К сожалению, тот же принцип может применяться к пластиковому мусору, радиоактивным частицам и практически к любым другим искусственным обломкам и летучим самолетам, которые засоряют наши моря, как выяснили исследователи. Таким образом, загрязнение может стать проблемой далеко не там, где оно возникло, всего за несколько лет.
Открытие того, что объекты могут перемещаться по земному шару всего за 10 лет, предполагает, что биоразнообразие океана может быть более устойчивым к изменению климата, чем считалось ранее, согласно исследованию, опубликованному на этой неделе в журнале Nature Communications. Фитопланктон составляет основу морской пищевой цепи, и его быстрое распространение может позволить им быстро заселить районы, где их уничтожили потепление морей или закисление океана.
«Наше исследование показывает, что океан довольно эффективно перемещает предметы», – сказал Брор Фредрик Йонссон, младший научный сотрудник Департамента геонаук Принстона, который проводил исследование с соавтором Джеймсом Р. Уотсон, бывший научный сотрудник Принстонского университета, ныне научный сотрудник Стокгольмского университета.
«Это стало сюрпризом для многих, и на самом деле мы потратили около двух лет на подтверждение этой работы, чтобы убедиться, что мы ее сделали правильно», – сказал Йонссон.
По словам Йонссона, одной из сильных сторон модели является ее подход к отслеживанию фитопланктона, куда бы они ни направлялись, по всему миру, а не на их поведении в одном регионе. Поскольку большинство морских организмов мобильны, этот подход отслеживания частиц может дать новые идеи по сравнению с подходом к изучению одной области океана.
Полученная модель работает для объектов, которые не могут контролировать свое движение, таких как фитопланктон, бактерии и антропогенный мусор.
Организмы, которые могут контролировать свое движение даже в небольшом количестве, например зоопланктон, который может контролировать свое вертикальное положение в воде, в модели не учитываются. Модель также не применима к таким объектам, как лодки, которые выступают над водой и которые могут толкать поверхностный ветер.
Команда применила компьютерный алгоритм для расчета самого быстрого маршрута, по которому объект может пройти через океанские течения между различными точками земного шара. В большинстве предыдущих исследований рассматривалось только перемещение фитопланктона внутри регионов.
Полученная база данных, по словам Йонссона, аналогична диаграмме пробега, которую можно найти на дорожной карте или атласе, показывающей расстояние между двумя городами, за исключением того, что Йонссон и Ватсон указывают скорость движения между разными точками.
Исследователи подтвердили, что время прохождения, рассчитанное их моделью, было похоже на время, необходимое для того, чтобы реальные объекты, случайно брошенные в океан, были перенесены течениями. Например, 29 000 резиновых уток и других пластиковых игрушек для ванн были сброшены с китайского грузового судна в 1992 году и с тех пор отслеживаются как метод понимания океанских течений.
Аналогичная полезность возникла в результате «Великого разлива обуви в 1990 году», когда более 60 000 кроссовок Nike погрузились в океан недалеко от Аляски и с тех пор катались по течениям у тихоокеанского северо-запада. Модель исследователей также соответствовала количеству времени, которое потребовалось радиоактивным частицам, чтобы достичь западного побережья Соединенных Штатов с японской АЭС Фукусима I, которая выбросила большое количество радиоактивных материалов в Тихий океан после серьезного ущерба от цунами в марте.
2011 г. Фактическое время прохождения материалов составило 3.6 лет; модель рассчитала, что потребуется 3.5 лет.
Для создания модели Джонссон и Ватсон получили данные о поверхностных токах из базы данных смоделированных глобальных поверхностных токов, разработанной в Массачусетском технологическом институте и размещенной в Лаборатории реактивного движения НАСА в Калифорнии.
В этот виртуальный мир они выпустили тысячи частиц, которые представляли фитопланктон, а затем несколько раз запускали моделирование, сравнивая прошлые и настоящие прогоны на предмет точности и внося изменения для улучшения модели. В конечном итоге они отследили более 50 миллиардов положений частиц, что составляет лишь часть реального количества фитопланктона в океане.
Поскольку фитопланктон в основном размножается бесполым путем – а это означает, что один организм может производить потомство, – только одному человеку необходимо достичь новой области, чтобы колонизировать ее. Этот факт побудил команду взглянуть на кратчайшее время, которое требуется, чтобы облететь мир, а не на среднее время. «Правило для нашего фитопланктона -« двигайся как можно быстрее », – сказал Йонссон.
Чтобы сократить вычислительные ресурсы, необходимые для отслеживания частиц, исследователи рассчитали самый быстрый способ добраться из одного места в другое, используя ярлык, обычно используемый в приложениях для смартфонов и автомобильных навигационных системах. Метод, названный «алгоритмом Дейкстры» в честь покойного голландского компьютерного ученого Эдсгера Дейкстры, который разработал его в 1950-х годах, рассчитывает, как добраться от A до C, если вы знаете маршрут от A до B и от B до C.
«Алгоритм Дейкстры – это способ оптимизации кратчайшего пути между двумя позициями, когда у вас есть сеть возможных местоположений, и мы использовали его для поиска путей, когда не было прямой связи из одного региона в другой», – сказал Уотсон.
Хотя каждый шаг на пути из одного региона в другой может быть маловероятным, тот факт, что один организм фитопланктона, который живет всего несколько недель, может дать миллионы потомков, означает, что даже у маловероятных путей найдутся последователи.
Профессор морских наук Пер Йонссон из Центра моря и общества Гетеборгского университета в Швеции сказал, что анализ предлагает новый взгляд на глобальную связь. «Это первая попытка определить временные масштабы связности и возможных барьеров для распространения планктона по всем океанам», – сказал Йонссон, который не участвовал в исследовании и не связан с автором исследования Брором Йонссоном. "Общая идея заключается в том, что все части поверхности океана связаны между собой в удивительно коротких временных масштабах.
«Это означает, что региональное снижение приспособленности планктона из-за изменения климата может сдерживаться относительно быстрой иммиграцией в сочетании с сортировкой сообществ или эволюционными изменениями», – продолжил Йонссон. "Авторы также предлагают практический и прогностический инструмент для ряда исследований, касающихся глобального распространения океана, включая распространение загрязнителей и морского мусора."