Ученые МГИ разработали метод автоматического определения ареала цветения цианобактерий

В журнале «Harmful Algae»  вышла статья «Spatial distribution and interannual variability of cyanobacteria blooms on the North-Western shelf of the Black Sea in 1985-2019 from satellite data»  («Пространственное распределение и межгодовая изменчивость цветения цианобактерий на северо-западном шельфе Черного моря в 1985-2019 гг. по спутниковым данным») https://doi.org/10.1016/j.hal.2021.102128.

Авторы статьи – ученые Морского гидрофизического института РАН:

•    к.ф.-м.н. ведущий научный сотрудник зав. лабораторией инновационных методов и средств океанологических исследований Арсений Александрович Кубряков;

•    младший научный сотрудник отдела динамики океанических процессов Павел Николаевич Лишаев;

•    к.ф.-м.н., старший научный сотрудник, зав. отделом дистанционных методов исследования Сергей Владимирович Станичный;

•    младший научный сотрудник отдела дистанционных методов исследований Анна Адиловна Алескерова;

•    младший научный сотрудник отдела дистанционных методов исследований Алеся Викторовна Медведева.

Цианобактерии обладают большой биомассой и вызывают массовые цветения вод в Азовском, Черном и Каспийском морях с концентрацией клеток более 1 млн/л. Из-за ряда факторов эти массовые цветения приводят к опасным последствиям для всей экосистемы. Подавляющее большинство данных водорослей являются токсичными. При отмирании этих организмов в воду поступают анатоксины, которые губительно действуют на биоту, приводя к исчезновению некоторых видов водорослей, замору рыб и пр. Некоторые из них синтезируют циклические вещества, которые разрушают клетки печени. Микроцистин – яд, выделенный из Microcystis, вызывает изменения в двигательной активности рыб, что негативно сказывается на их кормовом и репродуктивном поведении. Длительное поступление токсинов микроцистиса и нодулярий в организм человека приводит к онкологическим заболеваниям. Цианобактерии образуют мощные поверхностные пленки, которые значительно ослабляют поступление света, затрудняя развитие фитопланктона в глубинных слоях и донных водорослей. Эти пленки могут значительно прогреваться в дневной период, снижая растворимость кислорода. Кроме того, сами цианобактерии потребляют большое количество кислорода в ночной период, что в результате может приводить к развитию гипоксии вод и значительному ухудшению экологического состояния акваторий.

Ученым Морского гидрофизического института удалось на основе спутниковых данных за многолетний период (с 1985 по 2020 г.) разработать новый спектральный метод автоматического выделения массовых цветений потенциально токсичных цианобактерий в Черном море. Данный метод позволил получить ежедневные карты областей, покрытых этими опасными водорослями, изучить их основные источники и ареалы распространения, исследовать их изменения от года к году и от сезона к сезону, выявить основные физические факторы, которые влияют на их развитие и угасание. Было выявлено, что в Черном море существует два основных источника цианобактерий – устье Дуная и Днепро-Бугский лиман. Цианобактерии могут распространяться от этих источников на сотни километров, достигая даже акваторий Крыма. Максимальное развитие цианобактерий было отмечено в штилевых условиях в период интенсивного прогрева вод в июле и августе. Данные спутниковых снимков после 2010 г. показывают, что происходят постепенное очищение водоёма и, соответственно, снижение интенсивности потенциально опасных цветений.

«В статье представлен метод, который позволяет автоматически определять ареалы цветений цианобактерий. Это дает возможность выделять потенциально опасные районы для экосистемы и человека в реальном времени», - прокомментировал автор статьи Арсений Кубряков.

Исследование проводилось на основе спутниковых оптических данных среднего и высокого разрешения, спутниковых измерений скорости течений и температуры. Авторами статьи были изучены спутниковые снимки высокого разрешения за 35 лет и проведен анализ особенностей оптического спектра в областях цветения цианобактерий, отмеченных на снимках. Эти особенности послужили основой для разработки нового спектрального метода автоматического выделения цветений цианобактерий в морской среде. Далее на основе полученных данных ученые изучили особенности распространения и эволюции опасных цветений в разные сезоны и под влиянием разных гидрометеорологических факторов.

Работа велась в рамках проекта РНФ «Изменчивость биооптических характеристик Черного моря по измерениям буев Био-Арго и спутниковым данным». Этот проект направлен на разработку новых методов исследования биологических характеристик Черного моря и исследование влияния различных физических факторов (течений, температурных условий, перемешивания водных масс) на развитие различных типов фитопланктона в Черном море.

«В нашей работе мы показали, что разработанный метод спутниковой идентификации цианобактерий потенциально пригоден для любой акватории Мирового океана. Мы планируем получить данные о распределении и изменчивости цианобактерий во всем мире – в прибрежных акваториях и в крупных озерах. Такая работа позволит выявить глобальные закономерности в развитии этих водорослей и определить новые места их обитания», - пояснил Арсений Кубряков.

Информация предоставлена отделом популяризации научной деятельности ФГБУН ФИЦ МГИ

Источник фото: ru.123rf.com