проект СОККОМ
Проект Южного океана по наблюдениям и моделированию углерода и климата ( SOCCOM ) — это крупномасштабный исследовательский проект, финансируемый Национальным научным фондом и базирующийся в Принстонском университете , который начался в сентябре 2014 года. [ 1 ] Проект направлен на улучшение понимания Южного океана и роли, которую он играет в таких факторах, как климат, а также на обучение новых ученых наблюдениям за океаном.
В общей сложности океанографы и климатологи из тринадцати исследовательских институтов сотрудничают в трех отдельных группах, каждая из которых имеет свою основную задачу; команды включают наблюдения, более широкие воздействия и моделирование. [ 2 ]
В проекте используется технология Argo поплавковая для мониторинга температуры, солености и скорости океана на глубине до 2000 метров. Региональный массив ARGO SOCCOM оснащается биогеохимическими датчиками для измерения дополнительных компонентов, таких как кислород, питательные вещества, pH, хлорофилл и твердые частицы. [ 3 ] Поплавки представляют собой свободно дрейфующие капсулы, которые размещаются в определенных местах, где они погружаются и дрейфуют, собирая при этом полезные данные. Поплавки «Арго» идеально подходят для этого проекта из-за часто суровых условий Южного океана, где пилотируемые экспедиции могут оказаться опасными.
Механизмы и значение Южного океана в глобальном масштабе
[ редактировать ]Южный океан находится в стадии изучения из-за уникальных явлений, происходящих внутри и вокруг него. Например, несмотря на то, что Южный океан занимает лишь около 30% площади океана Земли, на его долю приходится примерно половина поглощения океаном углерода , а также большая часть поглощения океаном тепла , вызванного антропогенной деятельностью. [ 4 ] Считается, что эти характеристики являются результатом уникальной циркуляции океана в Южном океане.
Холодная вода поднимается из глубин, и в этой воде мало углерода. Как только эта вода вступает в контакт с более теплой атмосферой, антропогенный углерод (CO 2 ) и тепло поглощаются океаном. Теплые и содержащие углерод поверхностные воды затем перемещаются с помощью транспорта Экмана . Наряду с этим переносом питательные вещества переносятся в более низкие широты, где от них зависят экосистемы. После переноса вода опускается, где углерод и тепло смешиваются с более глубокими смешанными слоями. [ 4 ] Избыток углерода, связываемый океаном, приводит к закислению океана , что особенно сильно влияет на Южный океан, поскольку в этом океанском бассейне, естественно, более низкие концентрации карбоната кальция. Увеличение кислотности еще больше снизит концентрацию карбоната кальция, что затруднит развитие и выживание кальцифицирующих организмов. Уменьшение количества кальцифицирующих организмов будет иметь серьезные последствия для остальной части пищевой сети Южного океана, поэтому важно количественно оценить, насколько закисляется этот океан. [ 5 ]
Роль поплавков «Арго» в SOCCOM
[ редактировать ]Улучшение количественной оценки биогеохимических переменных в океанах ведется постоянно, и в первую очередь это делается путем сбора проб воды с кораблей, которые затем анализируются в лаборатории. Преимущества измерений, полученных с кораблей, заключаются в их точности и высоком разрешении по вертикали. [ 6 ] Однако собранным пробам не хватает пространственного и временного разрешения, и они необъективны в зависимости от того, где и когда судно может брать пробы. Вот почему поплавки Argo используются в проекте SOCCOM, поскольку они способны собирать данные в Южном океане, куда корабли не имеют доступа, и они могут находиться в этой среде, когда условия слишком суровы для кораблей. Буи «Арго» также способны собирать данные в больших временных и пространственных масштабах, что важно для определения того, как биогеохимические процессы меняются в Южном океане, и механизмов, вызывающих эти изменения. [ 7 ]
Переменные, измеряемые поплавками Argo в SOCCOM
[ редактировать ]Помимо базовых профилометров CTD (температуры проводимости и глубины), которые имеются на большинстве поплавков, поплавки SOCCOM оснащены дополнительными биогеохимическими датчиками, которые измеряют кислород, нитраты, pH и хлорофилл. С распространением новых биогеохимических датчиков возникла необходимость разработки методов, позволяющих сделать датчики максимально точными.
- Измерения кислорода
Разрабатываются новые методы повышения точности датчиков кислорода, включая частую калибровку датчиков, когда поплавки находятся на поверхности. [ 8 ] Измерения содержания кислорода, собранные поплавками с помощью этого процесса калибровки, улучшают результаты измерений с точностью до 1 % по сравнению с измерениями, полученными с помощью теста Винклера для растворенного кислорода . [ 9 ] Количество растворенного кислорода в воде представляет собой количество первичной продуктивности и дыхания региона. Эта связь между уровнем кислорода и биологическими процессами означает, что кислород и углерод взаимосвязаны, а пропорции кислорода к углероду определяются с помощью коэффициента Редфилда. [ 10 ] Это означает, что при измерении растворенного кислорода также можно определить концентрацию углерода.
- измерения pH
Кислотность воды измеряется ионно-чувствительными датчиками pH, прикрепленными к поплавкам Argo. Амфотерное оксидное покрытие канала проводимости транзистора позволяет изменять поверхностный заряд в зависимости от pH. Эта зависимость изменения поверхности от pH позволяет определить pH раствора. [ 11 ] Измерения pH Южного океана представляют особый интерес для ученых, поскольку этот океан связывает большое количество углекислого газа, что приводит к увеличению подкисления воды, поскольку углекислый газ вступает в реакцию с водой с образованием углекислоты. [ 5 ] Поэтому реакция кислотности Южного океана на количество улавливаемого им углекислого газа является целью проекта SOCCOM.
2 цикл между атмосферой и океаном
- хлорофилл
Хлорофилл является показателем численности фитопланктона, поэтому картирование хлорофилла приводит к лучшему пониманию того, как питательные вещества циркулируют на определенной территории. Когда на хлорофилл попадает свет определенной длины волны, он излучает обратно более высокую длину волны, поэтому для измерения хлорофилла поплавки Argo оснащены датчиками, которые излучают свет определенной длины волны, а затем записывают длину волны, возвращаемую излученной длиной волны. По длине волны излучаемого света можно определить распределение хлорофилла. [ 12 ]
- Нитрат
Нитраты являются важным лимитирующим питательным веществом для фитопланктона, и обилие нитратов может определять пределы биомассы фитопланктона в океане. Нитраты измеряются с помощью УФ-спектрометра, поскольку нитраты поглощаются в четком спектре, который можно использовать для расчета концентрации нитратов. [ 13 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Проект СОККОМ» .
- ^ «Обзор SOCCOM» . soccom.princeton.edu . Принстонский университет.
- ^ «Биогеохимический Арго» .
- ^ Перейти обратно: а б Дюфур, Каролина; Френгер, Айви; Фроличер, Томас; Грей, Элисон; Гриффс, Стивен; Моррисон, Адель; Сармьенто, Хорхе; Шулунеггер, Сара (2015). «Антропогенный углерод и поглощение тепла океаном: останется ли Южный океан основным поглотителем?» (PDF) . Мы Кливар . 13 .
- ^ Перейти обратно: а б «Закисление океана» . Коалиция Антарктики и Южного океана .
- ^ «О ГО-ШИПЕ» .
- ^ Созед, Рафаэль; Биттиг, Генри; Клаустр, Эрве (2017). «Оценки концентраций питательных веществ в толще воды и параметров карбонатной системы в глобальном океане: новый подход, основанный на нейронных сетях» . Границы морской науки . 4 . дои : 10.3389/fmars.2017.00128 .
- ^ Бушинский, Сет М.; Эмерсон, Стивен Р.; Райзер, Стивен С.; Свифт, Дана Д. (август 2016 г.). «Точные измерения содержания кислорода на модифицированных поплавках Арго с использованием калибровки по воздуху на месте» . Лимнология и океанография: Методы . 14 (8): 491–505. дои : 10.1002/lom3.10107 .
- ^ Биттиг, Генри К.; Кёрцингер, Арне (август 2015 г.). «Решение проблемы дрейфа кислородных оптодов: измерения кислородных оптодов на поверхности и в воздухе на поплавке обеспечивают точные эталонные данные на месте» (PDF) . Журнал атмосферных и океанических технологий . 32 (8): 1536–1543. Бибкод : 2015JAtOT..32.1536B . doi : 10.1175/JTECH-D-14-00162.1 .
- ^ Редфилд, Альфред. «О пропорциях органических производных в морской воде и их связи с составом планктона» (PDF) . Мемориальный том Джеймса Джонстона .
- ^ «рН» . Биогеохимический Арго .
- ^ «Основы измерения хлорофилла» (PDF) . ЯСИ.
- ^ «Нитрат» . Биогеохимический Арго .