影响渔业的运作以及那些依赖海洋为生的人们的生计。
历史上，科学家主要通过两种方式来测量生产力。第一种是利用海洋颜色卫星，它们测量水中的叶绿素含量。然后，研究人员可以使用数学模型来估算相应的浮游植物数量。但Johnson说，卫星数据实际上无法真正测量生产力逐年的变化。另一种方式是进行密集的实地考察。这意味着研究人员需要登上船只，出海，收集水样，加入放射性标记的碳，等待浮游生物吸收，然后过滤掉浮游生物，计算有多少标记碳存在于浮游生物中。
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“（这些机器人）的魅力在于，它不需要有人上船出海，这非常昂贵且难以维持，而且没有人愿意一年365天都在那里，”Johnson说。“你负担不起。”
Argo浮标是如何工作的？
第一个Argo浮标于1999年投入使用，但从那时起，不断添加了新的传感器，并更新了设计。
一个基本的Argo浮标看起来像你在化学实验室里可能看到的煤气罐。它高约四英尺多，直径八英寸，里面装满了电池。浮标顶部有传感器和一个卫星天线。主体内部有一个浮力引擎，它由一个小气囊组成，可以充入约一杯的油，从而调整浮标的密度。
通常，在一个完整的周期中，浮标会下潜到1公里（约3,280英尺）的深度，停留几天，然后下潜到2公里。 （它们停留在1公里是因为那里的洋流速度较慢，这样可以最大限度地减少它们扩散的速度。）到达该深度后，浮标会启动所有传感器并缓慢上升到水面。它们会存储收集到的所有数据，一旦突破海浪，GPS信号就会激活，它就能通过铱卫星网络“打电话回家”。所有收集到的数据将在24小时内可用。
Argo浮标在每个周期后都会浮出水面，一个周期大约需要10天完成。它们的电池电量足以完成250个周期。有些Argo浮标被设定在每天的同一时间浮出水面，而有些则可以提供更随机、每小时一次的海洋样本。
这项研究中使用的Argo浮标的子集被称为生物地球化学Argo浮标（BGC-Argo），它们可以配备额外的传感器来测量硝酸盐、氧气、叶绿素和光。这些传感器可以传递水中浮游生物的浓度、它们的生长和呼吸速率、产生的氧气量以及吸收的二氧化碳量等信息。此前，它们在帮助科学家调查藻类爆发方面已被证明很有用。
一个浮标的平均寿命约为4年。它们并非不会遇到意外，也绝非坚不可摧。“它们会消失，”Johnson说。“有时我们会看到一个浮标的最后一次剖面数据，它们碰巧沉在海山顶上，然后被困在海底，一年后，它们会脱困并浮出水面。”
对于这项研究，由于可用的活跃浮标数量很少，Johnson的团队不得不合并10年的数据来获得足够的观测次数，以测量海洋的年生产力。他认为，通过增加浮标数量，他们将能够更快地获得更准确的数据。
Johnson及其同事的目标是建立并维持一个由1,000个活跃的Argo浮标组成的全球网络，每个浮标都能收集关于海洋的信息。去年秋天，美国国家科学基金会（NSF）批准了一笔5300万美元的拨款，用于建造和部署500个Argo浮标，这将是该国际阵列的美国部分。
Argo浮标网络可以作为一个整体海洋观测站，实时向科学家们传达海洋变化信息，这是基于模型的预测所难以企及的。有了完整的Argo浮标阵列，科学家们希望能获得足够的数据，以应对他们正在观察到的海洋生产力方面可能出现的危险趋势，从而及时警告和准备渔业和沿海社区。“我们有有用的数值模型，”Johnson说，“但它们存在严重的局限性，而且有些是我们没有预料到的事情。”
