Геотрассы

GEOTRACES — международная исследовательская программа по улучшению понимания морских биогеохимических циклов .

GEOTRACES организован на международном уровне под эгидой Научного комитета по океаническим исследованиям (первоначально в рамках Международного совета по науке ). Его управление контролируется Научным руководящим комитетом (SSC) , в состав которого входят представители 15 стран со всего мира, а программа предполагает активное участие более 30 стран.

Концепция цикла описывает путь, по которому химический элемент перемещается через три основных отсека Земли (такие как континенты, атмосфера и океан). Поскольку эти циклы напрямую связаны с динамикой климата и сильно зависят от глобальных изменений, важно дать им количественную оценку. ^{[1] [2] [3]}

GEOTRACES фокусируется на океанической части циклов, стремясь картировать распределение микроэлементов и изотопов в океане и понять процессы, контролирующие это распределение. Некоторые из этих микроэлементов напрямую связаны с климатом, например, через их роль в качестве основных питательных веществ для жизни; другие позволяют количественно оценить океанические процессы (происхождение и динамика вещества, возраст водных масс и т. д.); некоторые из них являются загрязнителями (например, свинец или ртуть). Таким образом, моделирование на основе собранных данных позволит достичь существенного прогресса в понимании текущего и прошлого океана и улучшить прогнозы реакции океана на глобальные изменения.

После нескольких лет планирования и реализации в 2006 году был опубликован Научный план GEOTRACES, а в январе 2010 года программа GEOTRACES официально начала свою морскую деятельность. Ожидается, что эта фаза продлится десять лет.

Микроэлементы служат регуляторами биологических процессов в океане, влияя на динамику морской экосистемы и углеродный цикл . Несмотря на эту значимость, знания о морских биогеохимических циклах этих основных микроэлементов на удивление неполны. GEOTRACES количественно оценивает поставку, удаление, внутреннюю цикличность, химическую форму и распределение основных микроэлементов и других микроэлементов. Понимание чувствительности этих биогеохимических циклов к изменяющимся условиям окружающей среды улучшит прогнозы реакции океана на глобальные изменения.

Циклы многих микроэлементов и изотопов значительно пострадали от деятельности человека, что увеличило выбросы вредных элементов в океан. Акцент GEOTRACES на понимании процессов, регулирующих морские биогеохимические циклы микроэлементов, улучшит прогнозирование переноса и судьбы загрязняющих веществ в океане и тем самым поможет защитить морскую среду.

Многое из того, что известно об условиях океана в прошлом и, следовательно, о роли океана в изменчивости климата, получено из следовых элементов и изотопных моделей, зарегистрированных в морских архивах (отложения, кораллы и т. д.). Более глубокие знания о процессах, управляющих этими трассерами в современном океане, улучшат интерпретацию условий океана в прошлом, на основе которых можно будет сделать более надежный прогноз будущих изменений.

Преимущества будут реализованы путем достижения двух всеобъемлющих целей:

• Определить глобальное распределение в океане отдельных микроэлементов и изотопов, а также оценить источники, стоки и внутреннюю цикличность этих видов с целью более полной характеристики физических, химических и биологических процессов, регулирующих их распределение.
• Понять реакцию микроэлементов и изотопных циклов на глобальные изменения, помочь предсказать будущее и улучшить химические показатели прошлых изменений в океанической среде.

Центральным компонентом GEOTRACES является серия круизов, охватывающих мировой океан и собирающих пробы из всей толщи воды. Эти специализированные круизы GEOTRACES собирают морскую воду для анализа широкого спектра микроэлементов и изотопов. Эта стратегия руководствуется принципом, что больше можно узнать посредством дополнительного исследования нескольких микроэлементов, чем можно достичь при исчерпывающем изучении одного элемента в изоляции.

Первый круиз GEOTRACES состоялся в августе 2005 года под номером GPc06 в северной части Тихого океана, хотя официально программа была запущена в январе/феврале 2010 года. ^{[4] [5]} Первый американский круиз GEOTRACES состоялся осенью 2010 года на исследовательском судне Knorr в Северной Атлантике. ^[6]

Обеспечение точности результатов имеет важное значение, если GEOTRACES собирается создать значимый глобальный набор данных. С этой целью Комитет по стандартам и интеркалибровке (S&I) [1] отвечает за обеспечение того, чтобы в программе GEOTRACES генерировались правдивые и точные данные посредством использования соответствующих протоколов отбора проб, аналитических стандартов и сертифицированных справочных материалов, а также активного обмена методами и результатами.

Поскольку концентрация, активность или химическая видоизменение микроэлемента или изотопа могут зависеть от методов отбора проб, обработки проб и аналитических определений, GEOTRACES следует стратегии круизов, чтобы занять общую станцию ​​вдоль их трансект. В то же время два круиза под руководством США (2008 и 2009) предоставили образцы для интеркалибровки лабораториям из многих стран. Образцы морской воды доступны для использования другими лабораториями, которые хотят присоединиться к этим усилиям.

Простые сравнения данных, такие как глубинные профили, показывают, имеются ли разногласия, и если да, исследователи могут пересмотреть свои методы и даже обработку данных, чтобы выявить и устранить проблемы.

Компиляция данных в безопасные и легкодоступные для поиска базы данных обеспечивает простоту использования и является основополагающим фактором успеха программы. Центр сбора данных GEOTRACES (GDAC) отвечает за компиляцию, контроль качества и безопасное архивирование данных, полученных из национальных центров данных и из основных международных круизов GEOTRACES. Его основными целями являются интеграция основных данных GEOTRACES в глобальные наборы данных и предоставление этих данных участвующим ученым и более широкому научному сообществу в соответствии с политикой данных GEOTRACES. GDAC размещается в Британском центре океанографических данных , и за ним наблюдает специальный комитет с международным представительством.

Продукты данных GEOTRACES доступны бесплатно в Интернете. Третий промежуточный продукт данных (IDP2021) был выпущен в ноябре 2021 года. Он содержит гидрографические и морские геохимические данные, полученные в течение первых 10 лет программы. Основной мотивацией распространения продукта в настоящее время является укрепление и интенсификация сотрудничества с более широким сообществом исследователей океана. В то же время GEOTRACES ищет обратную связь для улучшения будущих продуктов данных.

Промежуточный продукт данных GEOTRACES ^{[7] [8] [9]} состоит из двух частей: пакета цифровых данных и электронного атласа eGEOTRACES .

Пакет цифровых данных (доступный по адресу http://www.bodc.ac.uk/geotraces/data/dp) содержит данные 77 круизов и более 800 гидрографических и геохимических параметров. Данные охватывают весь мировой океан, причем самая высокая плотность данных наблюдается в Атлантике.

Электронный атлас eGEOTRACES ( доступный на сайте www.egeotraces.org) основан на пакете цифровых данных и предоставляет 2D и 3D изображения распределения многих параметров в океане. 3D-фигуры предоставляют географический контекст, имеющий решающее значение для правильной оценки протяженности и происхождения трассерных шлейфов, а также для выведения процессов, действующих на трассеры и формирующих их распределение. Многочисленные ссылки на другие трассеры, разрезы и бассейны, обнаруженные на графиках разрезов и 3D-анимации, позволяют быстро переключаться между параметрами и доменами и облегчают сравнительные исследования. Кроме того, eGEOTRACES может помочь в обучении и просветительской деятельности, а также может облегчить передачу общественно значимых научных результатов заинтересованным неспециалистам или лицам, принимающим решения.

Первоначально GEOTRACES SSC возглавляли сопредседатели, профессор Роберт Ф. Андерсон из обсерватории Земли Ламонт-Доэрти (Колумбийский университет) и профессор Гидеон М. Хендерсон из Оксфордского университета . В конечном итоге сопредседателями стали доктор Мейв Лохан из Саутгемптонского университета и доктор Карен Касиотти из Стэнфордского университета . ^{[ когда? ]}

В 2018 году посты председателей SSC занимали Фиби Лэм ( Калифорнийский университет в Санта-Крузе ) и Энди Боуи ( Университет Тасмании ). ^[10]

• Веб-сайт программы GEOTRACES
• Международный центр сбора данных GEOTRACES (GDAC)
• База данных рецензируемых статей GEOTRACES