Сезонні зміни кольору океану можуть допомогти прогнозувати коливання клімату Землі.

Результати дослідження, підтриманого грантом Російського наукового фонду (РНФ), опубліковані в журналі Science of The Total Environment.

Мікроскопічні морські рослини — фитопланктон — виробляють кисень і слугують їжею для багатьох водних тварин, від зоопланктону до риб і китів. Кількість фитопланктону визначає різноманіття морських мешканців, їх чисельність та біомасу в конкретній ділянці океану. Раніше вчені вважали, що в тропіках і субтропіках цикли розмноження фитопланктону мало залежать від часу року, адже температура води і освітленість в цих місцях завжди приблизно однакові.

Вчені з Інституту океанології імені П.П. Ширшова РАН (Москва) за допомогою супутника Aqua MODIS вивчали в тропіках і субтропіках сезонні зміни концентрації хлорофілу — основного пігменту фитопланктону, що надає воді зелений колір. Щоденні фотографії океану зібрали в єдину карту і проаналізували за допомогою складних математичних алгоритмів. Це дозволило заповнити прогалини в даних, коли на супутникових фотографіях були хмари чи інші перешкоди, і узагальнити інформацію про цикли розмноження фитопланктону в масштабах планети з урахуванням сезонної динаміки.

Виявилося, що для 78% акваторії Світового океану в досліджуваних широтах характерні значні сезонні коливання концентрації хлорофілу. У цих зонах спостерігалися піки цвітіння — періоди активного розмноження мікроводоростей, під час яких зоопланктон не справляється з таким обсягом їжі, тому залишки нес'їдених рослин опускаються на дно. Ці потоки органіки сприяють зростанню популяцій глибоководних мешканців. Крім того, у періоди цвітінь фитопланктон споживає вуглекислий газ з атмосфери і, переробляючи його, переносить вуглець у вигляді органічних речовин у глибокі шари океану і далі на дно. Цей вуглець захоронюється в осадках, що призводить до зменшення парникового ефекту на Землі.

Проаналізувавши сезонні цикли фитопланктону, автори виділили чотири типи зон. На 22% територій, в основному поблизу екватора, підтримувався цілорічний баланс, тобто кількість фитопланктону протягом року змінювалося мало і знаходилося в постійному рівновазі з його споживачами — зоопланктоном. В інших зонах спостерігалися піки цвітіння. На 4% акваторії океану сплески розмноження фитопланктону виявилися пов'язаними з дією потоків води з великих рік, таких як Оріноко, Амазонка та Конго, і мусонів — вітрів, що змінюють напрямок залежно від сезону.

Вплив мусонів спостерігався на півночі Індійського і сході Атлантичного океанів. В інших регіонах кількість хлорофілу змінювалося залежно від товщини шару води, перемішаного вітром і хвилями. При розширенні цього шару з глибоких вод захоплювалися поживні речовини для фитопланктону, що стимулювало його сезонне розмноження. При цьому на 55% морської акваторії піки були незначними, а на 18% характеризувалися суттєвими сплесками цвітіння мікроводоростей.

Дослідники опублікували детальну карту зон з різними типами екосистем. Таке поділ допоможе вченим краще зрозуміти біогеохімічні та біологічні процеси, що відбуваються в морі, а також прогнозувати запаси глибоководних біоресурсів і зміни клімату в масштабах планети, оскільки океан — важлива складова кліматичної системи Землі. Запропонована зональність може стати основою для екологічних ініціатив, спрямованих на пом'якшення наслідків кліматичних коливань і дій людини на життя в океані. Крім того, нова структура дозволить виявляти ділянки з багатими глибоководними екосистемами і, завдяки цьому, ефективніше управляти морськими ресурсами, наприклад, під час риболовлі.

«Цього разу ми досліджували лише показники з поверхні океану, спираючись на знімки, які отримали з супутників. Зараз ми плануємо залучити дані арго-буїв, які реєструють вміст хлорофілу, біогенів — поживних речовин для фитопланктону — та інших параметрів середовища в стовпі води на різній глибині. Крім того, ми плануємо використовувати дані з осадочних пасток — пристроїв для вимірювання потоків вуглецю, пасивно осідаючого в глибини океану. Ці параметри дуже важливі для моделювання кліматичних процесів, і необхідно перевірити, наскільки вони пов'язані з зональністю, яку ми запропонували», — розповідає керівник проєкту, підтриманого грантом РНФ, член-кореспондент РАН Олександр Верещака, завідувач лабораторією структури та динаміки планктонних спільнот Інституту океанології імені П.П. Ширшова РАН.