Голографические камеры ТГУ исследуют планктон Северного Ледовитого океана
Полярная дрейфующая экспедиция на ледостойкой самодвижущейся платформе (ЛСП) «Северный полюс-42» (СП-42) оснащена двумя голографическими камерами разработки Томского государственного университета (ТГУ) для невозмущающего исследования планктона в среде его обитания, 20 сентября сообщает пресс-служба вуза.
В экспедиции, организованной Арктическим и Антарктическим научно-исследовательским институтом, принимает участие сотрудник лаборатории радиофизических и оптических методов изучения окружающей среды радиофизического факультета ТГУ Василий Леонтьев.
Проект «ТГУ на льдине» является частью реализации под руководством первого проректора ТГУ Виктора Дёмина стратегического направления «Глобальные изменения Земли: климат, экология, качество жизни».
Самодвижущаяся платформа была ранее разработана в ТГУ в рамках этого проекта для того, чтобы, подойдя к нужному месту, вмерзнуть в лед для последующего дрейфа вместе с льдиной по Северному Ледовитому океану, рассказал Виктор Дёмин и добавил:
«Мы предложили наше участие в этой экспедиции. Она действительно будет комплексной — там будут гидрологи, физики, биологи, гидробиологи. Наша задача — работать вместе с гидробиологами, которые изучают планктон. Преследуется несколько целей. Первое: мы используем совершенно новое для гидробиологов оборудование — нашу камеру, софт и методики, которые позволяют исследовать планктон непосредственно в среде обитания».
Исследования планктона по возможности будут идти в течение семи месяцев, что позволит провести глобальное изучение экосистемы Северного Ледовитого океана и ее изменения. В том числе будет исследоваться проникновение в нее атлантического планктона или какого-либо другого. Поскольку планктон можно рассматривать как биоиндикатор, эти исследования позволят оценить изменения экосистемы Арктики, идущие в ней из-за продолжающегося таяния льдов.
Разработанная в ТГУ подводная цифровая голографическая камера передает информацию по линям связи. Так, в ходе экспедиции в Баренцевом море оператор, обрабатывавший данные, находился в Краснодаре. И в этой экспедиции управление режимами работы камеры и окончательная обработка полученных по линиям связи данных будет вестись там же.
Как отметил Виктор Дёмин, подобных камер в мире создано всего десяток-два, а в России их разрабатывают и изготавливают только в ТГУ.
«Это, конечно, не только камера, а еще и методики, которые к ней разрабатываются — получения информации, обработки. Наш аппаратно-программный комплекс (АПР) отличается тем, что регистрирует за одну экспозицию самый большой объем. Чем больше объем — тем больше туда попадает частиц планктона или особей, которых мы исследуем. Так мы достигаем большей представительности измерений», — пояснил ученый.
При этом информация, передаваемая АПР ТГУ, позволяет специалистам изучать не только размеры, форму, местонахождение в океане и классифицировать частицы планктона, но и их динамику и поведенческие реакции. Это, в свою очередь, позволит проводить в акватории раннее выявление неблагоприятных экологических ситуаций.
Экспедиция СП-42 оснащена двумя томскими гидробиологическими зондами с цифровыми голографическими камерами DHC. Один из них, оснащенный волоконно-оптической линией связи, получает постоянное питание. Второй работает автономно, питаясь от аккумуляторных батарей и записывая данные в свою память.
«DHC является сердцем зондов. Она позволяет регистрировать фиксированный объем водной среды вместе со взвесью, которая в воде содержится. Эта регистрация выполняется в виде цифровой голограммы. Таким образом, мы получаем „оптический слепок“ небольшого объема в виде одного кадра. Вся последовательность зарегистрированных кадров передается в вычислительный центр, где цифровая голограмма численно восстанавливается и строятся изображения всех частиц, которые находились в зарегистрированном объеме», — уточнил Виктор Дёмин.
Полученные данные обобщаются с формированием потока временных рядов, в том числе концентраций планктона в данной акватории, сопоставленных с данными о среде, такими как освещенность, температура, давление и проводимость.
Такие же данные, полученные в предыдущих экспедициях, дали возможность ученым ТГУ утверждать, что численность планктона не является постоянной величиной. Однако при кажущейся хаотичности эти изменения строго коррелируют с изменением факторов среды.
Наибольшее влияние из них оказывает Солнце, являясь часами, регулирующими момент, когда планктон приступает к поискам пищи. В течение суток эти моменты строго определены: первый — на восходе Солнца, второй — через 12 часов.
Томских ученых интересует, как такая регуляция происходит в Северном Ледовитом океане, покрытом всю длинную полярную зиму льдом, в то время как Солнца не видно. А также, как использовать полученные данные для целей выявления загрязнений морской среды, вызванных антропогенным фактором.
«Подобная природоподобная технология называется биоиндикацией с использованием свойств аборигенного планктона. А наш гидробиологический зонд по-другому называется биогибридным сенсором. В нем роль высокочувствительного элемента играет свободноживущий планктон, поскольку его активность сильно зависит от качества среды обитания. Такая постановка задачи имеет мировую новизну», — подчеркнул Виктор Дёмин.
Гидробиологическому отряду экспедиции и ее участнику из ТГУ Василию Леонтьеву нужно будет развернуть эти две мобильные биоиндикационные станции на льду и далее поддерживать их работоспособность в течение всего дрейфа для фоновой съемки планктона.
На борту ЛСП будет организован вычислительный центр, который полученные данные по планктону будет формировать в виде временных рядов. Они будут далее ежедневно отправляться на Большую землю по спутниковой связи.
«Центр управления данными находится в Краснодаре. А данные будут доступны коллективу оптиков, биологов, радиофизиков, экологов с опозданием всего на сутки. И это тоже уникальное явление в мировой океанографии», — указал Виктор Дёмин.
