Космические спутники NASA фиксировали странное свечение у Антарктиды — и вот что мы узнали
Более двух десятилетий учёные ломали голову над яркими светящимися пятнами воды в Южном океане, видимыми на спутниковых снимках. Эти необычные световые отражения, сконцентрированные в отдалённых и ледяных водах у Антарктиды, не поддавались объяснению — до сих пор.
Согласно исследованию, опубликованному в журнале Global Biogeochemical Cycles, за ослепительный оптический эффект отвечают диатомовые водоросли, богатые кремнием, и кокколитофориды, содержащие карбонат кальция. Полученные данные проливают новый свет на полярные экосистемы и то, как углерод накапливается и циркулирует в одном из важнейших поглотителей углерода на планете.
От спутниковых свечений до научных прорывов
Загадка началась в начале 2000-х годов, когда океанограф Барни Балч и его коллеги заметили, что некоторые участки воды вокруг Антарктиды на спутниковых снимках NASA выглядят гораздо ярче, чем другие регионы океана. Так называемый Большой пояс кальцита, в котором доминируют кокколитофориды с отражающими раковинами из карбоната кальция, объяснял часть свечения.
Однако южнее появилась ещё одна высокоотражающая зона — слишком холодная, как полагали учёные, для выживания кокколитофорид. Эта аномалия годами сохранялась в спутниковых архивах, скрытая за сезонным морским льдом и постоянным облачным покровом.
Чтобы преодолеть этот наблюдательный барьер, команда Балча отправилась в сложное путешествие на судне R/V Roger Revelle, углубившись в Южный океан на 60° широты. Их задача: измерить не только цвет и отражательную способность воды, но и её минеральный состав и биологические сообщества на разных глубинах.
В исследовании, опубликованном в Global Biogeochemical Cycles, Балч объяснил: «Спутники видят только верхние несколько метров океана, но мы смогли провести множественные измерения на разных глубинах. У нас никогда не было такого полного набора интегрированных измерений по всей толще воды в этой части океана».
Микроскопические архитекторы полярного света
Исследователи обнаружили, что в поясе кальцита доминируют кокколитофориды, а в холодных богатых кремнием водах к югу от Полярного фронта преобладают обширные скопления диатомовых водорослей. Эти одноклеточные водоросли строят сложные оболочки из кремнезёма, называемые панцирями, которые рассеивают свет обратно в космос, создавая оптический эффект, аналогичный оболочкам кокколитофорид.
Однако для достижения такой же яркости в спутниковых данных требуется гораздо более плотная концентрация панцирей диатомовых водорослей. Эти популяции диатомовых водорослей высокой плотности действуют как плавающие зеркала в Южном океане.
Команда также обнаружила небольшое, но значительное количество кокколитофорид, предполагая, что они могут выдерживать гораздо более холодные условия, чем считалось ранее. Как отметил Балч, наблюдаемые ими завихрения служат «семенными популяциями», циркулируя струйки кокколитофорид в Большой пояс кальцита, влияя на сезонные и пространственные закономерности распределения планктона.
Циркуляция углерода и связь с климатом
Открытие выходит за рамки решения оптической загадки. И кокколитофориды, и диатомовые водоросли играют ключевую роль в биологическом насосе углерода, транспортируя углерод с поверхности в глубокие слои океана посредством опускания минерализованных частиц. Этот процесс помогает регулировать атмосферный углекислый газ в течение длительных периодов времени, делая Южный океан одним из крупнейших поглотителей углерода на Земле.
В недавно изученном регионе исследователи измерили содержание взвешенного неорганического углерода и кремнезёма наряду с показателями кальцификации и фотосинтеза, выявив сложную взаимосвязь между минеральным составом и отражением света.
Диатомовые водоросли, богатые кремнием, доминируют в путях секвестрации углерода иначе, чем кокколитофориды, которые запирают углерод в карбонате кальция. Сосуществование обоих видов в самых южных водах намекает на более сложную и устойчивую полярную экосистему, чем это учтено в климатических моделях.
Переосмысление спутниковой океанографии
Работа команды подчёркивает необходимость улучшения спутниковых алгоритмов для различения различных типов планктона. Хотя спутники собирают бесценные данные о поверхности, оптическое сходство между кремнием и кальцитом усложняет биологическую интерпретацию.
Исследователи предлагают интегрировать многосенсорные спутниковые наблюдения с целевыми полевыми кампаниями для уточнения прогнозов состава планктона и углеродного потока.
Понимание распределения и сезонных сдвигов этих микроскопических светоотражателей может улучшить климатические модели, управление рыболовством и прогнозы того, как Южный океан будет реагировать на потепление, подкисление и изменение моделей циркуляции в предстоящие десятилетия.
Новый взгляд на старую загадку
После десятилетий спекуляций ответ на загадку антарктического свечения кроется в сочетании сияния панцирей диатомовых водорослей и кокколитофорид — крошечных минерализованных структур, невидимых невооружённым глазом, но различимых из космоса.
Как заметил Балч: «Мы расширяем наше представление о том, где обитают кокколитофориды, и наконец начинаем понимать закономерности, которые видим на спутниковых снимках этой части океана, куда мы редко можем добраться. Нет ничего лучше, чем измерить что-то разными способами, чтобы рассказать более полную историю».
Этот прорыв не только решает давнюю загадку, но и открывает новые возможности для изучения взаимосвязи между океанической биологией, оптикой и климатическим регулированием в одной из самых отдалённых и влиятельных морских экосистем Земли.