Сезонные изменения цвета океана могут предсказать колебания климата на Земле.

Результаты исследования, финансируемого грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Science of The Total Environment.

Микроскопические морские растения — фитопланктон — производят кислород и служат пищей для множества водных организмов, начиная от зоопланктона и заканчивая рыбами и китами. Количество фитопланктона определяет разнообразие морских обитателей, их численность и биомассу в конкретных районах океана. Ранее ученые считали, что в тропиках и субтропиках циклы размножения фитопланктона слабо зависят от времени года, так как температура воды и уровень освещенности в этих регионах всегда примерно одинаковы.

Исследователи из Института океанологии имени П.П. Ширшова РАН (Москва) с помощью спутника Aqua MODIS провели исследование сезонных изменений концентрации хлорофилла — основного пигмента фитопланктона, придающего воде зеленоватый оттенок. Ежедневные снимки океана были объединены в единую карту и проанализированы с помощью сложных математических алгоритмов. Это позволило восполнить недостатки в данных, когда на спутниковых изображениях присутствовали облака или другие помехи, и обобщить информацию о циклах размножения фитопланктона на глобальном уровне с учетом сезонной динамики.

Выяснилось, что для 78% акватории Мирового океана в исследуемых широтах характерны значительные сезонные колебания концентрации хлорофилла. В этих зонах наблюдались пики цветения — периоды активного размножения микроводорослей, во время которых зоопланктон не успевает справляться с таким количеством пищи, и остатки несъеденных растений оседают на дно. Эти потоки органики способствуют увеличению популяций глубоководных обитателей. Кроме того, в периоды цветений фитопланктон поглощает углекислый газ из атмосферы и, перерабатывая его, переносит углерод в виде органических веществ в глубокие слои океана и далее на дно. Этот углерод захоранивается в осадках, что приводит к снижению парникового эффекта на Земле.

Изучив сезонные циклы фитопланктона, авторы выделили четыре типа зон. На 22% территорий, в основном вблизи экватора, сохранялся круглогодичный баланс, то есть количество фитопланктона в течение года изменялось незначительно и находилось в постоянном равновесии с его потребителями — зоопланктоном. В остальных зонах наблюдались пики цветения. На 4% акватории океана всплески размножения фитопланктона были связаны с действием потоков воды из крупных рек, таких как Ориноко, Амазонка и Конго, а также муссонами — ветрами, меняющими направление в зависимости от сезона.

Влияние муссонов наблюдалось на севере Индийского и востоке Атлантического океанов. В других регионах количество хлорофилла варьировалось в зависимости от толщины слоя воды, перемешиваемого ветром и волнами. При увеличении этого слоя из глубинных вод поднимались питательные вещества для фитопланктона, что способствовало его сезонному размножению. При этом на 55% морской акватории пики были незначительными, а на 18% отмечались существенные всплески цветения микроводорослей.

Исследователи опубликовали подробную карту зон с различными типами экосистем. Такое разделение поможет ученым лучше понять биогеохимические и биологические процессы, происходящие в море, а также прогнозировать запасы глубоководных биоресурсов и изменения климата на глобальном уровне, поскольку океан является важной частью климатической системы Земли. Предложенная зональность может стать основой для экологических инициатив, направленных на смягчение последствий климатических изменений и человеческой деятельности на жизнь в океане. Кроме того, новая структура позволит выявлять участки с богатыми глубоководными экосистемами и, благодаря этому, эффективнее управлять морскими ресурсами, например, в области рыбного промысла.

«На этот раз мы исследовали только данные с поверхности океана, основываясь на снимках, полученных со спутников. В дальнейшем мы планируем использовать данные арго-буев, которые фиксируют содержание хлорофилла, биогенов — питательных веществ для фитопланктона — и другие параметры среды на различных глубинах. Также мы намерены использовать данные с седиментационных ловушек — устройств для измерения потоков углерода, оседающего в глубины океана. Эти параметры очень важны для моделирования климатических процессов, и необходимо проверить, насколько они связаны с зональностью, которую мы предложили», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, член-корреспондент РАН Александр Верещака, заведующий лабораторией структуры и динамики планктонных сообществ Института океанологии имени П.П. Ширшова РАН.