Ученые из Университета Майами научились находить скрытые химические закономерности в огромных массивах данных, которые собирают тысячи автоматических океанических датчиков (буев) по всему миру. Эти буи это автономные устройства, которые плавают в океане и постоянно измеряют параметры воды, например, содержание кислорода, азота, температуру и другие показатели.
В результате исследования анализа выяснилось, что азотный цикл (это процесс превращения азота в разные химические формы, от которых зависит жизнь морских организмов) ведет себя иначе, чем считалось раньше. Особенно это заметно в зонах с низким содержанием кислорода, так называемых гипоксических зонах, областях океана, где живым организмам трудно выживать из-за нехватки кислорода. В этих местах изменения происходят намного быстрее и сложнее, чем предполагали климатологи.
Команда под руководством Марианы Биф из Школы морских и атмосферных наук разработала метод извлечения концентраций нитрита и тиосульфата из ультрафиолетовых спектров. Эти промежуточные соединения, которые раньше считалось сложно измерить. В ходе эксперимента информацию собирал биогеохимический буй BGC-Argo в восточной части тропической зоны Тихого океана, одной из крупнейших бескислородных зон планеты. Устройство регистрировало вертикальные профили кислорода, нитратов, pH и биооптических параметров каждые 10 дней на протяжении нескольких месяцев.
Изначально сенсоры предназначались только для измерения нитратов, но исследователи нашли способ получить из тех же спектров дополнительные данные. Восстановленные концентрации нитрита объединили с остальными измерениями в биохимической модели. Получилось отследить, как меняются пути азотного цикла во времени и на разных глубинах. Модель также выявила соотношение различных микробных процессов в водах с низким содержанием кислорода.
В бескислородных зонах микроорганизмы превращают азот в формы, которые покидают океан через атмосферу в виде газообразных соединений. Потеря связанного азота (азота в форме, доступной для живых организмов) влияет на рост планктона и через это на углеродный цикл и уровень парниковых газов. Проще говоря, глубинные химические процессы напрямую связаны с климатом Земли. Новый метод измерений использует ультрафиолетовое поглощение и не требует химических реагентов, поэтому подходит для компактных автономных датчиков.
Кен Джонсон из Института исследований Аквариума Монтерей-Бей подчеркивает значимость открытия: глобальная сеть роботизированных буев в сочетании с новым методом превращается в инструмент для оценки состояния океана в режиме реального времени. Сейчас в Мировом океане работает около 4 тыс. буев Argo, из них более 500 оснащены биогеохимическими сенсорами. Если разработку применят к этому массиву данных, удастся отразить картину «дыхания» океана — процессов обмена азотом и углеродом между водой и атмосферой.
Ранее мы писали о том, как ученые придумали «укрощать» кислотные облака Венеры.