Et opbygget økosystem i Det Arabiske Hav

Hvordan kan snedække på Himalaya påvirke de arter, der trives i Det Arabiske Hav? Hvordan kan ændringer i vindhastighed og fugtighed føre til mad og nationale sikkerhedsproblemer tusind kilometer væk? Joaquim går, Helga do Rosario Gomes, og kolleger på to kontinenter har brugt de sidste to årtier på at forsøge at afkode disse gåder.

Historien begynder i begyndelsen af ​​2000'erne, omkring det tidspunkt, NASAs Aqua -satellit blev lanceret. Går, specialist i fjernmåling af havet, undersøgte data fra SeaWiFS og Aqua. Han var fokuseret på klorofyl-a, et pigment, der bruges af havets planteplankton (og planter verden over) til at udnytte sollys og gøre det til fødeenergi. Han fokuserede på observationer af planteplanktonpopulationer i Det Arabiske Hav i løbet af sommermonsunen, men ved et tilfælde kiggede han på vinterdata. Der var langt mere klorofyl-a, end nogen med rimelighed burde forvente.

Først troede Goes, at det var en fejl. Men i løbet af det næste årti, rapporter om stigende alger og faldende fiskefangster kom fra kolleger i det sydlige Asien. Goes and Gomes foretog flere havgående ekspeditioner og så det selv:Det Arabiske Hav vrimlede med Noctiluca scintillans, en organisme, der næppe blev rapporteret i regionen i løbet af tidligere vintre.

Billedet ovenfor viser et flor af Noctiluca scintillans i 2019, som observeret af NOAA-NASA Suomi NPP-satellitten. Den flydende, mikroskopiske organismer er dinoflagellater, der lever i et symbiotisk forhold til grønne algeceller. Ligesom havets planteplankton, Noctiluca scintillans kan formere sig hurtigt under de rigtige forhold. (Noctiluca trives ofte i "iltet" vand med lavt iltindhold.) Drivende med strømme, de samles i store masser nær overfladen. I processen, de kan nedbryde ilt i havet, konkurrere med andre planteplankton om næringsstoffer eller forbruge dem til mad, og kvæle små zooplankton -rovdyr i hypoksiske "døde zoner".

"De ændringer, vi har set i økosystemet i Det Arabiske Hav, er blandt de hurtigste i nogen oceanisk vandkrop på vores planet, "sagde Goes, en videnskabsmand ved Lamont-Doherty Earth Observatory. "Havets levesteder ændrer sig, og det kortslutter fødekæden. "

Hvordan og hvorfor Noctiluca er blomstret op i Det Arabiske Hav, er en kompliceret historie om sammenkoblinger mellem jordsystemer og de uventede krusninger, der formerer sig ved global opvarmning.

Gennem menneskets historie, Det Arabiske Hav har været stærkt påvirket af monsunvind, der sæsonbestemt vender retning og ændrer havstrømmens retning. I vintre tidligere, lufttemperaturer over Himalaya-tibetanske plateau og det sydlige Asien ville falde betydeligt og forårsage tør, nordøstlige vinde for at blæse ud over Det Arabiske Hav. På tur, afkøling af overfladevand og ændringer i tæthed ville forplante sig gennem vandsøjlen, at flytte pycnoclin - hvor vandtætheden ændrer sig på grund af saltindhold og/eller temperatur - op og ned. Dybden af ​​dette havlag påvirker, hvordan næringsstoffer stiger op fra dybet og nærer væksten af ​​planteplankton.

Disse vinterforskydninger i strømme og tilgængelighed af næringsstoffer, når engang drev blomstrer af kiselalger, en anden type planteplankton. Kiselalderne var et vigtigt led i en fødekæde i havet, der fodrede copepods og finfisk gennem vinteren og, ultimativt, mennesker, der fangede disse fisk.

Men med global opvarmning i de seneste årtier, mindre snedække er faldet og akkumuleret på Himalaya-tibetanske plateau og mere sne og is har smeltet. Temperaturerne over højlandet og lavlandet er steget, ligesom luftfugtigheden. I de sidste to årtier har vintervindene, der blæser over Det Arabiske Hav, er blevet varmere, roligere, og mere fugtigt. Som resultat, havene vælter mindre, og der er færre næringsstoffer til kiselalger og de fleste andre planteplankton.

"Med roligere og varmere vinde og farvande, der er mindre ventilation og blanding, "sagde Helga do Rosario Gomes, en biologisk oceanograf, også på Lamont-Doherty. "Dette fører til mere lagdeling og mindre nitratberigelse nedenunder. I nogle tilfælde, det forårsager hypoksi. "

Disse ændringer har stort set været perfekte for Noctiluca scintillans. I modsætning til kiselalger, Noctiluca kan trives, når der er færre opløste næringsstoffer i vandet. Plotterne ovenfor viser de sammenfaldende ændringer fra 1980 til 2018 i omfanget af snedækning over Himalaya-tibetanske plateau, the depth of the mixed layer in the Arabian Sea in winter, and the concentration of chlorophyll-a (an indicator of phytoplankton). The "anomaly" plots show how much each year was above or below the long-term mean for each variable. Snow extent and the depth of the mixed layer have been steadily declining, while wintertime blooms have been increasing.

"The changes observed in the Arabian Sea are an example of potential ecosystem changes that are induced by climate change, " said Laura Lorenzoni, ocean biology and biogeochemistry program scientist for NASA. "As Earth warms, we can expect greater stratification in the ocean and the migration of species poleward. There will also be greater chances of harmful algal blooms and of some more resilient species outcompeting others and shifting the entire ecosystem structure."

Scientists have modeled and speculated for years that global warming could change the snow and ice cover on the Himalayas and the Tibetan Plateau and that the effects might ripple across the sea. The belief was that the Arabian Sea would become less productive from December to March. I stedet, it has become more productive, but for an entirely different set of creatures.

"There are far less diatoms now, and so there is a clear loss of biodiversity, " said Gomes. "There used to be more copepods, sardines, kingfish, mackerel, and pelagic fish." The plankton and diatoms have been replaced by mats of Noctiluca scintillans and an over-abundance of jellyfish and salps. The finfish have been replaced by turtles, squid, and animals that can survive in lower oxygen environments.

In a 2020 research paper, Goes and Gomes used ocean color data from NASA and snow and ice cover data from the National Snow and Ice Data Center to piece the puzzle together. They found that winter chlorophyll-a in the Arabian Sea has been increasing steadily since the 1990s—as much as four times higher in some winters. Chlorophyll-a is a key pigment in ocean phytoplankton, including Noctiluca scintillans. The map above shows the trend—mostly increasing—in the Arabian Sea from 1996 to 2018.

The result is trouble for fisheries, particularly in a region with a lot of artisinal and subsistence fishing. "We are passing a tipping point, " said Goes. "The food chain has been turned upside down."

The changes are trouble for the people of the Middle East, eastern Africa, and southern Asia. An estimated 150 million people around the region rely on fishing for food and economic development. Yet the surplus of jellyfish and salps and the decrease in diatoms has depleted the food supply for edible fish."

"There will be cascading effects that will probably affect food availability for several countries in the region, " Goes said. "Noctiluca blooms, jellyfish, and salps are also posing huge challenges to desalination plants along the coast that supply freshwater to coastal Oman." Masses of jellyfish have been known to clog seawater intake pipes.

And the change to Noctiluca-dominated waters has an unusual ripple effect on national security. Noctiluca scintillans are bioluminescent:they glow when stimulated and this is especially visible at night. This trait can be used to track the movements of ships that churn up the plankton as they cruise. Sailors and pilots have been following such sparkling tracks for decades.

"There are many examples of phytoplankton running amok around the planet, " said Norman Kuring, a scientist in NASA's Ocean Biology Group. "The Baltic Sea has a new summertime normal of toxic cyanobacteria blooms. Green algae routinely clog the waters around China's Shandong Peninsula. Sargassum is becoming a real headache in the Caribbean. Lakes in the United States and globally are becoming increasingly eutrophic. There are troubling suggestions by respected scientists that our oceans may be headed towards a hypoxic, bacteria-dominated future."