Одна из самых захватывающих вещей на планете Земля - это то, как жизнь формирует Землю, а Земля - жизнь. Нам нужно только оглянуться на Великое событие оксигенации (GOE) 2,4 миллиарда лет назад, чтобы увидеть, как формы жизни сформировали Землю. В этом случае фитопланктоны, называемые цианобактериями, накачивали атмосферу кислородом, уничтожая большую часть жизни на Земле и открывая путь для развития многоклеточной жизни.
Ранняя Земля удовлетворяла начальным условиям для появления жизни, и теперь формы жизни формируют атмосферу, ландшафт и океаны по-разному.
В основе многих из этих изменений лежит фитопланктон.
Фитопланктон состоит из микроскопических форм жизни, обитающих как в соленой, так и в пресной воде. Они являются первичными производителями, что означает, что они находятся в основе пищевой цепочки. Они автотрофный , что означает, что организмы, составляющие фитопланктон, сами производят пищу. Они производят свои собственные органические соединения, такие как углеводы, белки и жиры, из простых веществ в атмосфере, таких как углекислый газ (CO2), и всем этим движет Солнце. Они также получают питательные вещества из окружающей их воды.
Иллюстрации (не в масштабе) некоторых типов фитопланктона, слева направо: цианобактерии, диатомовые водоросли, динофлагелляты, зеленые водоросли, кокколитофориды. Изображение предоставлено: Коллаж, адаптированный из рисунков и микрофотографий Салли Бенсусен, Научное бюро проекта NASA EOS - Земная обсерватория НАСА, общественное достояние, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=78955265
Теперь новое исследование Европейского космического агентства. Инициатива по изменению климата рассматривает глобальный фитопланктон за 20-летний период. В пресс-релизе ЕКА, объявляющем об исследовании, фитопланктон назван «углеродным насосом» планеты.
Что это обозначает?
Углеродная перекачка, также называемая биологическая откачка , представляет собой превращение углерода из атмосферы в органический углерод. Затем этот органический углерод погружается в глубокий океан и разлагается. В результате в океане содержится углерод, а не в атмосфере. Часть этого углерода попадает в отложения и может оставаться вне атмосферы на миллионы лет. Перекачка углерода помогает регулировать атмосферу, и без нее атмосфера содержала бы примерно на 200 частей на миллион углерода больше, чем она есть.
Это наглядный пример того, как жизнь формирует Землю: как бы все было, если бы в нашей атмосфере не было 407 частей на миллион CO.2(2018), но было более 600 ppm?
Этот простой график показывает перекачку углерода между атмосферой и океанами. Изображение предоставлено: По производной работе: McSush (talk) CO2_pump_hg.png: Ханнес Гроб 21:52, 12 августа 2006 г. (UTC), Институт полярных и морских исследований Альфреда Вегенера, Бремерхафен, Германия - CO2_pump_hg.png, CC BY-SA 2.5 , https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4956173
Фитопланктон играет еще одну важную роль: вырабатывает кислород. Ученые говорят, что они производят между 50% и 85% кислорода в мире. Трудно сказать точно, потому что популяция фитопланктона меняется в зависимости от сезона.
Новый документ озаглавлен « Первичная продукция, индекс изменения климата в океане: спутниковые оценки за два десятилетия . » Ведущий автор - Джемма Калк, физиолог по фитопланктону из морской лаборатории Плимута в Великобритании. Статья опубликована в журнале. Дистанционное зондирование .
Поскольку фитопланктон является первичным продуцентом в основе пищевой цепи, вариации в его популяции имеют далеко идущие последствия для Земли. Изменения могут повлиять не только на концентрацию CO.2в атмосфере, но также и такие вещи, как биоразнообразие и популяции рыб.
«Все понимают, почему тропические леса и деревья важны - они - легкие Земли, поглощающие углекислый газ из атмосферы», - сказал Калк в пресс-релизе. «Что упускается из виду, так это то, что океаны имеют одинаковое значение - каждый второй вдох, который вы делаете, исходит от океанов».
В связи с растущим влиянием изменения климата в нашем мире состояние фитопланктона привлекает критическое внимание ученых. Они хотят знать, как фитопланктон отреагирует на потепление океана на поверхности, где обитает фитопланктон. Спутниковые данные - важная часть их понимания.
Фитопланктон и его воздействие сильно различаются из-за географического положения, сезонных и межгодовых изменений. Но в целом двухлетнее исследование показало, что основное производство колеблется от 38 до 42 гигатонн углерода в год. Исследование также выявило некоторые региональные различия. Первичная продукция больше в прибрежных районах по сравнению с открытыми океанами.
В своей статье авторы пишут: «Первичная продукция фитопланктона обусловлена физико-химическими условиями в водной толще, включая температуру, свет, микро- и макроэлементы. На эти движущие силы влияют сезонные, межгодовые и многолетние колебания океанических и атмосферных процессов ».
В качестве примера команда указала на полярные регионы. «Например, первичная продукция фитопланктона в полярных регионах сильно зависит от сезонных моделей солнечного излучения и образования поверхностных смешанных слоев из-за таяния льда весной и летом».
Исследование также показало, что активность фитопланктона меняется в ответ на такие вещи, как Ребенок , то Североатлантическое колебание , а Индийский океанский диполь. Этими тремя явлениями являются изменения температуры океана в случае Эль-Ниньо и Индоокеанского диполя и атмосферного давления в Североатлантическом колебании.
Подобные долгосрочные исследования могут служить двум целям. Они могут показать, как фитопланктон реагирует на изменения климата, а также могут сигнализировать об изменениях.
Цветение водорослей в Балтийском море. Цветение водорослей - это быстрое размножение фитопланктона. В этих случаях океан окрашивается в зеленый цвет хлорфиллом, что позволяет легко обнаружить это цветение со спутника. Имиджевый кредит: содержит модифицированные данные Copernicus Sentinel (2019), обработанные ЕКА, CC BY-SA 3.0 IGO
Шубха Сатиендранатх из морской лаборатории Плимута, а также научный руководитель Инициативы по изменению климата цвета океана. Сатхендранатх является соавтором исследования и в пресс-релиз она сказала: «Хотя записи данных охватывают 20 лет, важно подождать не менее 30 лет, чтобы иметь возможность с достаточной уверенностью идентифицировать какой-либо четкий климатический тренд».
«Очень важно, чтобы набор данных о цвете океана в рамках Инициативы по изменению климата расширялся и поддерживался на регулярной основе, чтобы у нас были эмпирические данные о реакции океанской биоты на изменения климата», - продолжил Сатиендранат. «Исходя из этого, мы можем разработать надежные модели, чтобы мы могли точно прогнозировать изменения, чтобы адаптироваться к воздействиям меняющегося мира».
Изучить влияние фитопланктона непросто, и с помощью спутникового дистанционного зондирования это невозможно сделать в одиночку. Это также требует измерений на месте. Отчасти это связано с тем, что дистанционное зондирование должно приписывать скорость фотосинтетической активности цветам, которые он видит в океане, где активен фитопланктон. Спутниковые измерения не могут легко отличить активность фотосинтеза от освещенности. В исследовании используется то, что называется Кривая фотосинтеза в зависимости от освещенности (P-I) .
В этом исследовании авторы использовали 83 различных провинции океана или морских провинций, а также полагались на измерения фитопланктона на месте из других исследований.
Примеры местоположений для экспериментов по фотосинтезу и освещенности (P-I) получены из баз данных и литературы с сезонным охватом в каждой биогеографической провинции. В настоящем исследовании было использовано 8676 экспериментов с P-I, охватывающих 53 биогеографические провинции и 96,6% мирового океана. Высокий охват сезонными данными был получен для 37 провинций (3–4 сезона, 79,9% охват). Кредит изображения: Кульк и др., 2020.
Это исследование важно не только потому, что оно рассчитано на два десятилетия. Кроме того, он исключительно тщательный и использует технологии, которых раньше не было.
В заключение своей статьи авторы пишут: «Это первый случай, когда высококонтролируемые, мультисенсорные, скорректированные на межсенсорное смещение наблюдения за цветом океана, продолжающиеся в течение примерно двух десятилетий, были объединены с расширенным пространственным и временным охватом. наблюдений на местах за фотосинтетическими параметрами фитопланктона, чтобы вычислить величину и изменчивость первичной продукции в глобальном масштабе ».
Но даже несмотря на это впечатляющее исследование, авторы - осторожные, как ученые - говорят, что данные за два десятилетия не могут рассказать нам об изменении климата. «Изменчивость глобальной годовой первичной продукции может быть связана с межгодовыми и многодесятилетними колебаниями, так что текущие данные наблюдений за цветом океана не имеют достаточной длины для выявления тенденций, связанных с изменением климата».
Авторы также указывают на слабость данных. «Тем не менее, потребность в улучшении охвата данными P-I в больших областях мирового океана все еще сохраняется. В частности, на больших территориях Тихого и Индийского океанов по-прежнему недостаточно пробы ».
Более:
- Пресс-релиз: Раскрытие живого угольного насоса океана
- Исследовательская работа: Первичная продукция, индекс изменения климата в океане: спутниковые оценки за два десятилетия
- Вселенная сегодня: Вид из космоса: красивый кружащийся фитопланктон