Цвет океана выдаёт невидимый мусор: что показали 20 лет спутниковых данных

За два десятилетия в районе Большого тихоокеанского мусорного пятна и вокруг него усилился блеск в синей и зелёной частях спектра. Как показало моделирование, подобный сдвиг правдоподобнее объяснить накоплением взвешенных частиц микропластика, нежели естественными переменами в экосистеме, пишет Nature.com.

Обнаружить из космоса частицы микропластика размером менее 300 мкм непросто. Дистанционные методы поиска крупного мусора работают на инфракрасном излучении и для столь мелких фракций не годятся. Такие частицы распределены в толще воды и занимают слишком малую долю пикселя на спутниковом снимке. Поэтому исследователи применили подход, которым обычно оценивают взвешенное в воде содержимое, к примеру фитопланктон, — измерение цвета океана в видимом диапазоне.

В работе проанализированы три 20‑летних массива спутниковых данных о коэффициенте отражения океана в северной части Тихого океана — с августа 2002 по сентябрь 2022 года: MODIS, GlobColour и OC‑CCI. Во всех трёх наборах в зоне Большого тихоокеанского мусорного пятна и рядом с ней выявлено статистически значимое усиление отражения сразу в синей и зелёной полосах спектра. Из‑за этого участки приобретают голубовато‑бирюзовый оттенок и выделяются на фоне окружающего океана. Наборы данных расходятся между собой: вероятно, сказываются дрейф датчика MODIS, а также разные способы объединения данных и атмосферной коррекции. Самые консервативные оценки дал OC‑CCI.

Чтобы понять, сколько микропластика способно вызвать подобный эффект, авторы провели моделирование переноса излучения в системе «атмосфера — океан». Выяснилось, что пластик повышает яркость с максимумом на длине волны 490 нм, а форма спектра при росте концентрации почти не меняется. На фоне погрешностей спутниковых измерений пластик становится заметен примерно с 5 мг на кубический метр воды. Если бы весь наблюдаемый рост яркости на 490 нм объяснялся только микропластиком, концентрация в самой яркой ячейке у западного края пятна увеличилась бы за период наблюдений на 11–25 мг/м³ — в зависимости от набора данных. Это сопоставимо с оценками по поверхностным тралам 2016 года, где максимальные концентрации более крупного микропластика (0,5–5 мм) могли превышать 17 мг/м³.

Далее методом Монте‑Карло авторы смоделировали более 50 000 спектров усиления яркости, варьируя содержание растворённого органического вещества, естественных взвешенных частиц и микропластика, а также состав фитопланктона. Оказалось, что одновременное усиление синего и зелёного отражения редко возникает без участия пластика: на такие «бирюзовые» спектры пришлось 3 % случаев. Для их появления требовались резкое сокращение растворённого органического вещества и взвеси и полная смена состава фитопланктона. Когда добавили микропластик, доля таких спектров выросла до 13 %, то есть более чем в 4 раза, а необходимые изменения в экосистеме стали заметно меньше.

Авторы не исключают заметных изменений экосистемы, в том числе из‑за химических загрязнителей, связанных с пластиком. Однако, по их оценке, наиболее правдоподобно сочетание умеренных экосистемных сдвигов и накопления микропластика. Другие возможные причины — цветение кокколитофорид и пылевые осаждения — маловероятны: по имеющимся данным, в этом районе кокколитофориды не были активны, а их цветение сместило бы цвет скорее к зелёному, тогда как поток пыли за последние годы не вырос.

Если подтвердится, что микропластик меняет цвет океана заметным из космоса образом, форма спектра такого усиления яркости сможет служить диагностическим признаком для спутникового мониторинга. Это важно, поскольку мелкие частицы сложнее всего обнаружить и практически невозможно удалить из воды, а именно они с наибольшей вероятностью попадают в основание морской пищевой сети. Для проверки выводов нужны прямые измерения оптических свойств воды и содержания частиц на разных глубинах в районе мусорного пятна.