Новый метод позволяет измерять закисление океана с помощью фонового шума ветра

С начала промышленной революции океан стал примерно на 30% кислее из-за поглощения дополнительного антропогенного углекислого газа. Закисление океана имеет широкомасштабные последствия, включая гибель коралловых рифов и сокращение популяций моллюсков. Существующие методы измерения кислотности точечные и трудоемкие, что затрудняет крупномасштабный долгосрочный мониторинг.

Однако группа акустических океанографов, тестировавших прибор Deep Sound, возможно, случайно обнаружила новый способ измерения закисления океана, усредненного по глубине около 10 км. Исследование, опубликованное в Journal of Geophysical Research: Oceans, описывает метод оценки pH на основе пассивных акустических данных, собранных в Филиппинском море, желобах Марианском и Тонга с помощью автономных свободно падающих акустических профилографов. Данные собирались периодически в течение более десяти лет в частотном диапазоне 1–10 кГц, где шум в основном создается ветром на поверхности океана.

Ученые поняли, что изменение звука по мере погружения прибора можно использовать для измерения закисления, так как затухание звука также зависит от химического состава воды. Поглощение звука происходит за счет процесса химической релаксации, при котором равновесие реакций ионной диссоциации модулируется переменным давлением от проходящей акустической волны. Лабораторные исследования показали, что основными компонентами, поглощающими звук, являются борная кислота, карбонат магния (ниже 3 кГц) и сульфат магния (выше 3 кГц).

Исследователи разработали модели, связывающие зависимость изменения фонового шума от глубины с pH, и получили оценки в диапазоне от 7.74 до 8.18. По их словам, эта техника может использоваться для долгосрочного пассивного акустического мониторинга кислотности океана, в отличие от текущих методов, основанных на пассивной оптической абсорбционной спектроскопии или активных акустических передачах.

Метод имеет ограничения: разные модели поглощения давали разные оценки pH, что указывает на неопределенность в уравнениях состояния для акустики морской воды. Кроме того, на качество данных влияет изменчивость поверхностного ветра и другие источники шума, а профили pH, хотя и усреднены по глубине, не обладают высоким разрешением. Авторы исследования оптимистичны и считают, что точность можно улучшить, используя донную станцию или более медленный носитель для записи данных на каждой глубине, а также методы когерентной обработки для снижения неопределенности. После валидации точности этот метод может стать ценным инструментом для создания долгосрочных рядов данных по кислотности океана.