Фотография красных приливов на озере Милфорд, Канзас. Источник: USGS на Unsplash Фитопланктон – это одноклеточные водоросли, для роста которых необходимы солнечный свет и питательные вещества. При избытке питательных веществ и при подходящей температуре происходит быстрое увеличение концентрации водорослей, которое называют цветением.
Хотя большинство видов фитопланктона безвредны для других организмов, некоторые вырабатывают токсины, опасные даже в низких концентрациях. Токсичные вещества по пищевой цепи попадают к моллюскам, рыбам, птицам и млекопитающим, а затем и к нам в пищу. Токсины некоторых цианобактерий могут вызывать у человека заболевания печени, пищеварительной системы, неврологические и кожные заболевания.
Массовые цветения вредных водорослей называют красными приливами, однако этот термин вводит нас в заблуждение, поскольку окрашивать воду могут не только вредоносные водоросли. Более подходящий термин для этого явления – вредоносное цветение водорослей (ВЦВ).
С годами частота и масштабы ВЦВ по всему миру только увеличиваются. Развитие городов, сельского хозяйства и промышленности способствуют проявлению вредоносного цветения в озерах, заливах и прибрежных водах, так как в стоках иногда может образоваться избыток питательных веществ — в первую очередь фосфора и азота. Выбросы теплых вод, а также глобальное потепление и связанные с ним изменения в гидрологическом цикле создают еще более подходящую среду для фитопланктона.
В последние десятилетия масштабы цветения фитопланктона увеличились во всем мире, о чем свидетельствуют глобальные данные ДЗЗ. Случаи цветения участились вдоль западного побережья Северной Америки, северного побережья Перу Южной Америки, участков побережья Намибии в Африке и у южной оконечности Индии. В Восточной Азии цветение усилилось у Шанхая и вдоль западного побережья Кореи. Увеличение цветения также наблюдалось в закрытых и полузакрытых бассейнах, таких как Балтийское и Азовское моря.
ВЦВ снижает концентрацию кислорода в воде и приводит к гибели живых организмов. Некоторые виды вредоносных водорослей каждый год появляются в одних и тех же регионах, другие появляются спонтанно, приводя к неожиданной гибели коралловых рифов, рыб, моллюсков, млекопитающих и птиц. Экономически ВЦВ приводит к истощению рыбных запасов, потерям для туризма, а также к затратам на мониторинг и очистку воды.
Дистанционное зондирование красных приливов
Для мониторинга ВЦВ невозможно использовать лишь суда – их не так много, и они движутся слишком медленно, чтобы составить карту изменений цветения океана. Для решения этой задачи сейчас нет ничего эффективнее, чем космические наблюдения. Дистанционное зондирование позволяет делать частые снимки состояния ВЦВ, обеспечивая наблюдения, невозможные при использовании только наземного отбора проб.
В основном океанические воды имеют низкую продуктивность и на спутниковых снимках выглядят синими. В прибрежных районах и вблизи устьев рек вода кажется более зеленой, поскольку питательные вещества со дна и речного стока создают воды с высокой концентрацией планктона и высокой первичной продукцией.
За ВЦВ легко наблюдать с помощью мультиспектральных датчиков на спутниках благодаря их ярко выраженному цвету. Спутниковые измерения – это экономически эффективный метод мониторинга фитопланктона по хлорофиллу-a, зеленому пигменту, который присутствует во всех водорослях и используется в процессе фотосинтеза. Концентрацию хлорофилла-a обычно используют как показатель общего количества фитопланктона в воде – чем сильнее окрашена вода, тем выше концентрация.
Вспышки фитопланктона легко определить по резким изменениям цвета воды и по видимым пятнам на поверхности. Гиперспектральные датчики иногда даже позволяют определять таксоны водорослей – но только если у пигментов водорослей есть уникальные спектральные сигнатуры.
Рассмотрим основные спутники, используемые для измерения характеристик океана.
SeaWiFS, MODIS и MERIS были разработаны для мониторинга оптических свойств морских вод. Прибрежное и эстуарное цветение часто характеризуется оптически сложными, пестрыми водами, где растворенные органические вещества и взвеси мешают определять ВЦВ. Здесь помогают датчики с более высоким разрешением, такие как Landsat, которые полезны при изучении эвтрофных условий вдоль побережья.
При мониторинге хорошо помогает отслеживание условий окружающей среды, подходящих для ВЦВ: повышение температуры воды и поступление питательных веществ. Это позволяет предсказать, когда и где прибрежный регион будет затронут ВЦВ.
В некоторых случаях используются БПЛА, которые имеют ряд преимуществ перед спутниковыми системами – например, более высокое пространственное разрешение и большая гибкость в выборе времени и места сбора данных. Однако спутники могут оперативно охватывать большие площади океана и удобны для работы в глобальном или региональном масштабе.