Wanneer bepaalde soorten algen zich in grote aantallen ophopen op het oceaanoppervlak, ze kleuren grote delen water een roodbruine kleur, aandacht trekken om zowel goede als slechte redenen.

Voor de kust van Zuid-Californië zijn deze gebeurtenissen, bekend als "rode getijden, " kan ontzagwekkende nachtelijke lichtshows produceren door brekende golven te verlichten en angstaanjagende blauwe paden achter surfvissen te creëren. in andere gebieden, zoals bij Florida en in de Grote Meren, kunnen deze bloemen giftig zijn, waardoor vissen afsterven, schelpdiervergiftiging, en ademhalingsproblemen veroorzaken bij mensen en zeezoogdieren.

Voor meer dan een eeuw, wetenschappers hebben geprobeerd te begrijpen waardoor rode getijden ontstaan ​​in kustgebieden die schijnbaar uit het niets komen. Met behulp van een nieuwe techniek ontwikkeld door Scripps Institution of Oceanography aan de University of California San Diego, wetenschapper George Sugihara en collega's, dat mysterie wordt eindelijk ontrafeld.

Een door studenten geleid Scripps-onderzoeksteam analyseerde gegevens over het primaire pigment in algen - chlorofyl - evenals de nutriëntenconcentraties en verschillende fysieke aspecten van de oceaan verzameld bij Scripps Pier als onderdeel van een continu observatieprogramma, onder leiding van Scripps Emeritus Professor John McGowan, dat deel uitmaakt van het Scripps Shore Stations-programma.

Toen de ecologische gegevens werden ingevoerd in Sugihara's vergelijkingsvrije modellen, bekend als empirische dynamische modellering (EDM), de onderzoekers konden patronen identificeren in de schijnbare willekeur die kunnen worden gebruikt om rode getijden voor Zuid-Californië te voorspellen.

De nieuwe studie, te publiceren in het tijdschrift Ecologie en online beschikbaar, ontdekte dat rode getijden niet puur willekeurig zijn. Het biedt kansen om deze schadelijke algenbloei te voorspellen die niet kon worden voorspeld met traditionele ecologische modelleringsmethoden.

"Rode getijden waren zoveel jaren een mysterie omdat we naar het ecosysteem keken alsof het in evenwicht en onveranderlijk was en daarom stuk voor stuk konden worden bestudeerd, " zei Sugihara, de McQuown Chair Distinguished Professor of Natural Science en een senior auteur van het onderzoek. "Het was alleen een mysterie omdat we er op de verkeerde manier naar keken. Zoeken naar dingen die gewoon 'correleren' met rode getijden, zal mislukken."

De EDM-methode is gebaseerd op het idee dat het ecosysteem altijd verandert en als een geheel systeem moet worden bestudeerd in plaats van als afzonderlijke delen. Door de ecosystemen holistisch te analyseren, konden Sugihara en zijn team het 30-jarige archief van veldgegevens gebruiken om de mechanismen te identificeren die rode getijden veroorzaken.

"Zelfs met enorme verbeteringen in 'ecosysteemvoorspelling' in de afgelopen decennia, het blijft een grote uitdaging voor wetenschappers, " zei Alan Tessier, adjunct-directeur van de afdeling Milieubiologie van de National Science Foundation (NSF). "Dit onderzoek toont aan dat de uitdaging wordt overwonnen met behulp van innovatieve technieken die ons informatie bieden, zoals het voorspellen van rode getijden. Dat is belangrijk om te weten wanneer visserij- en zwemgebieden moeten worden gesloten, en voor de gezondheid van de bewoners die langs de getroffen wateren wonen."

"De aanpak stelde ons in staat om factoren te vinden die samenkomen als een perfecte storm om een ​​rood getij te produceren, " zei Sugihara. "Deze factoren omvatten het hebben van een stabiele waterkolom en lage nutriëntenniveaus in oppervlaktewateren."

Met verdere modelverbeteringen om real-time waarnemingen op te nemen, Sugihara en team geloven dat deze algenbloei kan worden voorspeld als onderdeel van een systeem voor vroegtijdige waarschuwing voor toekomstige vloedgebeurtenissen.

Naast de bezorgdheid over de volksgezondheid, deze algenbloei veroorzaakt operationele problemen bij energie- en ontziltingsinstallaties, en zuurstofarme zones in de oceaan te creëren. Geavanceerde voorspelling van eb en vloed kan helpen om proactiever te reageren op de gevolgen voor de gezondheid van mens en dier, begeleiden van tijdelijke sluitingen van ontziltingsinstallaties, en hulp bij het plannen van militaire trainingsoefeningen in kustwateren.

"Dit onderzoek zou niet mogelijk zijn geweest zonder tijdreeksobservaties van fytoplankton om modelleringsinspanningen te valideren, " zei David Garrison, directeur van het biologische oceanografieprogramma van NSF. "De resultaten zijn belangrijk voor het aanpakken van maatschappelijke problemen zoals schadelijke algenbloei in kustwateren."