Исследователи провели первый полевой эксперимент по изучению воздействия окисления океана на коралловые рифы

За последние 150 лет человечество выбросило в атмосферу Земли сотни миллиардов тонн углекислого газа. Около четверти этого углерода поглотили океаны, что привело к их закислению. Окисление океана особенно опасно для кораллов и других организмов, строящих скелеты из карбоната кальция. Хотя многие эксперименты изучали этот эффект в лабораториях, лишь немногие проводились в естественной среде. Недавняя статья в журнале Scientific Reports издательства Nature описывает первый контролируемый полевой эксперимент по тестированию воздействия закисления на коралловые рифы. Это результат совместных усилий нескольких институтов, включая инженеров MBARI (Исследовательского института аквариума Монтерей-Бей), основанных на пионерских работах этого института.

С 2003 года исследователи MBARI под руководством Питера Брюэра разрабатывали полевые эксперименты, позволяющие создавать небольшие, точно контролируемые изменения кислотности (pH) морской воды в испытательных камерах в открытом океане. Эти эксперименты по обогащению углекислым газом в свободном океане (FOCE) были смоделированы по аналогии с подобными экспериментами на суше (FACE). Между 2005 и 2011 годами команда Брюэра создала и развернула свою первую рабочую систему FOCE на глубине около 900 метров в заливе Монтерей. Узнав о проекте, другие учёные осознали, что системы мониторинга и контроля MBARI применимы и в других морских средах. Это привело к рождению кораллового прототипа — cpFOCE.

Исследователи из Университета Квинсленда модифицировали систему MBARI FOCE для сложных условий коралловых рифов: высокой температуры, сильных течений, ультрафиолетового излучения и волновой энергии. Целью было испытать воздействие окисления океана на организмы рифа в максимально естественных условиях. После получения финансирования от Австралийского исследовательского совета команда, включая инженеров MBARI, столкнулась с рядом задач, таких как обеспечение энергией компьютерных систем, что было решено за счёт использования солнечных панелей и ветрогенератора.

К декабрю 2009 года испытательная система cpFOCE была готова. Она состояла из трёх прозрачных пластиковых каналов длиной около метра каждый. В один из них подавалась морская вода, обогащённая CO₂, с уровнем pH на 0,06 единицы ниже окружающей воды. Во втором канале pH был ниже на 0,22 единицы, а третий служил контролем с обычной морской водой. Система управлялась водонепроницаемым компьютером на плавучем плоту. Хотя cpFOCE работал около года, статья в Scientific Reports описывает результаты трёхдневного теста в декабре 2009-го.

Эксперимент показал, что уровень pH в среде кораллового рифа сильно меняется от часа к часу, колеблясь от 7,8 до 8,4 в зависимости от приливов и цикла дня и ночи. Задача состояла в том, чтобы точно повторить эти циклы в каналах, но с небольшими постоянными сдвигами pH. Трёхдневный тест доказал, что cpFOCE способен достичь этой цели, за исключением периодов особенно сильных приливных течений. Как отметил Дэвид Клайн, ныне работающий в Океанографическом институте Скриппса, «cpFOCE — это важная новая экспериментальная система для изучения in situ воздействия окисления океана на экосистемы коралловых рифов».

По словам ведущего инженера проекта FOCE Билла Кирквуда, система cpFOCE стала первой итерацией концепции «xFOCE» — создания универсальной системы для тестирования эффектов закисления океана в различных условиях с использованием открытого программного и аппаратного обеспечения. После завершения cpFOCE Кирквуд помогал планировать и устанавливать другие системы xFOCE у берегов Калифорнии, Франции, Англии и даже Антарктиды, стремясь создать сообщество пользователей для взаимной поддержки и распространения технологий.