Как океан меняет цвет

Ученые предложили разделить воды океана на четыре типа по сезонным колебаниям уровня хлорофилла — пигмента, окрашивающего воду в зеленый цвет. Этот показатель зависит от количества фитопланктона — взвешенных в воде микроводорослей, которые служат пищей морским животным и участвуют в обороте углерода на планете. Новая схема зональности позволит предсказывать запасы биоресурсов и структуру экосистем в глубинах океана, колебания земного климата за счет более полного учета потоков углерода, а также принимать меры для смягчения влияния климатических изменений и действий человека на морских обитателей.

Микроскопические морские растения — фитопланктон — вырабатывают кислород и служат пищей для множества водных животных, от зоопланктона до рыб и китов. Количество фитопланктона определяет разнообразие морских обитателей, их численность и биомассу в конкретном участке океана. Ранее ученые полагали, что в тропиках и субтропиках циклы размножения фитопланктона мало зависят от времени года, ведь температура воды и освещенность в этих местах всегда примерно одинаковы.

Предложенное деление океана на зоны по сезонным циклам содержания хлорофилла. Красными линиями ограничены зоны с общим низким уровнем хлорофилла. Синие области — зоны, где отсутствуют сезонные колебания; зеленые и желтые — зоны с пиками цветения фитопланктона

A. L. Vereshchaka, A. V. Shatravin / Science of The Total Environment, 2025

Ученые из Института океанологии имени П. П. Ширшова РАН (Москва) с помощью спутника Aqua MODIS исследовали в тропиках и субтропиках сезонные изменения концентрации хлорофилла — основного пигмента фитопланктона, придающего воде зеленый цвет. Ежедневные фотографии океана собрали в единую карту и проанализировали с помощью математических алгоритмов. Это позволило восполнить пробелы в данных, когда на спутниковых фотографиях были облака или другие помехи, и обобщить информацию о циклах размножения фитопланктона в масштабах планеты с учетом сезонной динамики.

Оказалось, что для 78% акватории Мирового океана в исследуемых широтах характерны значительные сезонные колебания концентрации хлорофилла. В этих зонах наблюдались пики цветения — периоды активного размножения микроводорослей, во время которых зоопланктон не справляется с таким обилием пищи, поэтому остатки несъеденных растений опускаются на дно. Эти потоки органики способствует росту популяций глубоководных обитателей. Кроме того, в периоды цветения фитопланктон потребляет углекислый газ из атмосферы и, перерабатывая его, переносит углерод в виде органических веществ в глубинные слои океана и далее на дно. Этот углерод захоранивается в осадках, что приводит к уменьшению парникового эффекта на Земле.

Проанализировав сезонные циклы фитопланктона, авторы выделили четыре типа зон. На 22% территорий, в основном вблизи экватора, поддерживался круглогодичный баланс, то есть количество фитопланктона в течение года менялось мало и находилось в постоянном равновесии с его потребителями — зоопланктоном. В других зонах наблюдались пики цветения. На 4% акватории океана всплески размножения фитопланктона оказались связаны с действием потоков воды из крупных рек, таких как Ориноко, Амазонка и Конго, и муссонов — ветров, которые меняют направление в зависимости от сезона. Влияние муссонов наблюдалось на севере Индийского и на востоке Атлантического океана. В остальных регионах количество хлорофилла менялось в зависимости от толщины слоя воды, перемешанного ветром и волнами. При расширении этого слоя из глубинных вод захватывались питательные вещества для фитопланктона, что стимулировало его сезонное размножение. При этом на 55% морской акватории пики были незначительными, а на 18% характеризовались существенными всплесками цветения микроводорослей.

Глубоководная креветка Notostomus

Андрей Веденин

Исследователи опубликовали подробную карту зон с разными типами экосистем. Такое деление поможет ученым лучше понять биогеохимические и биологические процессы, происходящие в море, а также прогнозировать запасы глубоководных биоресурсов и изменение климата в масштабах планеты, поскольку океан — важная составляющая климатической системы Земли. Предложенная зональность может стать основой для экологических инициатив, направленных на смягчение последствий для жизни в океане климатических колебаний и действий человека. Кроме того, новая структура позволит выявлять участки с богатыми глубоководными экосистемами и благодаря этому эффективнее управлять морскими ресурсами, например при рыбном промысле.

«В этот раз мы исследовали только показатели с поверхности океана, основываясь на снимках, которые получили со спутников. Сейчас мы планируем задействовать данные аргобуев, которые регистрируют содержание хлорофилла, биогенов — питательных веществ для фитопланктона — и других параметров среды в столбе воды на разной глубине. Кроме того, мы планируем использовать данные с седиментационных ловушек — устройств для измерения потоков углерода, пассивно оседающего в глубины океана. Эти параметры очень важны для моделирования климатических процессов, и необходимо проверить, насколько они связаны с зональностью, которую мы предложили», — рассказывает руководитель проекта, член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией структуры и динамики планктонных сообществ Института океанологии имени П. П. Ширшова РАН Александр Верещака.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Science of The Total Environment.

По материалам пресс-службы РНФ