Океаны Земли поглотили около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу людьми в результате использования ископаемого топлива и других видов деятельности. Это хорошая новость для тех, кто обеспокоен парниковым эффектом, но плохая новость для морских обитателей, чувствительных к повышению кислотности, которые привносит в океанские воды дополнительный CO2..
Доктор. Элизабет Шедвик, доцент Института морских наук Вирджинии Уильяма и Мэри, развернула высокотехнологичный причал под сезонно покрытыми льдом водами вокруг Антарктиды, чтобы лучше понять закисление океана в полярных регионах, особенно в плохо изученные зимние месяцы. Финансирование ее работы поступает из Управления полярных программ Национального научного фонда.
На сегодняшний день знания об уровнях CO2 в Южном океане вокруг Антарктиды основаны почти исключительно на данных, собранных исследовательскими судами и судами снабжения во время короткого летнего окна свободной ото льда воды.. Швартовка Shadwick продлит этот рекорд круглый год, вплоть до долгой полярной зимы.
Причал, трос, закрепленный на морском дне на глубине около 1600 футов и удерживаемый вертикально поплавками размером с пляжный мяч, заканчивается примерно в 60 футах ниже поверхности моря, намного ниже зимнего морского льда.. Он включает в себя передовые датчики, которые могут измерять концентрацию растворенного углекислого газа каждые три часа в течение шестимесячного развертывания причала. Другие датчики будут измерять pH, температуру, соленость и растворенный кислород. Все данные хранятся на водонепроницаемых картах памяти до тех пор, пока швартовка не будет извлечена.
«Автономные датчики впервые позволят нам контролировать полный годовой цикл углекислого газа в прибрежных водах Антарктиды», - говорит Шадвик. Она и морской техник VIMS Оливия Де Мео планируют восстановить только что развернутый причал в начале мая - поздней осенью в Антарктиде - когда они также развернут второй такой же причал, который будет восстановлен в декабре следующего года.
Развертывание и поиск осуществляются с американского исследовательского судна Laurence M. Gould. Поиск включает в себя использование сохраненных GPS-координат для перемещения швартовки, которая не видна на поверхности, а затем освобождение ее от привязи на морском дне путем нажатия на механизм разблокировки акустическим сигналом. Затем причал может всплыть на поверхность, где члены экипажа зацепят его крюком и поднимут на борт.
Закисление Южного океана
Поскольку Южный океан играет такую важную роль в глобальном углеродном цикле, храня почти половину антропогенных выбросов, которые были поглощены морской водой, данные с причалов Шедвика должны привести к лучшему пониманию глобального изменения климата. и улучшенная способность предсказывать его последствия во всем мире.
«Из наблюдений в таких местах, как Гавайи и Бермудские острова, мы знаем, что поверхность океана отслеживает увеличение содержания CO2 в атмосфере», - говорит Шедвик. «Что менее понятно, так это то, что полярные моря также отслеживают это увеличение, поскольку они не контактируют с атмосферой в течение нескольких месяцев каждый год, когда присутствует лед».
Моделирование, основанное на судовых измерениях, проведенных недавним антарктическим летом, предполагает, что повышение концентрации CO2 приведет к большим проблемам для местной морской флоры и фауны, начиная примерно с 2070 года, когда в результате этого может снизиться уровень pH. ударные животные, которые формируют панцирь или скелеты из минералов карбоната кальция. Шедвик и другие ученые особенно обеспокоены воздействием на микроскопические организмы на дне полярной пищевой сети и тем, как это воздействие может распространиться на рыб, пингвинов, тюленей и китов.
Понимание зимних условий, говорит Шедвик, важно, потому что в отличие от лета, когда фотосинтез морских водорослей удаляет CO2 из воды и повышает pH, зимой CO 2 высвобождается при дыхании или разложении цветков водорослей, что приводит к условиям с естественным низким pH.
«Используя редкие наблюдения за зимними условиями, - говорит Шедвик, - наши модели предсказывают, что Южный океан станет недонасыщенным карбонатами к 2030 году - примерно на 30 лет раньше, чем прогнозы, основанные на условиях, представляющих среднегодовые значения. и до 70 лет раньше, чем те, которые основаны только на летних наблюдениях». Недостаточное насыщение карбонатом означает, что производство минералов карбоната кальция более затратно с точки зрения энергии для животных; карбонатные раковины могут даже начать растворяться в морской воде с низким рН.
Однако Shadwick предупреждает, что эти прогнозы могут измениться из-за ряда механизмов обратной связи, которые остаются плохо изученными. К ним относятся продолжающееся потепление; опреснение из-за усиленного таяния морского льда и наземных ледников; повышение биологической продуктивности за счет более продолжительного сезона открытой воды, увеличения поступления питательных веществ или того и другого; и вторжение богатой углеродом воды на континентальный шельф из более глубоких вод поблизости.
Чтобы лучше понять эти потенциальные обратные связи, Шадвик и его сотрудники проанализируют данные о швартовке в свете целого набора других биологических и физических измерений в окружающих водах. Якорная стоянка находится в зоне изучения долгосрочной программы экологических исследований Палмера в Антарктике, которая, как следует из названия, была создана для мониторинга ежегодных и десятилетних изменений в экосистемах западной части Антарктического полуострова вблизи Американская исследовательская станция Палмера. Ученые PAL-LTER собирают данные в этом районе с 1991 года. Проект Шадвика также был одобрен Системой наблюдения за Южным океаном (SOOS).