Поплавки Argo оснащены всеми типами датчиков, которые могут определять pH, кислород, температуру и многое другое.
Флоты Арго отправляются в судьбоносные подводные путешествия, и после всплытия на поверхность они передают все, что узнали, ученым. Натали Фриман / SOCCOM
В январе 1992 года, во время того, что могло быть сильным штормом, грузовой ящик, содержащий более 28 000 резиновых уточек и других игрушек для купания, упал за борт корабля, следовавшего из Китая в Сиэтл. Эти резиновые игрушки, известные теперь как «Дружелюбные поплавки», были брошены по течению, и когда их вынесло на берег в таких местах, как Гавайи, Австралия и даже Япония, они обнаружили невидимую всемирную сеть течений, которые вызвали огромную рябь в океане. наука.
Но интуиция - не единственный способ узнать что-то новое о морях. Представьте себе возможности, если бы эти резиновые уточки были заполнены датчиками и могли бы передавать информацию, которую они собрали, плавая в океане, в глобальную базу данных. Эта возможность теперь стала реальностью в виде поплавков Argo: множества свободно дрейфующих водных роботов, которые могут измерять pH, соленость, температуру и многое другое.
Теперь новое исследование в Nature Geoscience показало, что они также могут измерять продуктивность, или сколько кислорода производят океанские водоросли и планктон. «Мы просто летали вслепую с точки зрения возможности количественно измерить то, что делает планктон», - говорит Кен Джонсон, старший научный сотрудник Исследовательского института аквариума Монтерей-Бей и автор статьи. «Это основа пищевой сети. Растения кормят криля, который кормит рыбу, которая кормит китов. Теперь мы можем это измерить».
Возможность измерять продуктивность и то, как она меняется в условиях потепления, может не только информировать ученых о состоянии океана, но также может повлиять на работу рыболовства и людей, средства к существованию которых зависят от моря.
Исторически сложилось так, что ученые в основном измеряли продуктивность одним из двух способов. Во-первых, через спутники цвета океана, которые измеряли количество хлорофилла в воде. Затем исследователи могут использовать математическую модель для оценки соответствующего количества фитопланктона. Но спутниковые данные не могут реально измерить изменения производительности из года в год, говорит Джонсон. Другой путь заключался в интенсивной полевой работе. Это означает, что исследователи должны были сесть на корабль, выйти в море, взять образец воды, добавить в образец радиоактивно меченый углерод, дождаться, пока его поглотит планктон, затем отфильтровать планктон и подсчитать, сколько меченого углерод был в планктоне.
«Прелесть [роботов] в том, что они не требуют, чтобы кто-то садился на корабль и выходил из него, что невероятно дорого и сложно поддерживать, и никто не хочет находиться там 365 дней в году, - говорит Джонсон. «Вы не можете себе этого позволить».
Как работает поплавок Арго?
Первый в мире поплавок Argo был спущен на воду в 1999 году, но с тех пор были добавлены новые датчики и обновлена его конструкция.
Базовый поплавок Арго выглядит как газовый баллон, который вы могли бы подсмотреть в химической лаборатории. Он чуть более четырех футов в высоту, имеет восемь дюймов в диаметре и заполнен батареями. На верхней части поплавка расположены датчики и спутниковая антенна. Внутри корпуса находится двигатель плавучести, состоящий из небольшого баллона, который может надуваться примерно чашкой масла, регулируя плотность поплавка.
Обычно за один полный цикл поплавок опускается на глубину 1 километр или около 3 280 футов, остается там на несколько дней, а затем опускается на 2 километра. (Они остаются на 1 километре, потому что течения там намного медленнее, поэтому скорость их распространения сводится к минимуму.) Оказавшись на этой глубине, поплавок включит все свои датчики и медленно поднимется на поверхность. Они хранят все собранные данные, и как только они пробьются сквозь волны, активируется сигнал GPS, и он сможет «звонить домой» через спутниковую сеть Iridium. Все собранные данные будут доступны в течение 24 часов.
Поплавки Арго всплывают на поверхность после каждого цикла, который занимает около 10 дней или около того. У них достаточно заряда батареи, чтобы совершить 250 циклов за весь срок службы. Некоторые поплавки Argo настроены на то, чтобы всплывать в одно и то же время каждый день, в то время как другие могут давать более случайные ежечасные образцы океана.
Подмножество поплавков Арго, используемых для этого исследования, называются биогеохимическими поплавками Арго (BGC-Argo), которые могут иметь дополнительные датчики для измерения нитратов, кислорода, хлорофилла и света. Эти датчики могут передавать информацию о концентрации планктона в воде, степени его роста и дыхания, количестве кислорода, который они производят, и углекислого газа, который они поглощают. Ранее они оказались полезными, помогая ученым исследовать цветение водорослей.
Средний срок службы поплавка составляет около 4 лет. Они не застрахованы от неудач и уж точно не неразрушимы.«Они могут исчезнуть, - говорит Джонсон. - Иногда мы видим последний профиль поплавка, и они случайно опускаются прямо на вершину подводной горы и застревают на дне, а через год они не пойманные и всплывают на поверхность.»
Для этого исследования, поскольку было так мало активных поплавков, которые они могли использовать, команде Джонсона пришлось объединить данные за 10 лет, чтобы получить достаточно наблюдений для измерения годовой продуктивности океана. Он считает, что, увеличив количество флота, они смогут быстрее получать более качественные данные.
Цель Джонсона и его коллег состоит в том, чтобы установить и поддерживать группу из 1000 активных буев Арго по всему миру, каждый из которых может собирать часть информации об океане. Прошлой осенью Национальный научный фонд (NSF) одобрил выделение его команде гранта в размере 53 миллионов долларов на строительство и развертывание 500 буев Argo, которые станут американской половиной этого международного массива.
Сеть поплавков Арго может служить целой океанской обсерваторией, которая может сообщать ученым об изменениях океана в режиме реального времени, в чем предсказания, основанные на моделях, не работают. С полным набором буев Argo ученые надеются собрать достаточно данных, чтобы опережать потенциально опасные тенденции, которые они наблюдают в продуктивности океана, чтобы они могли своевременно предупреждать и готовить рыбные хозяйства и прибрежные сообщества. «У нас есть полезные численные модели, - говорит Джонсон, - но они имеют серьезные ограничения, и есть вещи, которых мы не ожидали».