Вчені NASA тестують новий інструмент для відстеження цвітіння водоростей

На той час, коли вони закінчаться, низка масштабних розквітів водоростей уздовж західного узбережжя Флориди у 2020 році буде пов’язана з приблизно 2000 тоннами мертвих морських мешканців навколо затоки Тампа. Людські втрати також були суттєвими, включаючи двозначне збільшення випадків астми в округах Сарасота та Пінеллас, а також оцінені збитки в розмірі близько 1 мільярда доларів у різних секторах економіки від туризму до рибальства.

Супутники, що обертаються навколо Землі, десятиліттями використовувалися для виявлення цвітіння водоростей із космосу, що дає змогу частіше проводити спостереження на більших територіях, ніж це можливо шляхом прямого відбору проб води. Найпоширеніший метод спостереження покладається на видимий спектр для вимірювання кольору океану. Однак цей підхід здебільшого обмежувався умовами ясного неба.

Нещодавнє дослідження в Geophysical Research Letters, проведене вченими з Лабораторії реактивного руху NASA в Південній Каліфорнії, показало, як один космічний інструмент під назвою TROPOMI, або TROPOspheric Monitoring Instrument, зміг вдивитися крізь тонкі хмари, щоб відкрити потужні підказки про Karenia brevis. (або K. brevis), мікроскопічних водоростей, відповідальних за цвітіння 2020 року. Покращена здатність TROPOMI «бачити» та вимірювати тонкі хвилі світла потенційно може допомогти федеральним агентствам і місцевим громадам краще прогнозувати та керувати шкідливими спалахами. (TROPOMI літає на борту європейського космічного корабля Sentinel 5P, який був запущений у 2017 році.)

Вчені досліджували шельф Західної Флориди, ділянку континентальної кори, що тягнеться дугою від Панхендла до Кіс. Починаючи з інших частин Мексиканської затоки, K. brevis переноситься до берегової лінії сильними вітрами та океанськими течіями. Нещодавні дослідження показали, що західна Флорида, як і багато прибережних громад, може бути дедалі більш вразливою до спалахів, оскільки ці водорості процвітають у багатих поживними речовинами теплих умовах, які підживлюються стоком, добривами та зміною клімату.

Системи моніторингу та прогнозування шкідливого цвітіння водоростей доступні в багатьох штатах і прибережних регіонах, включаючи Мексиканську затоку та Великі озера. Національне управління океанічних і атмосферних досліджень (NOAA) співпрацює з академічними, державними, племінними та місцевими партнерами, щоб розробити та випустити шкідливі прогнози цвітіння водоростей, подібні до прогнозів погоди, протягом сезонів, коли відбувається цвітіння.

Події K. brevis викликають особливе занепокоєння, оскільки водорості виробляють потужний нейротоксин, який у високих концентраціях може спричинити масову загибель риби та отруїти морських мешканців, таких як черепахи, ламантини та птахи. Токсин також можна вдихати, викликаючи респіраторні захворювання у людей, і він може накопичуватися в молюсках, що призводить до шлунково-кишкових захворювань у людей, які їх споживають.

Коли водорості живляться та ростуть за допомогою фотосинтезу, K. brevis випромінює слабке червоне світіння, яке називається сонячною флуоресценцією (червоний SIF), яке можна виявити деякими супутниковими приладами, включаючи TROPOMI, який насправді був розроблений для вимірювання забруднення повітря.

Просіюючи дані TROPOMI, отримані вздовж узбережжя західної Флориди між 2018 і 2020 роками, команда виявила, що інструмент зібрав приблизно вдвічі більше інформації про флуоресценцію, випромінювану водоростями, ніж спостерігали попередні методи, які покладаються на колір океану. Розширені можливості TROPOMI для отримання зображень, включаючи чотири спектрометри, що вимірюють світло в діапазоні від ультрафіолетового до короткохвильового інфрачервоного, дозволяють йому проникати крізь тонкий хмарний покрив і частіше отримувати вимірювання поверхні океану.

Космічна перевага

Вчені заявили, що їхні висновки демонструють цінність використання TROPOMI окремо або в поєднанні з іншими інструментами спостереження за Землею, такими як давній інструмент NASA MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer), на борту супутників Aqua і Terra. MODIS вимірює колір океану і зараз використовується екологічними менеджерами у Флориді та інших місцях для виявлення водоростей у ясні дні.

Ще один інструмент кольору океану, запуск якого заплановано на початку 2024 року, дивитиметься на морські екосистеми світу як ніколи раніше. Місія NASA PACE або Plankton, Aerosol, Cloud, Ocean Ecosystem вивчатиме фітопланктон та іншу біологію океану, атмосферні аерозолі та хмари на набагато більшій довжині хвилі, ніж попередні датчики. Ці спостереження допоможуть спрогнозувати появу шкідливих водоростей, а також цикл бум-спад рибальства та інші фактори, які впливають на комерційні та рекреаційні галузі.

«Протягом майже 20 років датчики кольору океану були основою для супутникового моніторингу шкідливого цвітіння водоростей», — сказала провідний автор Келлі Луїс, науковий співробітник програми NASA в JPL. «Це застосування TROPOMI red SIF демонструє, як поєднання супутникових технологій може зміцнити системи раннього попередження за межами ясного неба».

Доведено, що раннє попередження через супутник має реальні переваги. Недавнє тематичне дослідження показало, що раннє виявлення ціанобактерій в озері Юта призвело до значної економії на охороні здоров’я, втрати робочого часу та інших економічних втрат. Кілька днів попереднього попередження можуть призвести до швидших дій на місцях, включаючи сповіщення громадськості та навіть закриття пляжів. Джерело