Ученые во главе с Колледжем морских наук USF использовали спутниковые наблюдения НАСА, чтобы обнаружить самое большое цветение макроводорослей в мире, называемое Великим атлантическим саргассовым поясом (GASB), как сообщается в журнале Science.
Они подтвердили, что пояс бурых макроводорослей под названием саргассум формирует свою форму в ответ на океанские течения, основываясь на численном моделировании. Он может вырасти настолько большим, что покроет поверхность тропического Атлантического океана от западного побережья Африки до Мексиканского залива. Это произошло в прошлом году, когда более 20 миллионов тонн этого вещества - тяжелее, чем 200 полностью загруженных авианосцев - плавали в поверхностных водах, и некоторые из них нанесли ущерб береговой линии вдоль тропической Атлантики, Карибского моря, Мексиканского залива и восточного побережья Флориды..
Команда также использовала экологические и полевые данные, чтобы предположить, что пояс формируется сезонно в ответ на два основных поступления питательных веществ: одно антропогенное, а другое естественное. Весной и летом стоки реки Амазонки добавляют питательные вещества в океан, и в последние годы количество таких сбросов питательных веществ могло увеличиться из-за увеличения обезлесения и использования удобрений. Зимой апвеллинг у побережья Западной Африки доставляет питательные вещества из глубоких вод на поверхность океана, где растет саргассум.
«Доказательства обогащения питательными веществами являются предварительными и основаны на ограниченных полевых данных и других данных об окружающей среде, и нам нужны дополнительные исследования, чтобы подтвердить эту гипотезу», - сказал д-р Чуанминь Ху из Колледжа морских наук USF, который возглавлял исследование и изучает Саргассум с помощью спутников с 2006 года. «С другой стороны, основываясь на данных за последние 20 лет, я могу сказать, что пояс, скорее всего, станет новой нормой», - сказал Ху.
Ху возглавил работу с первым автором, доктором Х. Мэнцю Ван, научный сотрудник своей лаборатории оптической океанографии в USF. В состав группы входили другие сотрудники USF, Атлантического университета Флориды и Технологического института Джорджии. Данные, которые они проанализировали со спектрорадиометра визуализации среднего разрешения (MODIS) НАСА в период с 2000 по 2018 год, указывают на возможное изменение режима цветения саргассума с 2011 года.
«Масштабы этих цветений поистине огромны, что делает глобальные спутниковые снимки хорошим инструментом для обнаружения и отслеживания их динамики во времени», - сказал Вуди Тернер, менеджер Программы экологического прогнозирования в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне.
В неоднородных дозах в открытом океане саргассум способствует здоровью океана, обеспечивая среду обитания для черепах, крабов, рыб и птиц и производя кислород посредством фотосинтеза, как и другие растения. «В открытом океане саргассум представляет большую экологическую ценность, служа средой обитания и убежищем для различных морских животных. Я часто видел рыб и дельфинов вокруг этих плавающих матов», - сказал Ван.
Но слишком много этих водорослей мешает некоторым морским видам двигаться и дышать, особенно когда маты заполняют побережье. Когда он умирает и опускается на дно океана в больших количествах, он может задушить кораллы и водоросли. На пляже гнилой саргассум выделяет сероводородный газ и пахнет тухлыми яйцами, что может представлять опасность для здоровья, например, людей на пляже, страдающих астмой.
2011: Переломный момент
До 2011 года большая часть пелагических саргассумов в океане в основном плавала участками вокруг Мексиканского залива и Саргассова моря. Саргассово море расположено на западной окраине центральной части Атлантического океана и названо в честь его популярного обитателя водорослей. Христофор Колумб впервые сообщил о саргассуме из этого кристально чистого океана в 15 веке, и многие лодочники Саргассова моря знакомы с этой водорослью.
В 2011 году популяции саргассума начали резко увеличиваться в местах, которых раньше не было, таких как центральная часть Атлантического океана, и они прибыли гигантскими скоплениями, которые задушили береговую линию и создали новую проблему для местной окружающей среды и экономики. Некоторые страны, такие как Барбадос, в прошлом году объявили чрезвычайное положение из-за того, что эти когда-то полезные водоросли нанесли туризму ущерб.
«Должно быть, химический состав океана изменился, чтобы цветение вышло из-под контроля», - сказал Ху. Саргассум размножается вегетативно и, вероятно, имеет несколько зон инициации вокруг Атлантического океана. Он растет быстрее, когда питательные условия благоприятны и когда его внутренние часы тикают в пользу воспроизводства.
Чтобы разгадать тайну, команда проанализировала модели потребления удобрений в Бразилии, темпы вырубки лесов Амазонки, сток реки Амазонки, двухлетние измерения азота и фосфора, проведенные в центрально-западных частях Атлантического океана, среди других свойств океана.
Хотя данные являются предварительными, закономерность кажется очевидной: взрыв в Саргассуме коррелирует с увеличением обезлесения и использования удобрений, которые увеличились с 2010 года.
Рецепт рокового цветения
Команда определила ключевые факторы, имеющие решающее значение для формирования цветения: большая популяция семян зимой, оставшаяся от предыдущего цветения, поступление питательных веществ из западноафриканского апвеллинга зимой и поступление питательных веществ весной или летом из Река Амазонка. Кроме того, саргассум хорошо растет только при нормальной солености и нормальной или более низкой температуре поверхности.
Цветение в 2011 году, вероятно, было вызвано стоком реки Амазонки в предыдущие годы, сказал Ван, но еще более масштабным был двойной удар апвеллинга в восточной Атлантике и стока рек в западной Атлантике.
Как видно на спутниковых снимках, в период с 2011 по 2018 год основные цветения происходили каждый год, кроме 2013 года, и набор необходимых ингредиентов объясняет, почему. По словам Вана, в 2013 году цветения не было, потому что количество семян, измеренное зимой 2012 года, было необычно низким.
Ху также объяснил, почему переломный момент начался в 2011 году, а не в 2010 году, даже после значительного выброса воды на Амазонке в 2009 году. Обильные дожди в 2009 году принесли в океан пресную воду, что снизило соленость. Плюс в 2010 году температура поверхности моря была выше нормы. Саргассум не цвел ни в 2009, ни в 2010 году, потому что эти условия не благоприятствуют росту саргассума.
«Все это в конечном итоге связано с изменением климата, потому что оно влияет на осадки, циркуляцию океана и даже на деятельность человека, но мы показали, что это цветение не происходит из-за повышения температуры воды», - сказал Ху. «Возможно, они здесь надолго».
Команда сообщает, что более подробная сезонная картина, которая может повторяться, выглядит следующим образом:
Январь: Саргассум в Центральной Атлантике дает семена для последующего весенне-летнего цветения
Январь-апрель: Саргассум развивается в цветение, простирающееся до тропической Атлантики (некоторые могут достигать Карибского моря)
апрель - июль: цветения продолжают развиваться в Большой атлантический саргассовый пояс (простирается на северо-запад Северо-Бразильским течением и Северным Экваториальным течением и на восток до побережья Западной Африки Северным Экваториальным Противотечением)
После июля: цветение продолжается до восточной Атлантики, в то время как общая численность начинает снижаться
Сент-октябрь: Блум постепенно рассеивается
Зима: либо маты рассеиваются (как в 2012 году), либо способствуют новым цветам в наступающем году
Хрустальный шар и дополнительная работа не требуются
Цветение саргассума в Карибском бассейне в начале этого года было даже хуже, чем в прошлом году, сказал Ху, и это, вероятно, повлияет на праздничные каникулы в северной части Карибского бассейна и на юге Флориды, включая Доминиканскую Республику, Пуэрто-Рико, Ямайка, Кинтана-Роо, Флорида-Кис, Майами-Бич и Палм-Бич.
В целом, предсказать будущее цветение трудно, сказал Ху, потому что цветение зависит от широкого спектра факторов, которые трудно предсказать. Еще многое предстоит понять, например, влияет ли саргассовый пояс на рыболовство и каким образом.
«Мы надеемся, что это послужит основой для лучшего понимания и реагирования на это новое явление», - сказал Ху. «Нам нужно гораздо больше дополнительной работы».