"Het grote mysterie over plankton is wat de verspreiding en overvloed bepaalt, en welke omstandigheden leiden tot grote planktonbloei, " zei Dennis McGillicuddy, Senior wetenschapper en afdelingsvoorzitter in Applied Ocean Physics and Engineering bij de Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI).

Twee nieuwe artikelen onderzoeken deze vraag en geven voorbeelden van omstandigheden die leiden tot massale planktonbloei met enorm verschillende potentiële effecten op het ecosysteem, volgens McGillicuddy, co-auteur van beide artikelen. Beide artikelen wijzen ook op het belang van het gebruik van geavanceerde technologie, waaronder Video Plankton Recorders, autonome onderwatervoertuigen, en de Coastal Pioneer Array van het Ocean Observatories Initiative - om deze bloemen te vinden en te volgen.

In één krant, Diatomeeënhotspots gedreven door stroominstabiliteit aan de westelijke grens, " gepubliceerd in Geofysische onderzoeksbrieven (GRL) , wetenschappers vonden onverwacht productieve ondergrondse hotspotbloei van diatomeeën fytoplankton.

In de GRL papier, onderzoekers onderzochten de dynamiek die de primaire productiviteit regelt in een regio van de Mid-Atlantische Bocht (MAB), een van 's werelds meest productieve mariene ecosystemen. in 2019, ze observeerden onverwachte diatomeeënhotspots in het hellingsgebied van de eufotische zone van de bocht, de oceaanlaag die genoeg licht ontvangt om fotosynthese te laten plaatsvinden. Fytoplankton zijn fotosynthetische micro-organismen die de basis vormen van het aquatische voedselweb.

Het was verrassend voor de onderzoekers dat de hotspots plaatsvonden in water met een hoog zoutgehalte dat uit de Golfstroom binnendrong. "Hoewel men dacht dat deze intrusies van laag-nutriënt Golfstroomwater de biologische productiviteit zouden kunnen verminderen, presenteren we bewijs van een onverwacht productieve ondergrondse diatomeeënbloei als gevolg van het directe binnendringen van een golfstroommeander naar het continentale plat, " merken de auteurs op. Ze veronderstellen dat de hotspots niet werden gevoed door oppervlaktewater van de Golfstroom, die doorgaans weinig voedingsstoffen en chlorofyl bevat, maar eerder dat de hotspots werden gevoed door voedingsstoffen die vanuit het diepere water van de Golfstroom in de zonlichtzone kwamen.

Met de veranderende stabiliteit van de Golfstroom, inbraken vanuit de Golfstroom kwamen de afgelopen decennia steeds vaker voor, volgens de onderzoekers. "Deze resultaten suggereren dat veranderende grootschalige circulatie gevolgen heeft voor de regionale productiviteit die niet detecteerbaar zijn door satellieten vanwege hun aanwezigheid ver onder het oppervlak, ’ merken de auteurs op.

"In dit specifieke geval veranderend klimaat heeft geleid tot een toename van de productiviteit in deze specifieke regio, dankzij een subtiele en enigszins onverwachte interactie tussen de fysica en biologie van de oceaan. Diezelfde dynamiek hoeft niet noodzakelijkerwijs elders in de oceaan te gelden, en het is vrij waarschijnlijk dat andere delen van de oceaan na verloop van tijd minder productief zullen worden. Dat is een grote zorg, " zei McGillicuddy. "Er zullen regionale verschillen zijn in de manier waarop de oceaan reageert op klimaatverandering. En de samenleving moet vanuit regionaal perspectief intelligent kunnen sturen, niet alleen vanuit een mondiaal perspectief."

De onderzoeksbevinding toonde "een cool, contra-intuïtieve biologische impact van deze veranderende grootschalige circulatie, " zei de GRL hoofdauteur van het artikel, Hilde Olivier, een postdoctoraal onderzoeker in Applied Ocean Physics and Engineering aan de WHOI. Ze herinnerde zich dat ze de instrumentgegevens had zien binnenkomen. Met typische zomerwaarden van ongeveer 1-1,5 microgram chlorofyl per liter zeewater, onderzoekers registreerden 'ongehoorde concentraties voor chlorofyl in deze regio in de zomer, " tot 12 of 13 microgram per liter, zei Oliver.

Olivier, wiens Ph.D. gericht op modellenwerk, zei dat de cruise haar hielp om fytoplanktonbloei vanuit meer dan theoretische zin te bekijken. "Om de oceaan in te gaan en te zien hoe de fysica van de oceaan deze bloemen in de echte wereld kan manifesteren, was voor mij een eye-opener, " ze zei.

Een ander papier, "Een regionale, Vroege lentebloei van Phaeocystis pouchetii op het continentale plat van New England, " gepubliceerd in de Journal of Geophysical Research:Oceanen (JGR:Oceans) , was ook een eye-opener. Onderzoekers die de biologische dynamiek van het continentale plat van New England in 2018 onderzochten, ontdekten een enorme bloei van het haptofyt-fytoplankton Phaeocystis pouchetii.

Echter, in tegenstelling tot de diatomeeënhotspots beschreven in de GRL papier, Phaeocystis is "onverteerbaar voor veel verschillende organismen en verstoort het hele voedselweb, " zei Walker Smit, gepensioneerd professor aan het Virginia Institute of Marine Science William en Mary, wie is de hoofdauteur van de JGR:Oceanen papier. Het fytoplankton vormt gelatineuze kolonies met een diameter van millimeters.

Als Phaeocystis bloeit, het maakt gebruik van voedingsstoffen, net als elke andere vorm van fytoplankton. Echter, in tegenstelling tot de diatomeeën die worden vermeld in de GRL papier, Phaeocystis zet biomassa om in iets dat niet de neiging heeft om in de rest van de voedselketen terecht te komen, zei McGillicuddy.

"Het begrijpen van de fysisch-biologische interacties in het kustsysteem biedt een basis voor het voorspellen van deze bloei van potentieel schadelijke algen en kan leiden tot een betere voorspelling van hun effecten op kustsystemen, ", stellen de auteurs.

Massale bloei van het koloniale stadium van deze en soortgelijke soorten zijn gemeld in veel systemen in verschillende delen van de wereld, die Smith heeft bestudeerd. Dit soort bloei komt waarschijnlijk ongeveer om de drie jaar voor op het continentale plat van New England en heeft waarschijnlijk een vrij sterke invloed op de wateren van New England, voedsel webben, en visserij, zei Smit. Kustbeheerders moeten op de hoogte zijn van deze bloei, omdat ze economische gevolgen kunnen hebben voor de aquacultuur in kustgebieden, hij zei.

"Ondanks het feit dat de Mid-Atlantische Bocht goed is bestudeerd en uitgebreid is bemonsterd, er gebeuren dingen die we nog steeds niet echt waarderen, " zei Smith. "Een voorbeeld zijn deze Phaeocystis-bloemen die diep in het water zijn en die je nooit zult zien tenzij je er bent omdat satellieten ze niet kunnen laten zien. Dus, hoe meer we kijken, hoe meer we te weten komen."