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一種新的3D地圖可能有助于研究人員跟蹤和預(yù)測(cè)海洋對(duì)氣候變化的反應(yīng)。海洋中幾乎到處都有生命，除了在某些地方，氧氣自然驟降，水域變得不適合大多數(shù)有氧生物生存。這些荒涼的水池是“缺氧區(qū)”(或稱ODZs)。盡管它們只占海洋總體積的不到1%，但它們是一氧化二氮的重要來(lái)源，這是一種強(qiáng)效的溫室氣體。它們的邊界也會(huì)限制漁業(yè)和海洋生態(tài)系統(tǒng)的范圍。
現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院的科學(xué)家已經(jīng)生成了世界上最大的ODZs的最詳細(xì)的3D“地圖集”。新“地圖集”提供了熱帶太平洋兩個(gè)主要缺氧水體的高分辨率地圖。這些地圖顯示了每個(gè)ODZ的體積、范圍和不同的深度，以及細(xì)微的特征，如侵入到其他缺氧區(qū)的含氧水帶。
該團(tuán)隊(duì)使用一種新的方法來(lái)處理超過(guò)40年的海洋數(shù)據(jù)，包括由許多研究船和部署在熱帶太平洋的自主機(jī)器人所進(jìn)行的近1500萬(wàn)次測(cè)量。研究人員匯編并分析了這些龐大而精細(xì)的數(shù)據(jù)，以生成不同深度的缺氧區(qū)地圖。
根據(jù)這些地圖，研究人員估計(jì)了熱帶太平洋中兩個(gè)主要的缺氧區(qū)的總體積，比以前的努力更精確。第一個(gè)區(qū)域，從南美洲海岸延伸出來(lái)，測(cè)量了大約60萬(wàn)立方公里--大約相當(dāng)于填滿2400億個(gè)奧林匹克水池的水量。第二個(gè)區(qū)域，在中美洲沿海，大約是三倍大。
該地圖集可作為今天ODZ位置的一個(gè)參考。該團(tuán)隊(duì)希望科學(xué)家們能夠通過(guò)持續(xù)的測(cè)量來(lái)增加這個(gè)地圖集，以更好地跟蹤這些區(qū)域的變化，并預(yù)測(cè)它們?nèi)绾坞S著氣候變暖而轉(zhuǎn)移。
“人們普遍預(yù)計(jì)，隨著氣候變暖，海洋將失去氧氣。但熱帶地區(qū)的情況更加復(fù)雜，那里有大片的缺氧區(qū)，”21歲的Jarek Kwiecinski說(shuō)，他與麻省理工學(xué)院地球、大氣和行星科學(xué)系的Cecil和Ida Green職業(yè)發(fā)展教授Andrew Babbin一起開(kāi)發(fā)了這個(gè)地圖集。“創(chuàng)建這些區(qū)域的詳細(xì)地圖是很重要的，這樣我們就有了未來(lái)變化的比較點(diǎn)。”
該團(tuán)隊(duì)的研究于12月27日出現(xiàn)在《全球生物地球化學(xué)循環(huán)》雜志上。
缺氧區(qū)是自然發(fā)生的大面積、持續(xù)的海洋區(qū)域，是海洋微生物吞噬下沉浮游植物和周?chē)锌捎醚鯕獾慕Y(jié)果。這些區(qū)域恰好位于錯(cuò)過(guò)洋流的區(qū)域，而洋流通常會(huì)給這些區(qū)域補(bǔ)充含氧的水。因此，ODZ是相對(duì)永久性的缺氧水域，可能存在于海面下35米至1000米的海洋中層深度。從某種角度來(lái)看，海洋的平均深度為4000米左右。
在過(guò)去的40年里，研究船通過(guò)把瓶子扔到不同的深度，拖起海水，然后由科學(xué)家測(cè)量氧氣來(lái)探索這些地區(qū)。
“但是，當(dāng)你試圖測(cè)量真正的零氧時(shí)，有很多來(lái)自瓶子測(cè)量的人工制品，” Babbin說(shuō)。“我們?cè)谏疃炔渴鸬乃兴芰隙汲錆M了氧氣，可以浸出到樣品中。當(dāng)所有的事情都完成后，這種人為的氧氣會(huì)夸大海洋的真實(shí)值。”
該團(tuán)隊(duì)沒(méi)有依賴瓶子樣本的測(cè)量，而是研究了附著在瓶子外面的傳感器或與機(jī)器人平臺(tái)集成的數(shù)據(jù)，這些傳感器可以改變其浮力以測(cè)量不同深度的水。這些傳感器測(cè)量各種信號(hào)，包括電流的變化或由光敏染料發(fā)出的光的強(qiáng)度，以估計(jì)溶解在水中的氧氣量。與代表單一離散深度的海水樣本不同，這些傳感器在水柱中下降時(shí)連續(xù)記錄信號(hào)。
科學(xué)家們?cè)噲D使用這些傳感器數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)ODZ中氧氣濃度的真實(shí)值，但發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換這些信號(hào)是非常棘手的，特別是在濃度接近零時(shí)。
“我們采取了一種非常不同的方法，使用測(cè)量數(shù)據(jù)不是看它們的真實(shí)值，而是看這個(gè)值在水體中是如何變化的，”Kwiecinski說(shuō)。“這樣我們就可以識(shí)別缺氧水域，而不管一個(gè)特定的傳感器顯示的是什么。”
研究小組推斷，如果傳感器顯示在一個(gè)連續(xù)的、垂直的海洋部分的氧氣值是恒定的、不變的，而不考慮真實(shí)的數(shù)值，那么這很可能是一個(gè)跡象，表明氧氣已經(jīng)見(jiàn)底了，而且這個(gè)部分是缺氧區(qū)的一部分。
研究人員匯集了近1500萬(wàn)個(gè)傳感器的測(cè)量值，這些測(cè)量值是由不同的研究船和機(jī)器人浮筒在40年里收集的，并繪制了氧氣不隨深度變化的區(qū)域。Babbin說(shuō)：“我們現(xiàn)在可以看到太平洋地區(qū)缺氧水的分布是如何在三維空間中變化的。”
該小組繪制了熱帶太平洋中兩個(gè)主要缺氧區(qū)的邊界、體積和形狀，一個(gè)在北半球，另一個(gè)在南半球。他們還能夠看到每個(gè)區(qū)域內(nèi)的細(xì)微細(xì)節(jié)。例如，缺氧的水域"更厚"，或更集中在中間，而在每個(gè)區(qū)域的邊緣似乎更薄。
"我們還可以看到差距，在那里看起來(lái)像是在淺水區(qū)的缺氧水域中有著大的缺口，"Babbin說(shuō)。“有一些機(jī)制將氧氣帶入這個(gè)區(qū)域，使它與周?chē)乃啾茸兊煤酢?rdquo;
對(duì)熱帶太平洋缺氧區(qū)的這種觀察比迄今為止所測(cè)量的更加詳細(xì)。Babbin說(shuō)：“這些缺氧區(qū)的邊界是如何形成的，以及它們延伸多遠(yuǎn)，以前都無(wú)法解決?，F(xiàn)在我們對(duì)這兩個(gè)區(qū)域在面積范圍和深度方面的比較有了一個(gè)更好的想法。”
“這給了你一個(gè)可能發(fā)生的事情的草圖，” Kwiecinski說(shuō)。“利用這個(gè)數(shù)據(jù)匯編，人們可以做更多的事情來(lái)了解海洋的氧氣供應(yīng)是如何被控制的。”
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