Новые достижения в спутниковой технологии меняют наше представление о роли океанов в регулировании уровня углекислого газа (CO₂) в атмосфере Земли. Хотя океаны уже давно служат важным буфером против изменения климата, поглощая около четверти CO₂ антропогенного происхождения, их способность накапливать углерод далеко не одинакова по всему миру. Благодаря передовым инструментам, таким как OceanSODA-ETHZ, учёные теперь могут наблюдать за поглощением углерода океанами с беспрецедентной детализацией и частотой, получая детальное представление о процессах в океане, которые ранее были недоступны.
Улучшенный мониторинг поглощения углерода благодаря спутниковым данным
Исторически глобальные карты, отслеживающие поглощение углерода океанами, ограничивались грубыми снимками месячной давности. Эти карты представляли упрощённое представление о сложном динамическом процессе. Новаторский спутниковый набор данных под названием OceanSODA-ETHZ меняет эту ситуацию, предоставляя обновления каждые восемь дней с разрешением в 25 километров — более чем в 30 раз выше, чем у предыдущих продуктов.
Этот новый уровень детализации позволяет более точно понять, как углерод поглощается, высвобождается и перемещается по мировым океанам, рисуя яркую картину того, как такие события, как штормы, апвеллинг и течения, влияют на углеродный цикл.
«Увеличение разрешения этих глобальных наборов данных является сложной задачей, поскольку количество прямых измерений углекислого газа на поверхности океана невелико в разных регионах и в разное время», — пояснил руководитель проекта Николя Грубер из ETH Zurich. Команда OceanSODA-ETHZ преодолела эту проблему, объединив спутниковые данные с существующими измерениями с кораблей и буёв.
Спутники собирают ряд данных, включая температуру поверхности моря, цвет, ветер и многое другое — критические переменные, связанные с поглощением CO₂. Затем алгоритмы машинного обучения обрабатывают эти данные для создания точной мозаики динамики океана с высоким разрешением.
Ураганы и высвобождение углерода: неожиданная роль штормов
Набор данных OceanSODA-ETHZ также освещает краткосрочные колебания углеродной динамики, например, вызванные серьёзными погодными явлениями. Ключевой пример был представлен на симпозиуме ESA «Живая планета», где анимация, отслеживающая сезон атлантических ураганов 2017 года, показала, как штормы, такие как Мария и Ирма, взбалтывают богатые углеродом воды.
Анимация ясно показывает области, где океан выделяет CO₂, с красными шлейфами, появляющимися под сильными ветрами шторма, а затем исчезающими по мере возвращения на поверхность более холодных, насыщенных кислородом вод.
«Этот набор данных может помочь нам отделить и понять влияние таких событий, как ураганы, когда глубокие воды, часто богатые углеродом, могут быть вынуждены подняться на поверхность», — сказал Джейми Шатлер из Университета Эксетера.
Эти сведения о динамике углеродного цикла в океане улучшат изучение учёными последствий штормов и позволят им прогнозировать внезапные скачки уровня CO₂ в океане. Такие исследования имеют решающее значение для понимания взаимодействия нашей атмосферы и океанов в контексте глобального потепления.
Окисление океана: новая эра исследований
Менее обсуждаемой, но не менее серьёзной проблемой, связанной с поглощением океанами углерода, является окисление океана. По мере того как океаны поглощают CO₂, химический состав морской воды меняется, снижая её pH и ослабляя морские экосистемы, особенно коралловые рифы, устриц и популяции планктона.
Хотя исследователи ранее сталкивались с проблемой разрозненных данных, OceanSODA-ETHZ помогает восполнить этот пробел. Предоставляя карты поверхностного pH и карбонат-ионов практически в реальном времени, новый набор данных позволяет учёным отслеживать прогрессирование окисления, вызванного апвеллингом, дождями и даже таянием морского льда.
С помощью этого нового инструмента учёные теперь могут лучше отслеживать появление очагов окисления. «До сих пор не было доступно окаменелостей гомининов из затопленного Сундаленда», — отметили Берхуис и его коллеги в недавнем исследовании. Это подчёркивает новизну таких находок, подобно роли шельфа Сунда, который сыграл значительную роль в расселении и эволюции ранних популяций человека.
Сдвиг в химии океана имеет аналогичные последствия для понимания уязвимости биосферы в условиях климатического стресса.
Инструмент OceanSODA-ETHZ не только даёт представление об исторических условиях океана, начиная с 1985 года, но и обеспечивает основу для будущих океанографических исследований. Он может помочь в управлении рыболовством, планировании прибрежных территорий и более точной оценке глобального углеродного бюджета, предлагая более чёткое представление о роли океанов в смягчении последствий изменения климата.