Вулканические острова, такие как Гавайские острова и острова Карибского моря, окружены коралловыми рифами, которые опоясывают остров живым кольцом, напоминающим лабиринт. В рифах есть проходы — широкие каналы, которые прорезают кораллы и служат для циркуляции океанской воды и питательных веществ.
Учёные из Массачусетского технологического института (MIT) обнаружили, что эти проходы формируются под воздействием рек островов. В исследовании, опубликованном в журнале Geophysical Research Letters, команда показывает, что расположение проходов вдоль коралловых рифов совпадает с местами, где реки выходят из побережья острова.
Основные выводы исследования
- Впервые представлены количественные доказательства того, что реки формируют проходы в рифах.
- Учёные и исследователи предполагали, что это может быть так: когда река на вулканическом острове встречается с побережьем, пресная вода и осадок, которые она несёт, текут к рифу, где достаточно сильный поток может прорыть туннель в окружающем коралловом рифе.
- Эта идея обсуждалась время от времени, но никогда не была проверена количественно до настоящего времени.
«Результаты этого исследования помогают нам понять, как здоровье коралловых рифов зависит от островов, которые их окружают», — говорит автор исследования Тейлор Перрон, профессор наук о Земле, атмосфере и планетах в MIT.
«Сегодня много дискуссий о реках и их влиянии на рифы носит негативный характер из-за воздействия человека и последствий сельскохозяйственной деятельности», — добавляет ведущий автор Меган Гиллен, аспирантка совместной программы MIT-WHOI по океанографии.
«Это исследование показывает потенциальные долгосрочные преимущества, которые реки могут иметь для рифов, и я надеюсь, что это изменит парадигму и подчеркнёт естественное состояние взаимодействия рек с рифами», — говорит она.
Другое соавтор исследования — Эндрю Эштон из Океанографического института Вудс-Хоул.
Методика исследования
Новое исследование основано на анализе группы островов Общества, цепи островов в южной части Тихого океана, включая Таити и Бора-Бора. Гиллен, присоединившаяся к программе MIT-WHOI в 2020 году, была заинтересована в изучении связей между коралловыми рифами и окружающими их островами.
Используя спутниковые снимки и карты топографии островов, команда обнаружила, что наиболее очевидные проходы в рифах совпадают с затопленными речными долинами — впадинами на побережье, которые были размыты течением рек, текущих к океану.
Для детального изучения топографии островов и их окрестностей команда использовала данные миссии NASA Shuttle Radar Topography Mission — два радара, которые летали на борту космического шаттла в 1999 году и измерили топографию 80% поверхности Земли.
Исследователи использовали топографические данные миссии на островах Общества, чтобы создать карту каждого дренажного бассейна вдоль побережья каждого острова и получить представление о том, где протекают или когда-то протекали крупные реки. Они также отметили расположение каждого прохода в рифе. Затем они «развернули» береговую линию и риф каждого острова в прямую линию и сравнили расположение бассейнов и проходов в рифе.
«Глядя на развёрнутые береговые линии, мы обнаруживаем значительную корреляцию в пространственных отношениях между этими большими речными бассейнами и расположением проходов», — говорит Гиллен. «Таким образом, мы можем сказать, что статистически выравнивание проходов в рифе и крупных рек не кажется случайным. Большие реки играют роль в формировании проходов».
Команда предполагает, что проходы в рифах формируются двумя механизмами: инцизией рифа и наступлением рифа. В первом случае проходы образуются, когда уровень моря относительно низок, и риф обнажается над поверхностью моря, а река течёт прямо над рифом. Вода и осадок, переносимые рекой, могут постепенно прокладывать путь через риф.
Когда уровень моря относительно высок, команда подозревает, что проход в рифе может образоваться через наступление рифа. Коралловые рифы естественным образом живут близко к поверхности воды, где есть свет и возможность фотосинтеза. Когда уровень моря повышается, кораллы естественным образом растут вверх и внутрь по направлению к острову, чтобы «догнать» линию воды.
«Рифы мигрируют к островам по мере повышения уровня моря, пытаясь идти в ногу с изменением среднего уровня моря», — говорит Гиллен. «Однако часть наступающего рифа может оказаться в старых речных каналах, которые были ранее прорезаны крупными реками и которые находятся ниже остальной части береговой линии острова. Кораллы в этих речных руслах оказываются глубже, чем свет может проникнуть в толщу воды, и неизбежно погибают, оставляя зазор в виде прохода в рифе».
Команда также изучила, есть ли различия в проходах в рифах на более старых и более молодых островах. Они обнаружили, что молодые острова окружены большим количеством проходов в рифах, расположенных ближе друг к другу, по сравнению со старыми островами, у которых меньше проходов в рифах, расположенных дальше друг от друга.
Гиллен изучает идеи о том, как реки или речные потоки можно спроектировать так, чтобы прокладывать пути через коралловые рифы таким образом, чтобы способствовать циркуляции и улучшению здоровья рифов.
«Часть меня задаётся вопросом: если бы у вас был более устойчивый поток в местах, где реки естественным образом не взаимодействуют с рифами, могло бы это потенциально стать способом улучшить здоровье, включив речной компонент обратно в систему рифов?» — говорит Гиллен. «Это то, о чём мы думаем».