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