Исследователи из Океанографического института Скриппса и инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего использовали новое программное обеспечение для обработки изображений, чтобы обнаружить резкое восстановление после обесцвечивания рифов, окружающих отдаленный атолл Пальмира в тропической части Тихого океана. Исследование было опубликовано 5 апреля в журнале Coral Reefs..
В 2015 году в Пальмире была самая теплая вода за всю историю наблюдений, что привело к широкомасштабному обесцвечиванию, затронувшему более 90 процентов кораллов, окружающих остров. Исследователи обнаружили, что, несмотря на повсеместное обесцвечивание, большая часть кораллов восстановилась, а погибло менее 10 процентов.
Выводы основаны на всестороннем мониторинге рифов и обеспечивают более точные наблюдения за тем, как рифы меняются с течением времени. Исследователи использовали набор долгосрочных данных из тысяч фотографий одного и того же района рифа, собранных за восемь лет. Эти изображения были сшиты вместе с помощью специального программного обеспечения для создания 3D-фотомозаики экосистемы - виртуального представления кораллов. Технология была разработана командой 100 Island Challenge, совместной группой морских экологов и инженеров, использующих новейшие технологии для мониторинга коралловых рифов по всему миру.
«Эта визуализация дает возможность вернуться в окружающую среду в виртуальном мире», - сказал Майк Фокс, ведущий автор и постдоктор Океанографического института Вудс-Хоул, который завершил исследование в качестве доктора философии. D. студент Скриппса. «Это позволяет нам вернуть риф в лабораторию».
Исследователи объединили эту технологию обработки изображений с новым специализированным программным обеспечением для визуализации VisCore, которое позволяет пользователям повторно изучать тысячи фотографий, составляющих мозаику. VisCore сделала более 15 000 изображений на каждые 10 квадратных метров площади кораллового рифа, а затем обработала данные, чтобы превратить изображения в 3D-карту, в которую пользователи могут погрузиться в виртуальной реальности.
Вызов 100 островов буквально открыл еще одно измерение для Viscore, объединив высоко междисциплинарную исследовательскую группу для создания данных, алгоритмов и инструментов, которые теперь позволяют ученым виртуально исследовать рифы в лаборатории; путешествовать во времени виртуально из года в год; отслеживать рост и упадок отдельных колоний; и изучить пространственные и временные отношения на рифе.
Проект стал возможен благодаря объединению исследователей из Скриппса и Инженерной школы Джейкобса в Калифорнийском университете в Сан-Диего, которые глубоко привержены проекту, сказал Фалько Куестер, профессор информатики и проектирования конструкций в Калифорнийском университете в Сан-Диего..
«Мы хотим дать коралловым рифам право голоса, рассказать их истории и привлечь заинтересованные стороны для их защиты», - сказал он.
Сотни видеороликов, созданных исследователями, доступны на YouTube для всеобщего просмотра.
"Программа дала нам уникальную возможность виртуально повторно посетить каждое из наших погружений и изучить риф с новой точки зрения", - сказал Фокс. «Когда мы «нырнули» обратно в изображения, мы поняли, что обесцвечивание было даже хуже, чем мы помнили, когда действительно ныряли на риф, собирая данные».
Помимо документирования обесцвечивания, исследователи смогли внимательно следить за восстановлением кораллов. Глядя на фотомозаику рифа после обесцвечивания, Фокс и его команда зафиксировали рост важных видов, строящих рифы, - корковых коралловых водорослей. Эта водоросль помогает скреплять рифы и способствует заселению молодых кораллов.
В районах, где кораллы действительно погибли и были покрыты водорослями, удушающими рифы, исследователи заметили, что примерно через год эти водоросли были заменены розовыми корковыми кораллинами. Отчасти это связано со здоровьем более крупной экосистемы, поскольку в Пальмире обитают сильные популяции травоядных рыб, которые могут контролировать разрушительный рост водорослей.
Отслеживание этих процессов восстановления в конкретных коралловых колониях с течением времени дает исследователям более глубокое понимание того, как отдельные кораллы - и более крупный риф, частью которого они являются - справляются с экологическими стрессами в эпоху изменения климата под влиянием человека.
Традиционно изменения в коралловых рифах измерялись с помощью выборки трансект, при которой дайверы записывают наблюдения вдоль одной определенной линии через риф.
«Это все равно, что пытаться измерить прирост населения страны, отправляясь в один случайный город США и спрашивая людей, есть ли у них ребенок», - сказал Стюарт Сандин, исследователь Scripps, соавтор статьи и соучредитель вызов 100 островов. «Вы не собираетесь показывать общую картину».
Благодаря мозаике рифов и высочайшей точности VisCore исследователи кораллов могут изучать демографические признаки на обширной территории. Данные, относящиеся к конкретной колонии, обеспечивают большую точность и, подобно отслеживанию роста населения в стране, могут отображать региональные и национальные тенденции.
«Используя сочетание новых технологий и более традиционных подходов, наша команда смогла показать, что рифы Пальмиры не постигла та же участь, что и многие другие рифы, во время недавнего глобального обесцвечивания», - сказала Джен Смит, исследователь Скриппса и старший автор статьи, а также соучредитель 100 Island Challenge. «Несмотря на сильное нагревание, кораллы смогли восстановиться, не испытав массовой гибели. Эти результаты, безусловно, являются важным противовесом общему ухудшению здоровья рифов, о котором сообщают во всем мире».