اقیانوس‌های جهان همواره به‌عنوان یک سپر نجات سیاره عمل کرده‌اند. این پهنه‌های آبی، گرمای اضافی را جذب می‌کنند و حدود یک‌چهارم از کل دی‌اکسید کربن تولید شده توسط انسان را به خود اختصاص می‌دهند.
با این حال، این نقش حیاتی در سراسر اقیانوس‌ها یکنواخت نیست. برخی آب‌ها کربن جذب می‌کنند، برخی دیگر آن را آزاد می‌کنند و این تعادل ممکن است در عرض چند روز تغییر کند.
محدودیت نقشه‌های قبلی
تا پیش از این، بیشتر نقشه‌های جهانی این تغییرات را با میانگین‌های ماهانه و در شبکه‌هایی با دقت حدود ۱۰۰ کیلومتر ثبت می‌کردند.
اما اکنون محصول جدیدی به نام OceanSODA-ETHZ که با استفاده از ماهواره‌ها تهیه شده، این تصویر را تغییر داده است. این محصول هر هشت روز یک‌بار، نقشه‌هایی با دقت ۲۵ کیلومتر ارائه می‌دهد و جزئیاتی بی‌سابقه از مخزن کربن اقیانوس‌ها را نمایش می‌دهد.
پر کردن شکاف‌های داده با ماهواره‌ها
چالش‌های داده‌برداری مستقیم
اندازه‌گیری‌های مستقیم CO2 سطح آب توسط کشتی‌ها و بویه‌ها انجام می‌شود که در نتیجه، فاصله‌های زمانی و مکانی زیادی در داده‌ها وجود دارد.
نیکلاس گروبر، از ETH زوریخ و یکی از رهبران این پروژه توضیح داد:
«افزایش دقت این داده‌های جهانی بسیار دشوار است، زیرا اندازه‌گیری‌های مستقیم دی‌اکسید کربن در سطح اقیانوس‌ها بسیار پراکنده است.»
ترکیب داده‌های میدانی با داده‌های ماهواره‌ای
برای پر کردن این شکاف‌ها، تیم تحقیقاتی گروبر داده‌های میدانی را با داده‌های ماهواره‌ای ترکیب کردند. این ماهواره‌ها دمای سطح دریا، رنگ آب، سرعت باد و سایر متغیرهایی را که به توانایی آب در نگهداری CO2 مرتبط است، ثبت می‌کنند.
با وارد کردن این اطلاعات به الگوریتم‌های یادگیری ماشین، نقشه‌های جهانی با وضوح بالا و به‌روزرسانی‌های هشت‌روزه تهیه شد.
گروبر گفت:
«این نسخه جدید، پارامترهای سیستم کربن اقیانوس را هر هشت روز با وضوح حدود ۲۵ در ۲۵ کیلومتر نقشه‌برداری می‌کند که بیش از ۳۰ برابر دقیق‌تر از محصولات قبلی است.»
وی افزود:
«بخش حیاتی این روش، استفاده از داده‌های ماهواره‌ای است که اطلاعات دقیقی برای برآورد داده‌های گمشده در زمان و مکان فراهم می‌کند.»
ردیابی تغییرات سریع کربن اقیانوسی
تغییرات چشمگیر در بازه‌های کوتاه
در همایش اخیر “سیاره زنده” آژانس فضایی اروپا (ESA)، این مجموعه داده جدید ارائه شد و تغییرات چشمگیر کوتاه‌مدت را نشان داد.
تیمی که این پروژه را توسعه داده، انیمیشنی را منتشر کرده است که فصل طوفان‌های آتلانتیک در سال ۲۰۱۷ را نشان می‌دهد. در این فصل، طوفان‌هایی مانند ماریا و ایرما، آب‌های عمیق و غنی از کربن را به سطح آوردند.
در این انیمیشن، مناطق قرمز که نشان‌دهنده آزاد شدن CO2 از سطح دریاست، در زیر فلش‌های چرخان باد ظاهر می‌شوند و سپس با بازگشت لایه‌های سطحی خنک و غنی از اکسیژن محو می‌شوند.
کاربردهای تحقیقاتی جدید
جیمی شاتلر از دانشگاه اکستر، که در توسعه این محصول دخالت نداشته، در حال حاضر از این داده‌ها برای مطالعات طوفان‌ها استفاده می‌کند.
شاتلر گفت:
«به لطف جزئیات دقیق این داده‌ها، می‌توانیم تأثیر رویدادهایی مانند طوفان‌ها را بهتر جدا کنیم و درک بهتری از آن‌ها داشته باشیم. در این رویدادها، آب‌های عمیق و اغلب غنی از کربن به سطح آورده می‌شوند که می‌تواند باعث افزایش ناگهانی یا تغییر سطح دی‌اکسید کربن اقیانوس شود.»
دیدگاهی نو درباره اسیدی شدن اقیانوس‌ها
پیامدهای جذب CO2
هر مولکول CO2 که اقیانوس جذب می‌کند، با آب دریا واکنش می‌دهد و باعث کاهش pH و تغییر شیمی کربنات می‌شود. این فرایند موجب فرسایش اسکلت مرجان‌ها، نازک شدن صدف‌ها و تغییر در جامعه‌های پلانکتونی می‌شود.
رصد زنده اسیدی شدن
پیش از این، پژوهشگران برای پیگیری این مشکل به داده‌های پراکنده یا نقشه‌های کلی و کم‌دقت تکیه می‌کردند.
اما اکنون OceanSODA-ETHZ می‌تواند تغییرات pH سطحی و غلظت یون‌های کربنات را تقریباً به‌صورت زنده رصد کند و به دانشمندان این امکان را می‌دهد که اثرات صعود آب‌های عمیق، بارندگی یا ذوب یخ‌های دریایی بر شیمی محلی را بررسی کنند.
داده‌های چهار دهه گذشته
از آنجایی که این محصول داده‌هایی از سال ۱۹۸۵ به بعد را پوشش می‌دهد، تحلیل‌گران می‌توانند تغییرات دقیق در چهار دهه گذشته را بررسی کنند و مناطقی را که سیستم‌های حفاظتی ضعیف شده یا نقاط بحرانی جدید شکل گرفته‌اند، شناسایی کنند.
این اطلاعات می‌تواند در مدیریت شیلات، برنامه‌ریزی مناطق ساحلی و ارزیابی بودجه جهانی کربن به‌کار گرفته شود.
نقش آژانس فضایی اروپا در توسعه نقشه‌های جدید
این مجموعه داده بخشی از برنامه “علم برای جامعه” (FutureEO) آژانس فضایی اروپا است که استفاده نوآورانه از داده‌های ماهواره‌ای را پشتیبانی می‌کند.
روبرتو سابیا، دانشمند اقیانوس در آژانس فضایی اروپا گفت:
«این‌که می‌توانیم با این روش، بینش‌های جدیدی درباره تبادل دی‌اکسید کربن بین اقیانوس و جو – و به‌طور کلی اسیدی شدن اقیانوس – به دست آوریم، گامی بزرگ در علم اقیانوس است.»
محصولی پویا و در حال توسعه
گروبر و همکارانش تأکید می‌کنند که OceanSODA-ETHZ یک اطلس ثابت نیست، بلکه محصولی زنده است که می‌تواند داده‌های جدید کشتی‌ها را در خود جای دهد و از مأموریت‌های ماهواره‌ای آینده بهره‌برداری کند.
ماهواره‌هایی با وضوح بالاتر، مانند PACE ناسا و Copernicus Expansion آژانس فضایی اروپا، در آینده چشم‌اندازهای واضح‌تری از شکوفایی پلانکتون‌ها، زبری سطح دریا و مواد آلی حل‌شده فراهم خواهند کرد که همگی در تبادل کربن نقش دارند.
پیش‌بینی جذب منطقه‌ای کربن
هدف نهایی این پروژه، ترکیب این نقشه‌های دقیق با مدل‌های اقیانوس-اتمسفر برای ارائه پیش‌بینی‌های کوتاه‌مدت جذب منطقه‌ای کربن است؛ مشابه پیش‌بینی‌های روزانه هواشناسی.
چنین ابزارهایی می‌توانند به مدیران مناطق ساحلی هشدار دهند که چه زمانی احتمال عبور از آستانه‌های اسیدی شدن وجود دارد یا به مذاکره‌کنندگان در بهبود بودجه‌های ملی انتشار کربن با رصد دقیق‌تر منابع طبیعی کربن کمک کنند.
در حال حاضر، این محصول جدید درک ما را از نقش اقیانوس‌ها در تعدیل اقلیم دگرگون کرده است.
جایی که نقشه‌های قبلی تغییرات حیاتی را نادیده می‌گرفتند، OceanSODA-ETHZ چشم‌اندازی زنده و پویا از منظره کربنی اقیانوس‌ها ارائه می‌دهد؛ جایی که گرداب‌ها، طوفان‌ها و جریان‌های متغیر، اثری ماندگار بر بزرگ‌ترین مخزن کربن سیاره ما می‌گذارند.
منبع تصویر: ESA
