Papirer udforsker massive planktonopblomstringer med meget forskellige økosystempåvirkninger

"Det store mysterium om plankton er, hvad der styrer dets udbredelse og overflod, og hvilke forhold fører til store planktonopblomstringer, " sagde Dennis McGillicuddy, Seniorforsker og afdelingsformand i anvendt havfysik og teknik ved Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI).

To nye artikler udforsker dette spørgsmål og giver eksempler på forhold, der fører til massiv planktonopblomstring med vidt forskellige potentielle påvirkninger af økosystemet, ifølge McGillicuddy, medforfatter til begge artikler. Begge artikler peger også på vigtigheden af ​​at bruge avanceret teknologi – inklusive videoplanktonoptagere, autonome undervandsfartøjer, og Ocean Observatories Initiatives Coastal Pioneer Array - for at finde og overvåge disse opblomstringer.

I et papir, "Diatom Hotspots drevet af aktuel ustabilitet i den vestlige grænse, " offentliggjort i Geofysiske forskningsbreve (GRL) , videnskabsmænd fandt uventet produktive underjordiske hotspot-opblomstringer af kiselalger-fytoplankton.

I den GRL papir, forskere undersøgte dynamikken, der styrer primær produktivitet i en region af Mid-Atlantic Bight (MAB), et af verdens mest produktive marine økosystemer. I 2019, de observerede uventede kiselalger-hotspots i skråningsområdet af bugtens eufotiske zone, havlaget, der modtager lys nok til, at fotosyntese kan opstå. Fytoplankton er fotosyntetiske mikroorganismer, der er grundlaget for det akvatiske fødenet.

Det var overraskende for forskerne, at brændpunkterne opstod i vand med højt saltindhold, der trængte ind fra Golfstrømmen. "Mens disse indtrængen af ​​Golfstrømsvand med lavt næringsindhold er blevet anset for potentielt at formindske den biologiske produktivitet, vi præsenterer beviser for en uventet produktiv underjordisk kiselalgeropblomstring som følge af direkte indtrængen af ​​en Golfstrøm, der bugter sig mod kontinentalsoklen, " bemærker forfatterne. De antager, at hotspotsene ikke blev drevet af Golfstrømmens overfladevand, som typisk er lavt i næringsstoffer og klorofyl, men snarere, at hotspotsene blev drevet af næringsstoffer, der strømmede op i sollyszonen fra dybere Golfstrømsvand.

Med skiftende stabilitet af Golfstrømmen, indtrængen fra Golfstrømmen var blevet hyppigere i de seneste årtier, ifølge forskerne. "Disse resultater tyder på, at ændret cirkulation i stor skala har konsekvenser for regional produktivitet, som ikke kan spores af satellitter i kraft af deres forekomst et godt stykke under overfladen, " bemærker forfatterne.

"I dette særlige tilfælde, skiftende klima har ført til en stigning i produktiviteten i denne særlige region, i kraft af et subtilt og noget uventet samspil mellem havets fysik og biologi. Den samme dynamik holder måske ikke nødvendigvis andre steder i havet, og det er ret sandsynligt, at andre områder af havet vil blive mindre produktive over tid. Det er til stor bekymring, " sagde McGillicuddy. "Der vil være regionale forskelle i den måde, havet reagerer på klimaændringer på. Og samfundet skal være i stand til intelligent at styre ud fra et regionalt perspektiv, ikke kun i et globalt perspektiv."

Forskningsresultatet viste "en cool, kontraintuitiv biologisk indvirkning af denne skiftende cirkulation i stor skala, " sagde GRL papirets hovedforfatter, Hilde Oliver, en postdoktor i anvendt havfysik og teknik ved WHOI. Hun huskede, at hun så instrumentdataene komme ind. Med typiske sommertidsværdier på omkring 1-1,5 mikrogram klorofyl pr. liter havvand, forskere registrerede "uhørte koncentrationer for klorofyl i denne region om sommeren, " så højt som 12 eller 13 mikrogram pr. liter, sagde Oliver.

Oliver, hvis ph.d. fokuseret på modellering, sagde, at krydstogtet hjalp hende til at se på planteplanktonopblomstringer ud fra mere end en teoretisk forstand. "At gå ud i havet og se, hvordan havets fysik kan manifestere disse opblomstringer i den virkelige verden, åbnede øjnene for mig, " hun sagde.

Et andet papir, "En regional, Tidlig forårsblomstring af Phaeocystis pouchetii på New Englands kontinentalsokkel, " offentliggjort i Journal of Geophysical Research:Oceans (JGR:Oceans) , var også øjenåbnende. Forskere, der undersøgte den biologiske dynamik på New Englands kontinentalsokkel i 2018, opdagede en enorm opblomstring af haptofytten fytoplankton Phaeocystis pouchetii.

Imidlertid, i modsætning til kiselalger-hotspots beskrevet i GRL papir, Phaeocystis er "usmageligt for en masse forskellige organismer og forstyrrer hele fødenettet, " sagde Walker Smith, pensioneret professor ved Virginia Institute of Marine Science William og Mary, hvem er hovedforfatter på JGR:Oceaner papir. Planteplanktonet danner gelatinøse kolonier, der er millimeter i diameter.

Når Phaeocystis blomstrer, det udnytter næringsstoffer ligesom enhver anden form for planteplankton ville. Imidlertid, i modsætning til kiselalger noteret i GRL papir, Phaeocystis omdanner biomasse til noget, der ikke har en tendens til at gå op ad resten af ​​fødekæden, sagde McGillicuddy.

"Forståelse af de fysisk-biologiske interaktioner i kystsystemet giver et grundlag for at forudsige disse opblomstringer af potentielt skadelige alger og kan føre til en bedre forudsigelse af deres påvirkning af kystsystemer, " sagde forfatterne.

Massive opblomstringer af kolonistadiet af denne og lignende arter er blevet rapporteret i mange systemer i forskellige dele af verden, som Smith har studeret. Disse typer af opblomstringer forekommer sandsynligvis omkring hvert tredje år på New Englands kontinentalsokkel og har sandsynligvis en ret stærk indvirkning på New Englands farvande, fødevæv, og fiskeri, sagde Smith. Kystforvaltere har brug for at vide om disse opblomstringer, fordi de kan have økonomiske konsekvenser for akvakultur i kystområder, han sagde.

"På trods af det faktum, at Mid-Atlantic Bight er blevet velundersøgt og omfattende prøver, der er ting, der foregår, som vi stadig ikke rigtig sætter pris på, " sagde Smith. "Et eksempel er disse Phaeocystis-opblomstringer, der er dybt i vandet, og som du aldrig kommer til at se, medmindre du er der, fordi satellitter ikke kan vise dem. Så, jo mere vi kigger, jo mere vi finder ud af."