Прорывное исследование показывает, как изменение климата повлияло на океаны за последние 25 лет

Совместная исследовательская группа, в состав которой вошли эксперты Института морских наук Национального исследовательского совета Неаполя (Cnr-Ismar) и Зоологической станции «Антон Дорн» в Неаполе (SZN), провела новаторское исследование эволюции здоровья океанов за последние 25 лет . Впервые климатическая модель была применена к трехмерным реконструкциям на основе наблюдений с целью количественной оценки и описания динамики изменений, произошедших в этот период, и их влияния на фитопланктон и другие морские организмы . Результаты этого исследования были опубликованы в журнале Science Advances .

В исследовании была использована инновационная эмпирическая методология для выявления долгосрочных возникающих закономерностей динамики океана и их влияния на морские экосистемы . В частности, для описания динамики поверхностных слоев океана были проанализированы шесть основных физических компонентов: температура, соленость, глубина поверхностного перемешанного слоя, энергия, связанная с горизонтальными и вертикальными течениями, энергия, привносимая в океаны ветром . Кроме того, его считают количественным индикатором численности фитопланктонных организмов — микроводорослей, которые составляют основу морской пищевой цепи и способствуют связыванию атмосферного CO₂.

« Наш подход объединяет океанографические данные, эмпирическое моделирование климата и машинное обучение, что отличает его от предыдущих работ, основанных на отдельных переменных, и позволяет получить более полную картину изменений состояния и динамики океанов », — объясняют Бруно Буонджорно Нарделли (Cnr-Ismar) и Даниэле Иудиконе (SZN), которые совместно провели исследование . Исследователи подчеркивают, что на реакцию морских экосистем, в частности микроводорослей, помимо глобального потепления, влияют многочисленные факторы, такие как поступление питательных веществ из глубоких слоев и доступность света, причем оба эти фактора модулируются физическими процессами, которые управляют динамической эволюцией системы . Изменение климата влияет на океаны посредством сложных процессов, которые невозможно понять, анализируя отдельные переменные по отдельности. Например, изменения в количестве осадков или ветре могут иметь более выраженное локальное воздействие, чем потепление поверхности. Также важно отличать долгосрочные изменения от естественных колебаний системы в многолетних масштабах.

Представление географической классификации регионов океана, показывающее однородную динамику изменений, полученную с помощью алгоритма K-средних

Анализы привели к нескольким важным выводам. Во-первых, реакция океанов на глобальное потепление влияет не только на температуру поверхности, но и на гидрологический цикл, течения и поверхностное перемешивание, что имеет каскадные последствия для обменов между поверхностными и глубинными слоями . Что касается температуры воды, то выяснилось, что потепление морской поверхности в глобальном масштабе происходит быстрее (около 0,022 °C/год вместо 0,014 °C/год), если изолировать естественные колебания, в частности колебания тропической зоны Тихого океана . Кроме того, некоторые крупные системы океанических течений претерпевают широтные сдвиги, а вертикальные обмены усиливаются, что изменяет круговорот глубинных океанских вод и накопление тепла в океанах . Долгосрочная эволюция содержания тепла и солености вдоль водной толщи также демонстрирует более сложную реакцию, чем просто усиление стратификации, связанное с потеплением поверхности.

Что касается последствий для численности фитопланктона, анализ проводился с использованием географической классификации для учета местных физических факторов. « Таким образом, благодаря методам машинного обучения, мы заложили прочную основу для изучения влияния изменения климата на морские экосистемы, что позволит в будущем лучше понять взаимосвязь между динамикой океана и реакцией планктона, в том числе за счет использования инновационных подходов, таких как изучение ДНК и РНК организмов », — добавляет Даниэле Юдиконе . « Эти знания также будут определять разработку более эффективных стратегий мониторинга океана, таких как оптимизация автономных систем наблюдения на основе характеристик данного региона, разработка целевых кампаний наблюдения, разработка инновационных инструментов прогнозирования и определение более эффективных мер по сохранению морских экосистем ».

Изображение на обложке сделано при поддержке Gemini