Ученые создали новый атлас вод океана, испытывающих кислородный голод

Теперь ученые Массачусетского технологического института создали наиболее подробный трехмерный «атлас» крупнейших ODZ в мире. В новом атласе представлены карты с высоким разрешением двух крупных кислородно-голодных водоемов тропической части Тихого океана. Эти карты показывают объем, протяженность и различную глубину каждой ODZ, а также мелкомасштабные особенности, такие как ленты насыщенной кислородом воды, которые проникают в иначе истощенные зоны.

Интенсивность зоны дефицита кислорода в восточной части Тихого океана, где медный цвет обозначает места с постоянно самыми низкими концентрациями кислорода, а темно-бирюзовый цвет обозначает регионы без достаточно низкого растворенного кислорода. Кредиты: Ярек Квечински и Эндрю Баббин

Команда использовала новый метод для обработки данных об океане за более чем 40 лет, включая почти 15 миллионов измерений, выполненных многими исследовательскими рейсами и автономными роботами, развернутыми в тропической части Тихого океана. Затем исследователи проанализировали эти обширные и детализированные данные для создания карт зон дефицита кислорода на различных глубинах, похожих на множество срезов трехмерного сканирования.

По этим картам исследователи оценили общий объем двух основных ODZ в тропической части Тихого океана более точно, чем предыдущие попытки. Первая зона, которая простирается от побережья Южной Америки, имеет размер около 600 000 кубических километров — примерно такой объем воды, который может заполнить 240 миллиардов бассейнов олимпийского размера. Вторая зона, у побережья Центральной Америки, примерно в три раза больше.

Атлас служит справочной информацией о том, где сегодня находятся ODZ. Команда надеется, что ученые смогут дополнить этот атлас постоянными измерениями, чтобы лучше отслеживать изменения в этих зонах и предсказывать, как они могут измениться по мере потепления климата.

«В целом ожидается, что океаны будут терять кислород по мере потепления климата. Но ситуация более сложная в тропиках, где есть большие зоны дефицита кислорода », — говорит Ярек Квечински 21, который разработал атлас вместе с Эндрю Бэббином, профессором развития карьеры Сесила и Иды Грин в Департаменте Земли, атмосферы и атмосферы Массачусетского технологического института. Планетарные науки. «Важно создать подробную карту этих зон, чтобы у нас была точка сравнения для будущих изменений».

Исследование команды опубликовано сегодня в журнале. Глобальные биогеохимические циклы.

Проветривание артефактов

Кислородно-дефицитные зоны — это большие устойчивые области океана, которые возникают естественным образом в результате того, что морские микробы поглощают тонущий фитопланктон вместе со всем доступным кислородом в окружающей среде. Эти зоны находятся в регионах, где не проходят океанические течения, которые обычно пополняют регионы насыщенной кислородом водой. В результате ODZ являются местоположениями относительно постоянных, обедненных кислородом вод и могут существовать на глубинах среднего океана примерно от 35 до 1000 метров от поверхности. С некоторой точки зрения, глубина океанов в среднем составляет около 4000 метров.

За последние 40 лет исследовательские круизы исследовали эти регионы, опуская бутылки на разную глубину и поднимая морскую воду, которую ученые затем измеряют на содержание кислорода.

«Но есть много артефактов, возникающих при измерении в бутылке, когда вы пытаетесь измерить действительно нулевой кислород», — говорит Бэббин. «Весь пластик, который мы размещаем на глубине, наполнен кислородом, который может вымываться в образец. Когда все сказано и сделано, этот искусственный кислород преувеличивает истинную ценность океана ».

Вместо того, чтобы полагаться на измерения образцов бутылок, команда изучила данные датчиков, прикрепленных к внешней стороне бутылок или интегрированных с роботизированными платформами, которые могут изменять свою плавучесть для измерения воды на разных глубинах. Эти датчики измеряют различные сигналы, включая изменения электрических токов или интенсивности света, излучаемого светочувствительным красителем, для оценки количества растворенного в воде кислорода. В отличие от проб морской воды, представляющих одну дискретную глубину, датчики непрерывно записывают сигналы по мере их спуска через толщу воды.

Ученые пытались использовать эти данные датчиков для оценки истинного значения концентраций кислорода в ODZ, но обнаружили, что точное преобразование этих сигналов невероятно сложно, особенно при концентрациях, приближающихся к нулю.

«Мы использовали совершенно другой подход, используя измерения не для оценки их истинного значения, а для определения того, как это значение изменяется в толще воды», — говорит Квечински. «Таким образом, мы можем идентифицировать бескислородную воду, независимо от того, что говорит конкретный датчик».

Дно

Команда пришла к выводу, что, если датчики показывают постоянное, неизменное значение кислорода в непрерывном вертикальном разрезе океана, независимо от истинного значения, то это, вероятно, будет признаком того, что уровень кислорода достиг дна, и что эта часть является частью кислородно-дефицитной зоны.

Исследователи собрали вместе около 15 миллионов измерений датчиков, собранных за 40 лет в различных исследовательских экспедициях и с помощью роботизированных поплавков, и нанесли на карту области, где содержание кислорода не меняется с глубиной.

«Теперь мы можем увидеть, как распределение бескислородной воды в Тихом океане изменяется в трех измерениях», — говорит Бэббин.

Команда нанесла на карту границы, объем и форму двух основных ODZ в тропической части Тихого океана, одну в Северном полушарии, а другую в Южном полушарии. Они также смогли увидеть мелкие детали в каждой зоне. Например, обедненные кислородом воды «гуще» или более концентрированы к середине и кажутся редкими к краям каждой зоны.

«Мы также могли видеть бреши, где, похоже, большие куски были взяты из бескислородных вод на небольшой глубине», — говорит Бэббин. «Есть некий механизм, доставляющий кислород в эту область, делая ее более насыщенной кислородом по сравнению с водой вокруг нее».

Такие наблюдения за зонами дефицита кислорода в тропической части Тихого океана более подробны, чем то, что было измерено до сих пор.

«Как формируются границы этих ОДЗ и насколько далеко они простираются, ранее не могло быть решено», — говорит Баббин. «Теперь у нас есть лучшее представление о том, как эти две зоны сравниваются с точки зрения площади и глубины».

«Это дает вам представление о том, что может происходить», — говорит Квечински. «С этим сборником данных можно сделать гораздо больше, чтобы понять, как контролируется поступление кислорода в океан».