Голографическая камера ТГУ поможет изучить планктон в Северном Ледовитом океане
04.10.2024
Голографическая камера ТГУ для невозмущающего исследования планктона в среде обитания отправилась в дрейфующую полярную экспедицию на ледостойкой самодвижущейся платформе (ЛСП) "Северный полюс-42" (СП-42). Экспедиция организована командой ученых-полярников Арктического и Антарктического научно-исследовательского института. В ее составе – сотрудник лаборатории радиофизических и оптических методов изучения окружающей среды радиофизического факультета Томского госуниверситета Василий Леонтьев.
Проект "ТГУ на льдине" реализуется в рамках стратегического направления "Глобальные изменения Земли: климат, экология, качество жизни" ("Приоритет 2030") под руководством первого проректора ТГУ Виктора Дёмина.
"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", – поясняет первый проректор.
Планируется, что исследования планктона будут вестись в течение семи месяцев. За это время будет глобально изучена экосистема в Северном Ледовитом океане, ее изменения. Кроме того, ученые увидят, как туда проникает атлантический планктон или какой-то другой. С точки зрения экологии планктон рассматривается как биоиндикатор, и это тоже позволяет оценить ситуацию – как она меняется в Арктике в связи с таянием льдов.
Напомним, подводная цифровая голографическая камера, разработанная в ТГУ, позволяет передавать информацию по линям связи. К примеру, в ходе экспедиции в Баренцевом море оператор, обрабатывавший данные дистанционно, находился в Краснодаре. И сейчас управление режимами работы камеры и окончательная обработка данных будет производиться на материке с использованием линий связи.
"Таких камер существует в мире не так много, может быть, десяток-два", – отмечает Виктор Дёмин. – "В России только наш коллектив разрабатывает и изготавливает такие камеры. 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".
Кроме этого, АПР ТГУ позволяет не только изучать размеры, форму, расположение в пространстве и классифицировать планктонные частицы, но и исследовать их динамику и поведенческие реакции для ранней диагностики неблагоприятных экологических ситуаций в акватории.
В этой экспедиции будут использованы два разработанных томскими учеными гидробиологических зонда на основе цифровой голографической камеры – DHC. Один – с волоконно-оптической линией связи и организацией постоянного питания. Второй – автономный, с аккумуляторными батареями и записью данных в 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", – рассказывает Виктор Дёмин.
Далее все эти данные обобщаются и формируются в потоки временных рядов. В частности, концентраций планктона, содержащегося в данной акватории. И всё это сопровождается данными о среде: какие там освещенность, температура, давление, проводимость.
В предыдущих экспедициях ученые ТГУ показали, что численность планктона не является постоянной величиной. Но несмотря на кажущуюся хаотичность, эти изменения строго регламентированы с изменением факторов среды. Из этих факторов наиболее сильный – это Солнце. По сути, астрономический объект является теми часами, которые определяют, когда крошечный планктон может заняться своим питанием. Это время строго регламентировано: первое – на восходе Солнца, второе – через 12 часов. В связи с этим возникают два естественных вопроса, которые интересуют исследователей.
"Во-первых, как это выглядит в Северном Ледовитом океане подо льдом на протяжении длительного периода полярной зимы, когда Солнца и не видно. Во-вторых, как это использовать для целей выявления загрязнений морской среды, связанных с 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", – подчеркивает Виктор Дёмин.
Представленное оборудование – результат примерно 20-летней работы коллектива, возглавляемого первым проректором ТГУ, руководителем лаборатории оптических и радиофизических методов исследования окружающей среды. И эта экспедиция – закономерный итог большой работы.
Гидробиологическому отряду экспедиции и Василию Леонтьеву, в частности, предстоит развернуть 2 мобильные биоиндикационные станции на льду и поддерживать их работоспособность в течение дрейфа для фоновой съемки планктона. Вычислительный центр (ВЦ) будет организован на борту ЛСП. Данные по планктону, которые будут добыты из-под льда и сформированы на ВЦ в виде временных рядов, ученые станут ежедневно направлять на Большую землю по космической 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", – добавляет Виктор Дёмин.
Источник: Пресс-служба ТГУ
Проект "ТГУ на льдине" реализуется в рамках стратегического направления "Глобальные изменения Земли: климат, экология, качество жизни" ("Приоритет 2030") под руководством первого проректора ТГУ Виктора Дёмина.
"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", – поясняет первый проректор.
Планируется, что исследования планктона будут вестись в течение семи месяцев. За это время будет глобально изучена экосистема в Северном Ледовитом океане, ее изменения. Кроме того, ученые увидят, как туда проникает атлантический планктон или какой-то другой. С точки зрения экологии планктон рассматривается как биоиндикатор, и это тоже позволяет оценить ситуацию – как она меняется в Арктике в связи с таянием льдов.
Напомним, подводная цифровая голографическая камера, разработанная в ТГУ, позволяет передавать информацию по линям связи. К примеру, в ходе экспедиции в Баренцевом море оператор, обрабатывавший данные дистанционно, находился в Краснодаре. И сейчас управление режимами работы камеры и окончательная обработка данных будет производиться на материке с использованием линий связи.
"Таких камер существует в мире не так много, может быть, десяток-два", – отмечает Виктор Дёмин. – "В России только наш коллектив разрабатывает и изготавливает такие камеры. 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".
Кроме этого, АПР ТГУ позволяет не только изучать размеры, форму, расположение в пространстве и классифицировать планктонные частицы, но и исследовать их динамику и поведенческие реакции для ранней диагностики неблагоприятных экологических ситуаций в акватории.
В этой экспедиции будут использованы два разработанных томскими учеными гидробиологических зонда на основе цифровой голографической камеры – DHC. Один – с волоконно-оптической линией связи и организацией постоянного питания. Второй – автономный, с аккумуляторными батареями и записью данных в 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", – рассказывает Виктор Дёмин.
Далее все эти данные обобщаются и формируются в потоки временных рядов. В частности, концентраций планктона, содержащегося в данной акватории. И всё это сопровождается данными о среде: какие там освещенность, температура, давление, проводимость.
В предыдущих экспедициях ученые ТГУ показали, что численность планктона не является постоянной величиной. Но несмотря на кажущуюся хаотичность, эти изменения строго регламентированы с изменением факторов среды. Из этих факторов наиболее сильный – это Солнце. По сути, астрономический объект является теми часами, которые определяют, когда крошечный планктон может заняться своим питанием. Это время строго регламентировано: первое – на восходе Солнца, второе – через 12 часов. В связи с этим возникают два естественных вопроса, которые интересуют исследователей.
"Во-первых, как это выглядит в Северном Ледовитом океане подо льдом на протяжении длительного периода полярной зимы, когда Солнца и не видно. Во-вторых, как это использовать для целей выявления загрязнений морской среды, связанных с 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", – подчеркивает Виктор Дёмин.
Представленное оборудование – результат примерно 20-летней работы коллектива, возглавляемого первым проректором ТГУ, руководителем лаборатории оптических и радиофизических методов исследования окружающей среды. И эта экспедиция – закономерный итог большой работы.
Гидробиологическому отряду экспедиции и Василию Леонтьеву, в частности, предстоит развернуть 2 мобильные биоиндикационные станции на льду и поддерживать их работоспособность в течение дрейфа для фоновой съемки планктона. Вычислительный центр (ВЦ) будет организован на борту ЛСП. Данные по планктону, которые будут добыты из-под льда и сформированы на ВЦ в виде временных рядов, ученые станут ежедневно направлять на Большую землю по космической 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", – добавляет Виктор Дёмин.
Источник: Пресс-служба ТГУ