Химические сенсоры, созданные в MBARI, обеспечат беспрецедентный обзор Южного океана

Исследователи океана находятся на пороге получения новых данных об изменяющемся Южном океане с помощью сенсоров, разработанных командой из Института исследований залива Монтерей (MBARI). Эти датчики будут использованы в программе Southern Ocean Carbon and Climate Observations and Modeling (SOCCOM), которая только что получила грант в размере 21 миллиона долларов от Национального научного фонда США. Шестилетняя программа SOCCOM, объединяющая 11 институтов, стартовала в этом месяце и направлена на углубление научного и общественного понимания роли Южного океана в изменении климата и биогеохимии.

Старший научный сотрудник MBARI Кеннет Джонсон и его команда разработали химические сенсоры для проекта. Его группа создала одни из первых надежных датчиков, способных измерять концентрацию нитратов и pH в океане. В рамках SOCCOM эти сенсоры будут установлены на свободно дрейфующие профилирующие поплавки, способные автономно работать около пяти лет, собирая данные в толще верхнего океана.

Эти батарейные поплавки автоматически погружаются на глубину 1000–2000 метров, а каждые 5–10 дней всплывают к поверхности, собирая по пути химические измерения. На поверхности поплавок определяет свои координаты с помощью GPS и передает данные через спутник на береговой сервер.

Джонсон ранее участвовал в создании сети Argo — глобального массива из более чем 3000 автономных поплавков, измеряющих температуру и соленость. В 2007 году он впервые добавил нитратные сенсоры на поплавки Argo у Гавайев. Теперь его инструменты работают «повсюду — от Гренландского моря и Северной Атлантики до Индийского океана, Бенгальского залива, Аравийского моря и Южной части Тихого океана». В 2013 году 12 поплавков Argo с датчиками pH, нитратов и кислорода были размещены в Южном океане. В рамках SOCCOM планируется развернуть около 200 таких поплавков в течение шести лет.

Эти данные обеспечат беспрецедентный обзор ежегодных химических изменений в Южном океане, который поглощает половину антропогенного CO₂ и более 60% тепла, принимаемого океаном. Исследования также показывают, что экосистемы мирового океана в значительной степени зависят от питательных веществ, поступающих из-за апвеллинга в Южном океане. Ученым все еще мало известно о годовой изменчивости его фундаментальных химических свойств, которые дают понимание биологических процессов, таких как рост водорослей и фотосинтез. «По сути, мы измеряем метаболизм океана», — сказал Джонсон.

Собранные данные также улучшат научное понимание океана и прогнозы климата и биогеохимии Земли. Моделирующая группа под руководством профессора Университета Аризоны Джоэллен Рассел будет использовать данные поплавков для анализа и улучшения высокоразрешающих моделей системы Земли. Эти исследования помогут лучше понять внутренние процессы Южного океана и его влияние на климат и биосферу планеты.

Быстрые изменения в Южном океане, вероятно, окажут значительное влияние на его обитателей. Рост концентрации CO₂ вызывает снижение уровня pH, повышая кислотность океана. Ученые прогнозируют, что из-за окисления океана к 2030 году большая часть Южного океана может стать недонасыщенной арагонитом — строительным материалом для раковин моллюсков. Это может серьезно повлиять на популяции улиток и двустворчатых моллюсков, а в более широком масштабе — на антарктические экосистемы. Климатические модели, использующие данные поплавков, позволят понять, как морские экосистемы отреагируют на потепление океана.

Данные с поплавков SOCCOM будут публиковаться онлайн в течение четырех часов после передачи. «Поскольку мы создаем глобальную сеть датчиков, мы хотели сделать данные общедоступными», — отметил Джонсон. Цель SOCCOM по пониманию изменений океана соответствует миссии MBARI — разрабатывать инструменты локально для глобального применения.