Питопланктон — это растительноподобные микроорганизмы, которые, по оценкам, производят половину запасов кислорода на Земле. И даже когда они умирают, они падают на дно океана и превращаются в огромный поглотитель углерода. Теперь мы наконец-то имеем представление о том, какую массу они занимают, благодаря сети дрейфующих роботов в телах глобального океана. Грубо говоря, общая масса фитопланктона примерно равна 250 миллионам слонов. Согласно научным измерениям, общая масса фитопланктона, плавающего прямо под поверхностью, оценивается примерно в 314 тераграммов, или 346 миллионов тонн.
Так как же ученые измерили массу микроорганизмов, плавающих в огромном водном пространстве, покрывающем планету? Ну, они полагались на сеть дрейфующих роботизированных обсерваторий. За более чем десятилетие в рамках программы BioGeoChemical-Argo в океаны были спущены сотни поплавков. Думайте о них как о свободно плавающей глобальной сети датчиков, которая может измерять различные важные данные, такие как концентрация кислорода, уровень pH (показатель кислотности или щелочности), концентрация взвешенных частиц в толще воды, хлорофилл (зеленый пигмент, обеспечивающий фотосинтез) и нисходящая освещенность (измерение солнечной энергии, проникающей на поверхность океана).
Но зачем сосредотачивать внимание на фитопланктоне? Когда мы думаем об океанах, первая мысль, которая приходит на ум, — это величественные существа, которые в них обитают, но немногие думают о фитопланктоне, который необходим для поддержания жизни на нашей планете. Помимо того, что эти микроскопические растительноподобные организмы являются основой водной пищевой цепи, они отвечают за почти половину фотосинтеза на планете — процесса улавливания солнечного света и преобразования его в пищу. Их чрезвычайно много, и до такой степени, что в капле океанской воды можно обнаружить миллионы фитопланктона.
Как эти роботы помогают изучать здоровье океана?
Сеть плавучих роботов BGC-Argo оснащена множеством датчиков, каждый из которых предназначен для измерения переменных, которые считаются жизненно важными для биогеохимических процессов, включающих циклы биологической массы, кислорода и азота. Концентрацию кислорода измеряют, поскольку она дает представление не только о количестве фитопланктона, но и о том, сколько CO2 поглощается океаном. Уровни нитратов измеряются, потому что они являются важнейшим питательным веществом для фитопланктона, и их уровень рассматривается как показатель продуктивности океана. Анализ уровня pH помогает ученым понять закономерности фотосинтеза и дыхания в океане. Измерение хлорофилла служит ключевым индикатором активности фитопланктона.
Но какова конечная цель всего этого анализа? Эти поплавки позволяют измерять краткосрочные и долгосрочные изменения продуктивности океана, например, сколько производится кислорода, производство питательных веществ для растений и то, как океаны со временем становятся более кислыми. Проще говоря, плавающие роботы делают снимки климата и здоровья океана с точки зрения биологии, геологии и химии.
Поскольку фитопланктон играет решающую роль в глобальной экосистеме, чрезвычайно важно следить за его популяцией и структурой. Но наблюдать за ними – задача не из легких. Ученые из канадского университета Далхаузи, которые провели оценку глобальной биомассы фитопланктона, отмечают, что «по крайней мере половина из них не наблюдается с помощью космических спутников». Напомним, что даже НАСА разворачивает спутник PACE (сокращение от «Планктон, аэрозоль, облако и океаническая экосистема») для изучения фитопланктона из космоса.
Окно в здоровье нашей планеты
«В нашей статье подчеркивается, что этот глобальный флот роботов будет невероятно ценен для мониторинга фитопланктона Земли в целом, чтобы мы могли понять, как они могут реагировать, когда океан продолжает нагреваться», — говорит Адам Стоер, ведущий автор статьи, документирующей глобальную массу фитопланктона, которая была опубликована в Трудах Национальной академии наук. Он отмечает, что глобальное присутствие роботов позволило команде наконец оценить биомассу этих водных микроскопических форм жизни. Но помимо наблюдения за их глобальным распространением, еще одной важной целью роботизированных поплавков BGC-Argo является анализ цветения фитопланктона, которое, по сути, представляет собой быстрый рост и скопление этих организмов вблизи поверхности океана.
Согласно исследованиям, опубликованным в журнале Nature, цветение фитопланктона может быть полезным для прибрежных экосистем (особенно для рыболовного бизнеса), но эти события также вызывают «серьезные экологические проблемы». Цветение водорослей часто может производить токсины, которые могут накапливаться в пищевой цепи, вызывая заболевания у других форм жизни и людей, которые потребляют рыбу, пойманную в регионах, затронутых цветением.
Это цветение также может быстро уменьшить присутствие кислорода в более глубоких слоях водоема, по существу создавая бескислородные «мертвые зоны», которые приводят к гибели животных и разрушают местную экосистему для всех организмов. Иногда масштаб этих цветущих событий настолько огромен, что их можно наблюдать из космоса благодаря их зеленому и синему цветам. К сожалению, их масштабы и распространенность только ускоряются из-за антропогенных факторов, и это делает такие инструменты, как поплавки BGC-Argo, еще более важными для отслеживания этих массовых тенденций фитопланктона для оценки общего состояния здоровья планеты.
