Geoślady
GEOTRACES to międzynarodowy program badawczy, którego celem jest lepsze zrozumienie cykli biogeochemicznych w oceanach .
Pojęcie cyklu opisuje ścieżkę, po której pierwiastek chemiczny przemieszcza się przez trzy główne przedziały Ziemi (takie jak kontynenty, atmosfera i ocean). Ponieważ cykle te są bezpośrednio związane z dynamiką klimatu i są pod silnym wpływem zmian globalnych, konieczne jest ich ilościowe określenie.
Projekt GEOTRACES koncentruje się na oceanicznej części cykli, mając na celu zmapowanie rozmieszczenia pierwiastków śladowych i izotopów w oceanie oraz zrozumienie procesów kontrolujących to rozmieszczenie. Niektóre z tych pierwiastków śladowych są bezpośrednio związane z klimatem, na przykład poprzez ich rolę jako niezbędnych składników odżywczych dla życia; inne pozwalają na kwantyfikację procesów oceanicznych (pochodzenie i dynamika materii, wiek mas wody itp.); niektóre z nich to zanieczyszczenia (na przykład ołów lub rtęć). Modelowanie w oparciu o zebrane dane pozwoli zatem osiągnąć znaczny postęp w zrozumieniu obecnego i przeszłego stanu oceanów oraz udoskonalić prognozy reakcji oceanów na zmiany globalne.
GEOTRACES jest organizowany na arenie międzynarodowej pod auspicjami Komitetu Naukowego Badań Oceanicznych (Międzynarodowej Rady Nauki ). Jego zarządzanie jest nadzorowane przez Naukowy Komitet Sterujący (SSC), składający się z przedstawicieli 15 krajów z całego świata, a program obejmuje aktywny udział ponad 30 krajów.
GEOTRACES SSC był początkowo kierowany przez współprzewodniczących, prof. Roberta F. Andersona z Lamont-Doherty Earth Observatory (Columbia University) i prof. Gideona M. Hendersona z University of Oxford . Obecnymi współprzewodniczącymi są dr Maeve Lohan z University of Southampton i dr Karen Casciotti z Uniwersytetu Stanforda .
Geneza
Po kilku latach fazy planowania i udostępniania, w 2006 r. opublikowano plan naukowy GEOTRACES, aw styczniu 2010 r. program GEOTRACES oficjalnie rozpoczął działania na morzu. Oczekuje się, że faza ta potrwa dziesięć lat.
Wyzwania i korzyści
Pierwiastki śladowe służą jako regulatory procesów biologicznych w oceanie, wpływając na dynamikę ekosystemów morskich i obieg węgla . Pomimo tego znaczenia, wiedza na temat morskich cykli biogeochemicznych tych niezbędnych mikroelementów jest zaskakująco niekompletna. GEOTRACES określa ilościowo dostarczanie, usuwanie, obieg wewnętrzny, formę chemiczną i dystrybucję niezbędnych mikroelementów i innych pierwiastków śladowych. Zrozumienie wrażliwości tych cykli biogeochemicznych na zmieniające się warunki środowiskowe poprawi prognozy reakcji oceanów na globalne zmiany.
Na cykle wielu pierwiastków śladowych i izotopów znacząco wpłynęła działalność człowieka, która zwiększyła uwalnianie szkodliwych pierwiastków do oceanu. Nacisk projektu GEOTRACES na zrozumienie procesów regulujących morskie cykle biogeochemiczne pierwiastków śladowych poprawi przewidywanie transportu i losów zanieczyszczeń w oceanie, a tym samym pomoże chronić środowisko oceaniczne.
Wiele z tego, co wiadomo o warunkach panujących w oceanach w przeszłości, a tym samym o roli oceanów w zmienności klimatu, pochodzi z wzorców pierwiastków śladowych i izotopów zarejestrowanych w archiwach morskich (osady, koralowce itp.). Większa wiedza o procesach rządzących tymi znacznikami we współczesnym oceanie poprawi interpretację warunków oceanicznych w przeszłości, co pozwoli na bardziej wiarygodne przewidywanie przyszłych zmian.
Cele
Korzyści będą realizowane poprzez realizację dwóch nadrzędnych celów:
- Określenie globalnego rozmieszczenia wybranych pierwiastków śladowych i izotopów w oceanach oraz ocena źródeł, pochłaniaczy i wewnętrznego obiegu tych gatunków w celu pełniejszego scharakteryzowania procesów fizycznych, chemicznych i biologicznych regulujących ich rozmieszczenie.
- Zrozumienie reakcji cykli pierwiastków śladowych i izotopów na zmiany globalne, pomoc w przewidywaniu przyszłości i ulepszanie chemicznych wskaźników zastępczych dla przeszłych zmian w środowisku oceanicznym.
Zajęcia
Rejsy GEOTRACES
Centralnym elementem GEOTRACES jest seria rejsów obejmujących światowy ocean i próbkowanie całego słupa wody. Te dedykowane rejsy GEOTRACES pobierają wodę morską do analizy szerokiego zakresu pierwiastków śladowych i izotopów. Strategia ta opiera się na zasadzie, że dzięki uzupełniającemu badaniu wielu pierwiastków śladowych można dowiedzieć się więcej, niż można osiągnąć poprzez wyczerpujące badanie jednego pierwiastka z osobna.
Interkalibracja
Zapewnienie dokładności wyników jest niezbędne, jeśli GEOTRACES ma zbudować sensowny globalny zbiór danych. W tym celu [1] Komitet ds. Standardów i Interkalibracji (S&I) odpowiada za zapewnienie, że w programie GEOTRACES generowane są prawdziwe i dokładne dane poprzez stosowanie odpowiednich protokołów pobierania próbek, standardów analitycznych i certyfikowanych materiałów odniesienia oraz aktywne udostępnianie metod i wyników.
Ponieważ na stężenie, aktywność lub specjację chemiczną pierwiastka śladowego lub izotopu mogą wpływać metody pobierania próbek, obchodzenie się z próbkami i oznaczenia analityczne, GEOTRACES stosuje strategię rejsów, aby zajmować wspólną stację wzdłuż swoich transektów. W tym samym czasie podczas dwóch rejsów kierowanych przez Stany Zjednoczone (2008 i 2009) dostarczono próbki do interkalibracji do laboratoriów z wielu krajów. Próbki wody morskiej są dostępne do użytku przez inne laboratoria, które chcą przyłączyć się do tych wysiłków.
Proste porównania danych, takie jak profile głębokości, pokazują, czy istnieją rozbieżności, a jeśli tak, śledczy mogą zbadać swoje metody, a nawet przetworzyć dane, aby zidentyfikować i rozwiązać problemy.
Zarządzanie danymi
Kompilacja danych w bezpieczne i łatwe do przeszukiwania bazy danych zapewnia łatwość użytkowania i ma fundamentalne znaczenie dla powodzenia programu. Centrum gromadzenia danych GEOTRACES (GDAC) jest odpowiedzialne za kompilację, kontrolę jakości i bezpieczną archiwizację danych otrzymanych z krajowych centrów danych oraz z głównych międzynarodowych rejsów GEOTRACES. Jego głównym celem jest integracja podstawowych danych GEOTRACES z globalnymi zbiorami danych oraz udostępnienie tych danych uczestniczącym naukowcom i szerszej społeczności naukowej zgodnie z polityką danych GEOTRACES. GDAC znajduje się w Brytyjskim Centrum Danych Oceanograficznych , a nadzór nad nim sprawuje specjalna komisja z reprezentacją międzynarodową.
Produkt danych GEOTRACES
Produkty danych GEOTRACES są bezpłatnie dostępne w Internecie . Trzeci pośredni produkt danych (IDP2021) został wydany w listopadzie 2021 r. Zawiera dane hydrograficzne i geochemiczne morza pozyskane w ciągu pierwszych 10 lat programu. Główną motywacją do dystrybucji produktu w tym czasie jest wzmocnienie i zintensyfikowanie współpracy z szerszą społecznością badaczy oceanów. Jednocześnie GEOTRACES poszukuje opinii zwrotnych, aby udoskonalić przyszłe produkty związane z danymi.
Produkt danych pośrednich GEOTRACES składa się z dwóch części: pakietu danych cyfrowych i atlasu elektronicznego eGEOTRACES .
Pakiet danych cyfrowych (dostępny pod adresem http://www.bodc.ac.uk/geotraces/data/dp ) zawiera dane z 77 rejsów i ponad 800 parametrów hydrograficznych i geochemicznych. Dane obejmują globalny ocean, a gęstość danych jest najwyższa w Atlantyku.
atlas eGEOTRACES (dostępny pod adresem www.egeotraces.org ) jest oparty na pakiecie danych cyfrowych i zawiera obrazy 2D i 3D rozkładu wielu parametrów w oceanach. Rysunki 3D dostarczają kontekstu geograficznego kluczowego dla prawidłowej oceny zasięgu i pochodzenia smug smugowych, a także dla wnioskowania o procesach oddziałujących na smugi i kształtujących ich rozmieszczenie. Liczne łącza do innych znaczników, przekrojów i basenów znajdujące się na wykresach przekrojów i animacjach 3D umożliwiają szybkie przełączanie między parametrami i domenami oraz ułatwiają badania porównawcze. Ponadto eGEOTRACES może pomóc w nauczaniu i działaniach popularyzatorskich, a także może ułatwić przekazywanie istotnych społecznie wyników naukowych zainteresowanym laikom lub decydentom.