29.12.2021
Василий Парфенов
5 523

В MIT создали самую детальную карту «мертвых зон» Тихого океана — мест, где кислорода почти нет

3.6

После того как на Земле появились фотосинтезирующие организмы, большая часть жизни перешла к дыханию кислородом. Морские обитатели не исключение, но концентрации живительного газа, который растворен в водах Мирового океана, сильно различаются в зависимости от места и глубины. В некоторых областях его практически нет по разным причинам, в том числе из-за деятельности человека. Причем такие мертвые зоны склонны только расти. Чтобы отслеживать их изменения, американские океанологи создали первую детализированную карту подобных областей.

В MIT создали самую детальную карту «мертвых зон» Тихого океана — мест, где кислорода почти нет
Бутыли Нансена (или Нишкина — по имени инженера, усовершенствовавшего конструкцию), закрепленные на розетке, которая будет плавно спускаться сквозь толщу океана. На целевых глубинах емкости откроются по одной и наполнятся водой, а также зарегистрируют давление и температуру в месте забора образца / ©Mary Lide Parker, MIT

Поскольку работу проводили американские ученые, для начала они выбрали мертвые зоны, по которым в их распоряжении было больше всего данных. Чтобы создать трехмерную карту областей с дефицитом кислорода (oxygen-deficient zones, ODZ), потребовалось разработать и обучить специальное программное обеспечение, в том числе пресловутые нейросети. Результатом стала максимально подробная на сегодня визуализация двух ODZ в тропическом регионе Тихого океана — по одной к северу и к югу от экватора.

Для выполнения картографирования понадобились данные более чем 15 миллионов измерений, сделанных на протяжении последних четырех десятилетий. Их выполнили как экспедиции исследовательских судов, так и автономные роботизированные зонды, запущенные по всему региону. Кроме того, как выяснили сотрудники Массачусетского технологического института (MIT), существующие методики замеров не отвечают необходимому уровню точности. Материалы бутылок для забора образцов и конструкций, окружающих внешние датчики, могут загрязнять воду связанным с ними кислородом.

В итоге ученые придумали альтернативный метод. Они брали в качестве итоговых значений измерений не показания конкретных датчиков, а изменения этих показаний на протяжении всего погружения в процессе исследования воды. Сравнивая данные, полученные за некий промежуток времени, с дискретными значениями, удалось внести необходимые поправки. Получилось едва ли не на порядок точнее, чем раньше было возможно, да и разрешение итоговой карты существенно выросло. Иными словами, в распоряжении исследователей оказалась визуализация беспрецедентной точности.

Из нее следует, что объем воды меньшей из картографированных ODZ, протягивающейся от побережья Южной Америки на запад, составляет 600 миллионов кубических километров. А та, что расположена севернее экватора и простирается на сотни километров от Центральной Америки, — без малого втрое больше. Причем ближе к центру этих зон мощность пласта лишенной кислорода воды достигает максимума, подходя совсем близко к поверхности и уходя вглубь почти на километр. А к внешним своим границам ODZ истончаются. Кроме того, по краям и на малых глубинах ODZ буквально прорезаются потоками богатой кислородом воды. Механизмы этого явления пока не ясны.

Рассказ о созданной специалистами MIT трехмерной карте и о том, какие трудности в процессе ее подготовки встретились на пути исследователей, размещен на сайте института. А научная работа со всеми техническими подробностями, методикой и собственно визуализацией опубликована в журнале Global Biogeochemical Cycles.

В MIT создали самую детальную карту «мертвых зон» Тихого океана — мест, где кислорода почти нет
Двухмерная карта двух крупнейших в Тихом океане зон дефицита кислорода, построенная специалистами из MIT / ©Jarek Kwiecinski, Andrew Babbin, MIT

Исчезающий из воды кислород

Работа исследователей из MIT крайне важна для подробного мониторинга «здоровья» Мирового океана — как минимум чтобы иметь возможность в дальнейшем точно отслеживать изменения размеров и формы областей с дефицитом кислорода. Ведь они напрямую влияют на биоразнообразие морской среды. А это, в свою очередь, оказывает сильнейший эффект как на экологическую обстановку на Земле в целом, так и на возможности человечества по использованию ресурсов океана.

В норме морская вода содержит четыре-шесть миллиграммов кислорода на литр объема. Больше всего живительного газа у поверхности, куда он попадает из атмосферы, получающей его от фотосинтезирующих растений и планктона. Течениями вода перемешивается, и получается, что концентрация кислорода примерно одинакова вплоть до глубины в 200 метров. Дальше почти на километр вниз простирается сумеречная зона, где обитают аэробные бактерии, питающиеся спускающейся сверху органикой. Во время их жизнедеятельности кислород и расходуется.

Помимо бактерий, в сумеречной — или зоне кислородного минимума — постоянно обитает очень мало позвоночных. Крупным животным для существования в подобных условиях необходимы сложные адаптационные механизмы, выгода от которых не всегда достаточна. Остальная морская жизнь заходит в этот слой Мирового океана лишь при необходимости и старается ее покинуть при первой же возможности — дышать трудно. И это нормальное положение вещей, но с кислородом в воде связано еще одно явление: мертвые зоны, или DMZ.

В этих регионах концентрация необходимого для аэробной жизни газа еще ниже, иногда его не фиксируют даже самые чувствительные из используемых океанологами датчиков. В DMZ могут жить только анаэробы, и то далеко не все: у многих морских видов основу рациона составляют дышащие кислородом бактерии, которых по понятным причинам вокруг нет. Мертвых зон в Мировом океане много: какие-то сезонные, другие — постоянные, третьи — временные.

Их размеры и время существования определяются рядом факторов, среди которых не последнее время занимает деятельность человека. Выбросы химических реагентов из мусора и в результате слива сточных вод убивают фотосинтезирующие организмы и прочую живность, а их «трупы» съедают аэробные бактерии. В итоге и кислород потрачен, и восполнить его некому. Кроме того, температура воды тоже сильно влияет на ее оксигенацию. Одно из главных опасений океанологов, связанное с глобальным потеплением, — рост среднегодовой температуры на Земле спровоцирует потерю кислорода Мировым океаном. А это приведет к катастрофическим последствиям для всех экосистем.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 11:11
ТГУ

Ученые факультета физической культуры Томского государственного университета в рамках гранта, поддержанного РНФ, исследуют особенности механизма усвоения глюкозы при сахарном диабете второго типа. Для этого был организован масштабный четырехмесячный эксперимент на 240 мышах, подобного которому в мире еще никто не проводил. Животные с искусственно сформированным диабетом подвергались физической нагрузке. Установлено, что вечерние тренировки лучше снижали вес мышей мышей, а утренние – приводили к уменьшению уровня глюкозы. Предположительно, фактором, стимулирующим утилизацию глюкозы, выступил стресс. Ученые намерены проверить эту гипотезу.

Вчера, 18:45
Александра Медведева

Снимки телескопа Hubble показали, что черная дыра в центре карликовой галактики Henize 2-10 создает звезды вместо того, чтобы их разрушать. Открытие может стать ключом к пониманию происхождения сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной.

Позавчера, 21:12
Илья Ведмеденко

Российские специалисты обратили внимание на возможные технические трудности, связанные с модулем «Поиск» Международной космической станции. Ранее в NASA намекнули на изоляцию российского модуля «Звезда».

Вчера, 11:11
ТГУ

Ученые факультета физической культуры Томского государственного университета в рамках гранта, поддержанного РНФ, исследуют особенности механизма усвоения глюкозы при сахарном диабете второго типа. Для этого был организован масштабный четырехмесячный эксперимент на 240 мышах, подобного которому в мире еще никто не проводил. Животные с искусственно сформированным диабетом подвергались физической нагрузке. Установлено, что вечерние тренировки лучше снижали вес мышей мышей, а утренние – приводили к уменьшению уровня глюкозы. Предположительно, фактором, стимулирующим утилизацию глюкозы, выступил стресс. Ученые намерены проверить эту гипотезу.

17 января
Сергей Васильев

Новые измерения свойств минерала из глубоких слоев мантии показали, что ядро планеты теряет тепло в полтора раза активнее, чем полагали до сих пор.

17 января
Илья Ведмеденко

Перспективный российский многоцелевой самолет «Байкал» оторвался от земли. Первый полноценный полет машина должна выполнить до конца января.

26.12.2021
Александр Березин

Российская тяжелая ракета имеет все шансы взлететь после Starship, хотя ее начали создавать на 20 лет раньше, да и по параметрам она радикально уступает детищу Илона Маска. Попробуем разобраться, почему любая попытка создать классическую ракету в наши дни — пустая трата времени и средств. А заодно дать ответ на вопрос, какую космическую ракету на самом деле стоит создавать России.

12 января
Алиса Гаджиева

Дополнительное исследование вулканических пород формации Кибиш в Эфиопии изменило датировку найденных там костей Homo sapiens.

Вчера, 11:11
ТГУ

Ученые факультета физической культуры Томского государственного университета в рамках гранта, поддержанного РНФ, исследуют особенности механизма усвоения глюкозы при сахарном диабете второго типа. Для этого был организован масштабный четырехмесячный эксперимент на 240 мышах, подобного которому в мире еще никто не проводил. Животные с искусственно сформированным диабетом подвергались физической нагрузке. Установлено, что вечерние тренировки лучше снижали вес мышей мышей, а утренние – приводили к уменьшению уровня глюкозы. Предположительно, фактором, стимулирующим утилизацию глюкозы, выступил стресс. Ученые намерены проверить эту гипотезу.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: