Систематическое смещение в измерениях pH буйками приводит к переоценке вычисляемого pCO2 и недооценке поглощения углерода Южным океаном

Почему имеют значение крошечные измерения в океане

Южный океан, обширное кольцо воды вокруг Антарктиды, незаметно поглощает непропорционально большую долю избыточного тепла и углекислого газа планеты. Поскольку этот регион удалённый и бурный, учёные всё чаще полагаются на роботизированные профилирующие буйки вместо судов, чтобы отслеживать, сколько CO2 действительно поглощает океан. В этом исследовании показано, что тонкая, но систематическая ошибка в измерениях кислотности (pH) этими буями приводит к переоценке количества растворённого CO2 в воде — а значит, к занижению того, сколько углерода Южный океан фактически забирает из атмосферы.

Роботы, наблюдающие труднодоступный океан

Биогеохимические буйки Argo — это свободно дрейфующие приборы, которые каждые несколько дней опускаются от поверхности примерно до 2000 метров, измеряя температуру, солёность, кислород, питательные вещества и pH. В Южном океане большие мозаики таких буйков сейчас дают гораздо более частые наблюдения, чем когда‑либо могли бы обеспечить суда. По pH и оценённому значению другой химической характеристики — щёлочности — учёные вычисляют парциальное давление CO2 (pCO2) в морской воде, которое затем используют для оценки обмена CO2 между океаном и атмосферой. Удивительно, но расчёты на основе данных буйков показывали, что Южный океан в целом выбрасывает CO2, что противоречит измерениям с кораблей и самолётов, указывающим на его роль как чистого поглотителя углерода.

Сравнение роботов и судов в старых глубоких водах

Чтобы выяснить, кто прав — буи или традиционные наблюдения, авторы сравнили профили буйков с высококачественными судовыми данными из проекта Global Ocean Data Analysis Project. Критически важно то, что они сосредоточились сначала на глубоких водных массивах, изолированных от атмосферы с доиндустриальных времён и потому содержащих очень мало антропогенного углерода. В этих «старых» водах любая разница между показаниями буев и судов должна в основном отражать инструментальную погрешность, а не реальное изменение среды. Сравнение показало, что показания буев и судов хорошо совпадают по температуре, солёности, кислороду, нитратам и щёлочности, но не по углеродной системе: pH буйков в среднем приблизительно на 0,021 единицы ниже судового pH, а pCO2, получаемое с буйков, примерно на 20 микростм больше.

Смещение от верха до низа, а не только на поверхности

Группируя данные по глубинным диапазонам, исследование обнаружило, что эти расхождения присутствуют в значительной части водного столба, особенно между 200 и 1500 метрами, и лишь уменьшаются в самых глубоких слоях. Поскольку pCO2 буев вычисляют по pH и щёлочности, а щёлочность хорошо согласуется между буями и судами, наиболее вероятной причиной служит систематический сдвиг в измерениях pH‑датчиков и в способах их коррекции. Текущая обработка предполагает, что единая поправка, определённая примерно на 1500 метрах, применима одинаково на всех глубинах. Глубинно‑зависимая картина несоответствия указывает на то, что такой однопунктовый подход не всегда применим: поправка, по‑видимому, работает относительно хорошо ниже 1500 метров, но оставляет заметную остаточную ошибку выше в толще воды.

Как погрешности на поверхности искажают оценки потока углерода

Поскольку обмен CO2 между воздухом и морем напрямую зависит от поверхностного pCO2, авторы затем количественно оценили смещение прямо у кожной поверхности океана. Используя комбинированный анализ отклонений CO2 и кислорода от их равновесных значений, они оценили, что поверхностное pCO2, получаемое с буйков, завышено примерно на 14 микростм. Независимое сравнение с глобальным продуктом по поверхностному CO2, основанным на судовых и других прямых измерениях, дало очень похожую оценку — около 17 микростм. В совокупности эти данные указывают на среднее поверхностное смещение порядка 15±3 микростм на основе сотен профилей буйков в Южном океане — существенно больше, чем предполагалось ранее. Статистические тесты показывают, что это смещение нельзя объяснить случайной измерительной ошибкой, сезонными изменениями или долгосрочными трендами подкисления.

Что это означает для нашего представления о Южном океане

Если поверхностные значения pCO2, получаемые буями, систематически завышены, предыдущие исследования представляли Южный океан менее значимым поглотителем углерода, чем он есть на самом деле. Используя опубликованные зависимости между смещением pCO2 и потоком углерода, авторы оценивают, что исправление этой ошибки изменит оценки на основе буйков с чистого источника CO2 на чистое поглощение, приблизив их к оценкам, полученным с судов и самолётов. Иными словами, вместо того чтобы нас подводить, Южный океан может поглощать существенно больше антропогенного CO2, чем предполагали некоторые анализы буев. Исследование делает вывод, что более сложная, учитывающая глубину калибровка данных pH буйков — опирающаяся на продолжение высококачественных судовых измерений — будет необходима для полного использования автономных систем наблюдения и надёжного ведения глобального углеродного баланса.

Цитирование: Zhang, C., Wu, Y., Brown, P.J. et al. A systematic bias in float pH leads to overestimation of derived pCO₂ and underestimation of carbon uptake by the Southern Ocean. Sci Rep 16, 13929 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43863-4

Ключевые слова: углеродный поглотитель Южного океана, систематическая ошибка pH в океане, биогеохимические буйки Argo, поток CO2 между воздухом и морем, углеродный цикл океана