Биооптическая модель позволит разгадать тайны цветения фитопланктона Черного моря
Фитопланктон Мирового океана играет важную роль в регулировании климата планеты. В нем содержится почти половина всего усваиваемого углерода. Процесс переработки углерода в океане происходит несколькими способами. Один из них называется «карбонатным насосом», и основной вклад в его работу вносят одноклеточные водоросли кокколитофориды. Исследователи обнаружили, что во время интенсивного цветения водорослей концентрация углекислого газа в воде повышается. Ученые Института океанологии имени П. П. Ширшова РАН и МФТИ разработали биооптическую модель для оценки концентрации кокколитофорид в период их интенсивного цветения.
Результат работы опубликован в журнале Remote Sensing. Океан является основным хранилищем углерода — его в нем в 50 раз больше, чем в атмосфере. Сам процесс поглощения, преобразования и удержания углерода делится на несколько сложных этапов. Выделим основные. Поглощение углерода на границе «океан — атмосфера», физико-химический процесс поглощения водой и дальнейший перенос из верхних слоев на дно океана осуществляются посредством «биологического углеродного насоса». За счет него глобальный экспорт оценивается в пределах от пяти до 15 × 10^15 граммов углерода в год.
Но это далеко не все. В воде фитопланктон с помощью фотосинтеза образует органический углерод, который находится в виде клеток или растворенного органического углерода, и этот процесс называется «органическим насосом». За его работу в море в основном отвечают диатомовые водоросли. Однако в океане эволюция предложила еще один биологический способ фиксации углерода — уже с помощью «карбонатного насоса» с образованием минералов кальцита. Здесь важными исполнителями являются кокколитофориды, которые обладают одним важным свойством — формированием кальцитной клеточной оболочки, раковины из отдельных пластинок — кокколитов.
Важным свойством реакции образования кальцита является высвобождение молекулы CO2, которая растворяется в воде и тем самым повышает парциальное давление углекислоты, что приводит к снижению растворимости атмосферной углекислоты. Другими словами, если «органический насос» снижает парциальное давление углекислого газа в воде, то карбонатный насос, напротив, увеличивает его. В результате во время цветения кокколитофорид концентрация углекислого газа в воде увеличивается, и, как следствие, происходит значительное уменьшение его поступления в воду из атмосферы. Именно поэтому соотношение диатомей и кокколитофорид является фундаментальным показателем, характеризующим состояние биологического углеродного насоса. Необходимо точное количественное определение их концентрации.
Кокколитофориды широко распространены по всему Мировому океану. Под их цветением понимают интенсивное развитие водорослей, когда их концентрация превышает один миллион клеток на литр. В Черном море интенсивный рост численности отмечен в 1950-е годы. В начале текущего столетия их роль в структуре фитопланктона возросла, и, как было отмечено в полевых наблюдениях, в северо-восточной части Черного моря интенсивный рост наблюдается в конце мая — начале июня. С помощью одних только судовых наблюдений единую картину распределения цветения не построить.
Такие возможности предоставляет дистанционное зондирование океана, которое позволяет изучать цветение в широком диапазоне пространственных и временных масштабов. Более того, только методы дистанционного зондирования дают данные, необходимые для создания глобальных моделей потока углерода из верхних слоев в глубины океана. Кокколитофориды отличаются от других видов фитопланктона сильным слабоселективным (интенсивность рассеянного света слабо зависит от длины волны) светорассеянием, что позволяет наблюдать цветение по данным спутниковых сканеров цвета океана. Однако данные дистанционного зондирования менее точны, для их использования требуется проверка и настройка соответствующих алгоритмов по данным судовых измерений.
«Наша исследовательская группа ежегодно проводит целый комплекс измерений параметров морской воды в Голубой бухте Черного моря. Работа включает регистрацию значений показателей поглощения и ослабления света морской водой, а также коэффициента яркости водной толщи. Последний параметр представляет собой цвет толщи морской воды. Полученную информацию мы связываем с данными, поступающими со спутников. Лето 2022 года было интересно для наблюдений благодаря необычайно интенсивному цветению кокколитофорид. У клеток этого вида фитопланктона белая кальцитовая (CaСО3) оболочка. Из этого же материала состоит мел. Она сильно рассеивает свет, за счет этого их можно увидеть не только с самолета и спутника, но и непосредственно человеческим глазом.
Чем в целом интересны кокколитофориды? Они могут оказывать влияние на климат, так как существенно меняют значения альбедо водной толщи, определяющее долю отраженной солнечной энергии. Когда этих клеток становится больше, то больше света рассеиваются обратно в атмосферу и не проникает в водную толщу, что препятствует ее нагреву. Они также являются важной частью углеродного цикла — образование кальцитовых скелетов влияет на обмен CO2 между океаном и атмосферой. После своей гибели клетки тонут, что приводит к осаждению углерода на дно», — рассказывает Дмитрий Глуховец, руководитель лаборатории оптики океана Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН, доцент кафедры термогидромеханики МФТИ.
Ранее на основе биооптических измерений 2004–2008 годов был разработан региональный алгоритм оценки концентрации кокколитофорид для северо-восточной части Черного моря. С помощью этого алгоритма построены среднемесячные карты и диаграммы за период 1998–2023 годов, которые представлены в открытом доступе в Атласе биооптических характеристик Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН. Однако в картах концентрации кокколитофорид в большинстве случаев не превышали 2,5 × 10^6 клеток на литр. Это существенно ниже тех значений, которые ученые наблюдали в период интенсивного цветения.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые НИУ ВШЭ совместно с коллегами из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН разработали метод, который позволяет быстро оценить, насколько прочно пленка сцеплена с подложкой. Это важно для создания сверхвысокочастотных акустических фильтров — ключевых элементов связи нового поколения 5G и 6G. Возможность измерить поперечную жесткость сцепления между пленкой из двумерного материала и подложкой таким способом получена впервые.
Протезирование зубов в позднее Средневековье — сложная и почти не раскрытая тема из-за малого количества археологических источников. Найденная в Абердине челюсть с золотой проволокой показала, что богатые шотландцы восстанавливали зубы еще в XVI веке, а роль врача, вероятно, играл ювелир.
Метеорный поток Эта-Аквариды достигнет своего максимума в ночь с 5 на 6 мая. Его частицы — осколки самой знаменитой кометы в истории, которая появляется над Землей раз в 76 лет. Ученый Пермского Политеха рассказал, как этот звездопад связан с кометой Галлея, почему у него есть «брат-близнец» и где лучше всего за ним наблюдать.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Полифенолы и другие соединения заваренного кофе в лабораторной модели связывались с ядерным рецептором NR4A1, который участвует в ответе клеток на стресс, воспаление и повреждение. Вещества меняли активность рецептора и тормозили рост опухолевых клеток, а при подавлении рецептора эффект слабел. Ученые предложили молекулярное объяснение части полезных эффектов кофе, но не проверяли их у людей.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Окаменелые остатки рептилии возрастом 289 миллионов лет сохранили полное анатомическое устройство грудной клетки ранних покорителей суши. Благодаря нетронутым хрящам исследователи реконструировали механику первого полноценного реберного дыхания. Наличие в тканях оригинальных белков подтвердило, что сложные органические молекулы способны сохраняться в палеонтологической летописи почти на 100 миллионов лет дольше, чем считалось.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно