датчики океана — Разрабатываются инновационные океанские датчики, обеспечивающие беспрецедентное понимание морского углеродного цикла, помогая учёным изучать влияние изменений климата. Исследователи, финансируемые ЕС, возглавляют эту инициативу, сосредотачиваясь на мониторинге ранее недоступных районов океана для улучшения знаний о морских экосистемах.
Датчики океана: Океаны: Регуляторы климата Земли
Океаны мира играют ключевую роль в регулировании климата, поглощая значительные количества тепла и диоксида углерода (CO2). Согласно данным ЕС, эти воды ежегодно поглощают около трети антропогенных выбросов CO2. Однако задачей остаётся точное отслеживание того, как и где происходит это поглощение, так как существующая наблюдательная база ограничена.
Пробелы в текущих методах мониторинга
Традиционно учёные полагались на коммерческие суда и стационарные буйки для измерения химического состава океана. К сожалению, такой подход обеспечивает недостаточное покрытие: прямые наблюдения охватывают лишь около 3% океана, как отметил Янне-Маркус Ринтала, финский морской учёный из Интегрированной системы наблюдений за углеродом (ICOS). Ринтала подчеркнул: «Иногда создаётся впечатление, что мы знаем гораздо больше, чем на самом деле, потому что модели дают иллюзию всеобщего мониторинга.» Это подчёркивает острую необходимость улучшения методов сбора данных.
Расширение наблюдательной способности
Для устранения этих пробелов Ринтала возглавляет международную команду, посвящённую совершенствованию возможностей наблюдения океана. Их цель — разработать датчики, способные работать вне обычных маршрутов судов и в глубинах океана, обеспечивая непрерывный мониторинг уровня углерода в течение длительных периодов. Этот амбициозный проект является частью финансируемой ЕС инициативы GEORGE, которая планируется к завершению в 2027 году.
Разработка передовых датчиков
В центре этого проекта — создание первого в мире автономного датчика, предназначенного для точного измерения общей щёлочности по всему океану — от дна до поверхности. Общая щёлочность является критическим показателем для понимания углеродной системы океана, позволяя учёным оценить, сколько CO2 может поглощаться и храниться морской водой.
Кроме того, мониторинг общей щёлочности важен для отслеживания окисления океана — феномена, вызванного повышением уровней CO2, которое снижает pH морской воды и угрожает морской жизни, особенно организмам с раковинами, таким как планктон и моллюски. Ринтала подчеркнул вредные последствия окисления океана, заявив: «Это может вызывать каскадные эффекты, которые распространяются вверх по пищевой цепи.»
Инновационные подходы к измерениям
Ранее измерения общей щёлочности проводились путём сбора проб морской воды и анализа их в лабораториях на суше. Хотя этот метод даёт ценную информацию, он ограничен конкретными местами и временем. Сократис Лоукайдес, океанограф из Национального океанографического центра Великобритании (NOC), выступает за более всестороннее понимание углеродного содержания океана, отмечая: «Если нас интересует углеродное содержание океана в целом, нам нужно измерять глубже.»
Для этого Лоукайдес и его команда разрабатывают компактный датчик-лабораторию на микросхеме. Это инновационное устройство проводит миниатюрный химический эксперимент на борту, смешивая образец морской воды с известной кислотой и индикатором, меняющим цвет. Затем световой датчик измеряет цветовые изменения, чтобы определить щёлочность окружающей морской воды.
Испытания в экстремальных условиях
Перед развертыванием датчик прошёл строгие испытания, чтобы гарантировать его работу в экстремальных условиях глубокого моря, включая огромное давление. Эти испытания проводились на высоконапорном объекте в Великобритании, имитируя глубины до шести километров. С тех пор датчик тестировался в различных условиях — от мелководных эстуариев до глубоководных лэндеров.
В важном испытании датчик был размещён почти на 5 000 метров ниже поверхности в Северной Атлантике, установленный на морском лэндере на постоянно действующей обсерватории Поркупайн Эбиссал Плейн. На таких глубинах связь в реальном времени невозможна; поэтому датчик работает на аккумуляторах и хранит данные до подъёма лэндера, результаты ожидаются в мае 2026 года.
Перспективы исследований океана
Исследователи стремятся увеличить срок службы донных датчиков и снизить затраты на их развертывание, используя автономные подводные аппараты для сбора данных. Эта более масштабная инициатива также направлена на доступ к удалённым районам океана и зонам, подверженным штормам, таким как Южный океан, в рамках другого исследовательского проекта TRICUSO, который продолжает начатую GEORGE работу.
Для достижения своих целей учёные разрабатывают датчики, которые могут транспортироваться разными автономными аппаратами, включая торпедообразные подводные планёры и суда на поверхности с ветровой и солнечной энергией. Некоторые из этих датчиков будут одновременно измерять несколько параметров, связанных с углеродом, а другие собирать и сохранять образцы морской воды для последующего анализа.
Преобразование сетей океанских измерений
По мере прогрессирования изменений климата создание сети автономных датчиков может превратить разрозненные измерения в комплексную карту углеродного цикла океана. Такие данные не только покажут, где океан меняется быстрее всего, но и определят районы, приближающиеся к критическим порогам, а также меняющуюся способность океана поглощать углерод.
Ринтала подчеркнул важность расширения измерений, заявив: «Мы сталкиваемся с огромными изменениями и колоссальными неизвестностями. Чтобы понять, что происходит и с какой скоростью, нам нужны гораздо больше измерений, чем есть сегодня.» Эти продолжающиеся исследования обещают дать важные сведения о состоянии наших океанов и их роли в регулировании глобального климата.
