Роботы помогают лучше понять цветение фитопланктона

Фитопланктонные цветения — один из важнейших факторов, влияющих на эффективность углеродного насоса в северной части Атлантического океана. Для лучшего понимания этого явления проект ERC remOcean под руководством исследователей из Лаборатории океанографии Вильфранша (CNRS/UPMC) разработал новый класс роботов: биогеохимические профилирующие поплавки. Это первые роботы, способные собирать данные в океане круглый год. Используя эти уникальные данные, ученые определили точку отсчета для взрывного весеннего цветения фитопланктона. Их результаты представлены в двух статьях, опубликованных в журналах Nature Geoscience и Nature Communications.

Северная часть Атлантического океана к северу от 50-й параллели — один из самых эффективных поглотителей углерода в мире. Хотя на нее приходится менее 1,5% от общей площади мирового океана, она улавливает около 20% CO₂, секвестрируемого океанами. Эффективному захвату CO₂ из атмосферы способствуют очень холодные поверхностные воды и относительно экстремальные погодные условия зимой. В то же время цветения фитопланктона — растительных микроорганизмов, преобразующих неорганический углерод в океане в органический посредством фотосинтеза — также вносят вклад в захват CO₂ и его потенциальный экспорт в глубины океана.

Чтобы лучше понять условия, способствующие цветению, исследователи с 2012–2013 годов развернули роботов — биогеохимические профилирующие поплавки. Эти роботы, работающие между поверхностью и глубиной 2000 метров, позволили впервые зарегистрировать данные за полный годовой цикл, включая не только глубину, температуру и соленость воды, но и интенсивность света, плотность взвешенных частиц, а также концентрацию хлорофилла (индикатор наличия фитопланктона) и кислорода.

Используя собранные данные, ученые смогли точно определить, когда и как запускается цветение фитопланктона в Северной Атлантике. Исследование, публикуемое в Nature Communications, подтверждает гипотезу о том, что взрывной рост биомассы фитопланктона весной происходит после фазы «зимнего томления» — периода пониженной активности.

В другой работе, опубликованной в Nature Geoscience, исследователи показывают, что (слабые) цветения фитопланктона могут происходить и зимой при определенных условиях. В очень бурных водах фитопланктон не может расти из-за нехватки света в это время года. Однако в периоды относительного затишья ослабленное перемешивание вод позволяет фитопланктону получать больше света, способствуя цветению диатомовых водорослей. Эти локальные цветения, длящиеся несколько дней, могут быть отправной точкой для взрывных весенних цветений несколькими месяцами позже.

Проект ERC remOcean продемонстрировал важность роботов для понимания океана и помог запустить международную программу роботизированного мониторинга океанической биогеохимии Biogeochemical-Argo, начавшуюся в 2016 году. Ее среднесрочная цель — эксплуатация 1000 профилирующих поплавков для непрерывного наблюдения за морской жизнью и ее чувствительностью к климатическим изменениям.