Ny undersøgelse viser, at røde tidevand kan forudsiges

Når visse typer alger akkumuleres på havoverfladen i høje tal, de får store vandskår til en rødbrun farve, tiltrækker opmærksomhed af både gode og dårlige grunde.

Ud for kysten af ​​det sydlige Californien er disse begivenheder, kendt som "røde tidevand, " kan producere ærefrygtindgydende lysshows om natten ved at oplyse brydende bølger og skabe uhyggelige blå stier bag surffisk. i andre områder, såsom ud for Florida og i De Store Søer, kan disse opblomstringer være giftige, forårsager fisk, der dør, skaldyrsforgiftning, og udløser luftvejsproblemer hos mennesker og havpattedyr.

I over et århundrede, forskere har forsøgt at forstå, hvad der får røde tidevand til at dannes i kystområder tilsyneladende ud af ingenting. Ved at bruge en ny teknik udviklet af Scripps Institution of Oceanography ved University of California San Diego, videnskabsmand George Sugihara og kolleger, det mysterium bliver endelig opklaret.

Et studerende ledet Scripps-forskerhold analyserede data om det primære pigment i alger - chlorophylla - såvel som næringsstofkoncentrationer og forskellige fysiske aspekter af havet indsamlet ud for Scripps Pier som en del af et kontinuerligt observationsprogram, ledet af Scripps emeritus professor John McGowan, som er en del af Scripps Shore Stations Program.

Da de økologiske data blev indført i Sugiharas ligningsfrie modeller, kendt som empirisk dynamisk modellering (EDM), forskerne var i stand til at identificere mønstre i den tilsyneladende tilfældighed, der kan bruges til at forudsige røde tidevand ud for det sydlige Californien.

Den nye undersøgelse, offentliggøres i tidsskriftet Økologi og tilgængelig online, fundet, at røde tidevand ikke er rent tilfældigt. Det giver muligheder for at forudsige disse skadelige algeopblomstringer, som ikke kunne forudsiges ved hjælp af traditionelle økologiske modelleringsmetoder.

"Røde tidevand var et mysterium i så mange år, fordi vi så på økosystemet, som om det var i ligevægt og uforanderligt og derfor kunne studeres et stykke ad gangen, " sagde Sugihara, McQuown Chair Distinguished Professor of Natural Science og en seniorforfatter på undersøgelsen. "Det var kun et mysterium, fordi vi så på det på den forkerte måde. At lede efter ting, der simpelthen 'korrelerer' med røde tidevand, vil mislykkes."

EDM-metoden er baseret på ideen om, at økosystemet altid er i forandring og skal studeres som et helt system frem for som separate stykker. En holistisk analyse af økosystemerne gjorde det muligt for Sugihara og hans team at bruge det 30-årige arkiv af feltdata til at identificere mekanismerne, der forårsager røde tidevand.

"Selv med store forbedringer i 'økosystemforudsigelser' i løbet af de sidste par årtier, det er fortsat en stor udfordring for videnskabsmænd, " sagde Alan Tessier, vicedirektør for National Science Foundations (NSF) afdeling for miljøbiologi. "Denne forskning viser, at udfordringen bliver overvundet ved hjælp af innovative teknikker, der giver os information, såsom hvordan man forudsiger rødt tidevand. Det er vigtigt for at vide, hvornår man skal lukke fiskeri- og svømmeområder, og for sundheden for beboere, der bor langs berørte farvande."

"Tilgangen tillod os at finde faktorer, der kommer sammen som en perfekt storm for at producere et rødt tidevand, " sagde Sugihara. "Disse faktorer inkluderer at have en stabil vandsøjle og lave næringsstofniveauer i overfladevand."

Med yderligere modelforbedringer for at inkorporere realtidsobservationer, Sugihara og teamet mener, at disse algeopblomstringer kan forudsiges som en del af et tidligt varslingssystem for fremtidige røde tidevandshændelser.

Ud over de folkesundhedsmæssige bekymringer, disse algeopblomstringer forårsager driftsproblemer på kraft- og afsaltningsanlæg, og skabe iltfattige zoner i havet. Avanceret forudsigelse af røde tidevand kan hjælpe med at give mere proaktive svar på konsekvenserne for menneskers og dyrs sundhed, vejlede midlertidige nedlukninger af afsaltningsanlæg, og bistand til planlægning af militær træningsøvelse i kystfarvande.

"Denne forskning ville ikke have været mulig uden tidsserieobservationer af fytoplankton for at validere modelleringsindsatsen, " sagde David Garrison, direktør for NSFs biologiske oceanografiprogram. "Resultaterne er vigtige for at løse samfundsproblemer såsom skadelig algeopblomstring i kystvande."