Скорость оседания фитопланктона – важнейший параметр, влияющий на функционирование морских экосистем, и, в частности, на эффективность карбонового цикла в океане. При больших скоростях оседания мелких частиц весь углерод выводится в донные осадки, а при малых – большая его часть потребляется в толще вод гетеротрофными организмами.
Имеющиеся на сегодняшний день оценки скорости оседания частиц значительно отличаются между собой, а данных об изменении этой характеристики в разные сезоны года и на разных морских глубинах очень мало. В рамках проекта РНФ «Усовершенствование спутниковых алгоритмов определения параметров биопродуктивности вод полярных акваторий» ученые Морского гидрофизического института РАН на примере акватории Черного моря провели исследование, в котором предложили абсолютно новый метод оценки скорости оседания фитопланктона. Метод основан на анализе регулярных автоматизированных оптических измерений, полученных с помощью профилирующих буев Био-Арго. Алгоритм базируется на оценке смещений областей аномалии показателя обратного рассеяния частиц (связанного с их концентрацией) по глубине на последовательных профилях. Описанный авторами статьи метод позволил им впервые оценить значения и изменчивость скорости оседания малых частиц за более чем 5-летний период (2016-2021) с высоким вертикальным разрешением (5 м) и временным разрешением (10 дней). Результаты проведенного исследования опубликованы в журнале Journal of Marine Systems.
«В ходе этой работы нам удалось создать абсолютно новый метод определения скорости оседания рассеивающих частиц на основе автоматических измерений с высокой временной и вертикальной дискретностью. Полученные данные позволили нам отследить процессы оседания рассеивающих частиц – кокколит и кокколитофорид в Черном море в периоды теплого и холодного времени года. Результаты, в частности, показали, что поток оседающих зимой кокколитофорид трассируется вплоть до бескислородной зоны в глубинных слоях моря и может оказывать воздействие на биохимические процессы в субкислородной зоне», – рассказывает участник исследования старший научный сотрудник Морского гидрофизического института РАН Арсений Кубряков.
Ученым удалось оценить скорости оседания фитопланктонных частиц (около 0.8 м/сутки), изучить их сезонную и межгодовую изменчивость, исследовать влияние различных физических факторов на процесс оседания.
Исследования показали, что ряд физических процессов: зимнее перемешивание, вызванное выхолаживанием; уменьшение плотности вод при их прогреве в летний период, способствует увеличению скорости оседания, а резкий барьер солености на глубинах 40-80 м. в Черном море – уменьшает её. Кроме этого было показано, что в годы с наиболее сильными цветениями скорость оседания увеличивается, что предположительно связано со слипанием частиц при увеличении их концентрации, способствующему их быстрому выводу из верхних слоев.
Результаты проведенной работы будут востребованы для получения более точных оценок потоков углерода в океане. Они могут быть использованы для усовершенствования физико-биохимических моделей, которые позволят воспроизводить изменчивость фито- и зоопланктона, контролировать и прогнозировать изменения в морских экосистемах, эффективнее и безопаснее использовать морские ресурсы.
Для дальнейшего изучения скорости оседания частиц фитопланктона ученые планируют разработать новые методы исследования, основанные на автоматических методах анализа глубинной фото- и видеосъемки с применением микроскопов. Подобные исследования уже ведутся рядом ведущих океанологов России. Результаты таких работ позволят ученым не только получить новую информацию о потоках углерода в придонных слоях океана (что очень важно для оценки карбонового цикла), но и предоставить информацию о качественных характеристиках оседающих частиц, их химическом и биологическом составах.