一種新的3D地圖可能有助於研究人員跟蹤和預測海洋對氣候變化的反應。海洋中幾乎到處都有生命，除了在某些地方，氧氣自然驟降，水域變得不適合大多數有氧生物生存。這些荒涼的水池是“缺氧區”（或稱ODZs）。儘管它們只佔海洋總體積的不到1%，但它們是一氧化二氮的重要來源，這是一種強效的溫室氣體。它們的邊界也會限制漁業和海洋生態系統的範圍。
現在，麻省理工學院的科學家已經生成了世界上最大的ODZs的最詳細的3D“地圖集”。新“地圖集”提供了熱帶太平洋兩個主要缺氧水體的高分辨率地圖。這些地圖顯示了每個ODZ的體積、範圍和不同的深度，以及細微的特徵，如侵入到其他缺氧區的含氧水帶。
該團隊使用一種新的方法來處理超過40年的海洋數據，包括由許多研究船和部署在熱帶太平洋的自主機器人所進行的近1500萬次測量。研究人員彙編並分析了這些龐大而精細的數據，以生成不同深度的缺氧區地圖。
根據這些地圖，研究人員估計了熱帶太平洋中兩個主要的缺氧區的總體積，比以前的努力更精確。第一個區域，從南美洲海岸延伸出來，測量了大約60萬立方公里–大約相當於填滿2400億個奧林匹克水池的水量。第二個區域，在中美洲沿海，大約是三倍大。
該地圖集可作為今天ODZ位置的一個參考。該團隊希望科學家們能夠通過持續的測量來增加這個地圖集，以更好地跟蹤這些區域的變化，並預測它們如何隨着氣候變暖而轉移。
“人們普遍預計，隨着氣候變暖，海洋將失去氧氣。但熱帶地區的情況更加複雜，那裡有大片的缺氧區，”21歲的Jarek Kwiecinski說，他與麻省理工學院地球、大氣和行星科學系的Cecil和Ida Green職業發展教授Andrew Babbin一起開發了這個地圖集。“創建這些區域的詳細地圖是很重要的，這樣我們就有了未來變化的比較點。”
該團隊的研究於12月27日出現在《全球生物地球化學循環》雜誌上。
缺氧區是自然發生的大面積、持續的海洋區域，是海洋微生物吞噬下沉浮游植物和周圍所有可用氧氣的結果。這些區域恰好位於錯過洋流的區域，而洋流通常會給這些區域補充含氧的水。因此，ODZ是相對永久性的缺氧水域，可能存在於海面下35米至1000米的海洋中層深度。從某種角度來看，海洋的平均深度為4000米左右。
在過去的40年裡，研究船通過把瓶子扔到不同的深度，拖起海水，然後由科學家測量氧氣來探索這些地區。
“但是，當你試圖測量真正的零氧時，有很多來自瓶子測量的人工製品，” Babbin說。“我們在深度部署的所有塑料都充滿了氧氣，可以浸出到樣品中。當所有的事情都完成後，這種人為的氧氣會誇大海洋的真實值。”
該團隊沒有依賴瓶子樣本的測量，而是研究了附着在瓶子外面的傳感器或與機器人平台集成的數據，這些傳感器可以改變其浮力以測量不同深度的水。這些傳感器測量各種信號，包括電流的變化或由光敏染料發出的光的強度，以估計溶解在水中的氧氣量。與代表單一離散深度的海水樣本不同，這些傳感器在水柱中下降時連續記錄信號。
科學家們曾試圖使用這些傳感器數據來估計ODZ中氧氣濃度的真實值，但發現準確轉換這些信號是非常棘手的，特別是在濃度接近零時。
“我們採取了一種非常不同的方法，使用測量數據不是看它們的真實值，而是看這個值在水體中是如何變化的，”Kwiecinski說。“這樣我們就可以識別缺氧水域，而不管一個特定的傳感器顯示的是什麼。”
研究小組推斷，如果傳感器顯示在一個連續的、垂直的海洋部分的氧氣值是恆定的、不變的，而不考慮真實的數值，那麼這很可能是一個跡象，表明氧氣已經見底了，而且這個部分是缺氧區的一部分。
研究人員彙集了近1500萬個傳感器的測量值，這些測量值是由不同的研究船和機器人浮筒在40年裡收集的，並繪製了氧氣不隨深度變化的區域。Babbin說：“我們現在可以看到太平洋地區缺氧水的分佈是如何在三維空間中變化的。”
該小組繪製了熱帶太平洋中兩個主要缺氧區的邊界、體積和形狀，一個在北半球，另一個在南半球。他們還能夠看到每個區域內的細微細節。例如，缺氧的水域”更厚”，或更集中在中間，而在每個區域的邊緣似乎更薄。
“我們還可以看到差距，在那裡看起來像是在淺水區的缺氧水域中有着大的缺口，”Babbin說。“有一些機制將氧氣帶入這個區域，使它與周圍的水相比變得含氧。”
對熱帶太平洋缺氧區的這種觀察比迄今為止所測量的更加詳細。Babbin說：“這些缺氧區的邊界是如何形成的，以及它們延伸多遠，以前都無法解決。現在我們對這兩個區域在面積範圍和深度方面的比較有了一個更好的想法。”
“這給了你一個可能發生的事情的草圖，” Kwiecinski說。“利用這個數據彙編，人們可以做更多的事情來了解海洋的氧氣供應是如何被控制的。”