امواج گرمایی اقیانوس‌ها گرمایش پنهان طولانی‌مدت را آشکار می‌کنند

Marine heatwaves are often treated as isolated bursts of extreme warmth, but new research shows they can be embedded within much longer periods of elevated temperatures. Credit: Shutterstock

تحقیقات جدیدی که توسط VIMS و Batten School دانشگاه ویلیام و مری هدایت می‌شود، نشان می‌دهد که این رویکرد ممکن است بخش عمده‌ای از گرمایی را که اکوسیستم‌های دریایی در واقع تجربه می‌کنند، نادیده بگیرد. محققان چارچوبی برای اندازه‌گیری مواجهه تجمعی نه تنها در طول امواج گرمایی دریایی، بلکه در دوره‌های طولانی‌تر دمای غیرمعمول گرم که ممکن است قبل و بعد از آنها رخ دهد، ایجاد کردند.

امواج گرمایی دریایی بخشی از دوره‌های طولانی‌تر گرمایش هستند

این مطالعه که در Nature's Communications Earth & Environment منتشر شده است، دوره‌های گرمایش را که قبل و بعد از امواج گرمایی دریایی رخ می‌دهند، دسته‌بندی می‌کند. با استفاده از مشاهدات طولانی مدت از 20 استوآری ایالات متحده، محققان راهی برای اندازه‌گیری کل مواجهه با گرما با در نظر گرفتن امواج گرمایی دریایی به عنوان بخشی از دوره‌های گرمایش گسترده‌تر، به جای رویدادهای جداگانه، ایجاد کردند.

"ما شروع به متوجه شدن ناهنجاری‌های گرم آب در دو طرف امواج گرمایی دریایی کردیم و متوجه شدیم که در واقع در دوره‌های طولانی‌تری از آب گرم تعبیه شده‌اند،" ریکاردو اوتزیگ نردی، کارشناس تحقیقاتی که با پیرو مازینی، استادیار VIMS و Batten School of Coastal & Marine Sciences همکاری می‌کند، توضیح داد. "شاید واضح به نظر برسد، اما مطالعات معمولاً فقط بر روی پنجره موج گرمایی دریایی تمرکز می‌کنند و این یک نمایش دقیق از شرایط واقعی نیست."

نردی دریافت که این گسترش‌های طولانی‌تر از دمای غیرمعمول گرم می‌تواند هفته‌ها یا حتی ماه‌ها ادامه داشته باشد، با وقوع موج گرمایی دریایی در جایی در آن دوره طولانی‌تر. در بسیاری از موارد، گرمایش قبل و بعد از MHW به اندازه خود موج گرمایی یا حتی بیشتر در مواجهه تجمعی با گرما نقش داشت.

"ما دیگر نمی‌توانیم امواج گرمایی دریایی را به صورت جداگانه هنگام ارزیابی تأثیر رویدادهای گرمایش بر اکوسیستم‌های ساحلی و اقیانوسی بررسی کنیم،" مازینی گفت. "ما باید چارچوب بزرگتری را که در آن وجود دارند، بشناسیم و این تحقیق راهی برای انجام این کار فراهم می‌کند."

دهه‌ها داده استرس گرمایی دست کم گرفته شده را نشان می‌دهد

محققان بیش از 2580 موج گرمایی دریایی ثبت شده در 20 استوآری ایالات متحده در طول دو دهه را بررسی کردند. تجزیه و تحلیل آنها نشان داد که ارزیابی‌های سنتی مواجهه کلی با گرما را به طور متوسط ​​بیش از 150 درصد دست کم می‌گیرند، تفاوتی که می‌تواند پیامدهای مهمی برای درک سلامت اکوسیستم داشته باشد.

"تصور کنید که در آفتاب دراز می‌کشید،" نردی با توضیح اهمیت مواجهه تجمعی با گرما گفت. "خطر آفتاب سوختگی به شدت نور خورشید و مدت زمانی که در معرض آن قرار می‌گیرید بستگی دارد. چند دقیقه ممکن است آسیب کمی ایجاد کند، اما ساعت‌ها قرار گرفتن در معرض آن می‌تواند آسیب‌رسان باشد. شرایط مشابهی برای موجودات دریایی و آب گرم وجود دارد. پاسخ‌های بیولوژیکی آنها نه تنها به میزان گرم شدن آب، بلکه به مدت زمان تداوم آن گرمایش نیز بستگی دارد. مواجهه طولانی مدت و تجمعی با گرما، به ویژه هنگامی که با سایر عوامل استرس دهنده ترکیب شود، می‌تواند شرایطی ایجاد کند که برخی از گونه‌ها ممکن است نتوانند در آن زنده بمانند."

نتایج نشان می‌دهد که ناهنجاری‌های گرم آب که قبل و بعد از موج گرما رخ می‌دهند، عمدتاً مستقل از خود MHW هستند. این یافته با روش معمول تفسیر استرس حرارتی توسط دانشمندان به چالش می‌کشد و رویکرد جدیدی برای تخمین مواجهه کلی با گرما در سراسر اکوسیستم‌های ساحلی ارائه می‌دهد.

دو نوع موج گرمایی دریایی ظاهر می‌شود

محققان همچنین امواج گرمایی دریایی را به دو دسته کلی تقسیم کردند. حدود دو سوم به عنوان رویدادهای "فردی" طبقه‌بندی شدند. این موارد در حدود 60 روز دمای بالا که فراتر از خود MHW گسترش می‌یابد، رخ دادند.

یک سوم باقی مانده به عنوان رویدادهای "مرکب" طبقه‌بندی شدند. این موارد با دوره‌های بسیار طولانی‌تری از گرمایش (حدود 90 روز) قبل و بعد از امواج گرمایی دریایی همراه بودند و بیش از سه برابر مواجهه تجمعی با گرمایی را که توسط خود MHW تولید می‌شد، ایجاد می‌کردند.

"همانطور که می‌بینید، اینها دوره‌های قابل توجهی از مواجهه حرارتی است،" مازینی توضیح داد. "بسیاری از آزمایش‌های آزمایشگاهی با افزایش دما برای چند روز یا چند هفته در کل، امواج گرمایی دریایی را شبیه‌سازی می‌کنند. یافته‌های ما نشان می‌دهد که در حالی که این آزمایش‌ها ارزشمند هستند، اغلب نمی‌توانند مواجهه طولانی مدت حرارتی را که موجودات در طبیعت تجربه می‌کنند، ثبت کنند. تحقیقات ما چارچوب جدیدی برای طراحی آزمایش‌هایی که شرایط طبیعی موج گرمایی دریایی را منعکس می‌کنند و مواجهه تجمعی با گرما را کمی می‌کنند، ارائه می‌دهد و به دانشمندان اجازه می‌دهد تا تأثیرات بیولوژیکی امواج گرمایی دریایی را در سراسر اکوسیستم‌ها بهتر ارزیابی کنند."

بازاندیشیدن در مورد نحوه مطالعه امواج گرمایی دریایی

این کار به مجموعه رو به رشدی از تحقیقات MHW از اساتید و محققان VIMS و Batten School اضافه می‌شود. مازینی و ناتان شونک، دانشجوی سال سوم دکترا، اخیراً مطالعه‌ای را منتشر کردند که در آن «امواج گرمایی دریایی عمودی» را تعریف کرده و یک سیستم طبقه‌بندی برای آنها در خلیج ایجاد کردند.

سال گذشته، نردی و مازینی همچنین تحقیقاتی را منتشر کردند که پیش‌بینی افزایش امواج گرمایی دریایی در امتداد ساحل شرقی ایالات متحده را نشان می‌دهد. این کار ارتباط بین امواج گرمایی دریایی و الگوهای آب و هوایی در مقیاس بزرگ، از جمله ال نینو و نوسان ده ساله آرام را شناسایی کرد.

"این مطالعه نمونه‌ای از علم برجسته است که از یک سوال ساده در مورد رابطه دما با شرایط کیفیت آب در استوآرها به وجود آمده است،" مازینی گفت. "این امر با سیستم ذخیره ملی استوآری NOAA و مشاهدات دمای طولانی مدت و با فرکانس بالا امکان پذیر شد. برنامه‌های نظارتی جامع مانند این به ما امکان می‌دهد سوالات بزرگتری بپرسیم و الگوهایی را کشف کنیم که در غیر این صورت پنهان می‌مانند."

گرمایش طولانی‌تر می‌تواند استرس اکوسیستم را تشدید کند

این یافته‌ها همچنین می‌تواند به جوامع ساحلی و مدیران منابع کمک کند تا بهتر درک کنند که گرمایش طولانی مدت چگونه بر محیط‌های دریایی تأثیر می‌گذارد. دوره‌های طولانی دمای بالای آب می‌تواند فشارهای زیست محیطی دیگر، از جمله شرایط کم اکسیژن و شکوفایی جلبکی مضر را تشدید کند.

به طور کلی، این استرس‌ها می‌توانند فشار بیشتری بر اکوسیستم‌هایی از جمله بستر گیاهان دریایی تا صخره‌های مرجانی وارد کنند. گنجاندن دوره‌های گرمایش قبل و بعد از امواج گرمایی دریایی در ارزیابی‌های اکولوژیکی و آزمایش‌های آزمایشگاهی می‌تواند به محققان کمک کند تا تخمین‌های واقعی‌تری از آسیب‌پذیری اکوسیستم ایجاد کنند و اطلاعات بهتری برای تصمیم‌گیری‌های حفاظتی و مدیریتی ارائه دهند.

"این تحقیق پتانسیل تغییر درک ما از نقش آب‌های گرم در سلامت اکوسیستم را با گسترش تمرکز ما فراتر از پنجره موج گرما دارد، تا اینکه تأثیر دما را در طول زمان در نظر بگیریم،" نردی توضیح داد. "من هیجان زده هستم که ببینم چه چیزی را ممکن است قبلاً با این دیدگاه جدید از دست داده باشیم."

با فراوان‌تر و شدیدتر شدن امواج گرمایی دریایی، اندازه‌گیری تأثیر تجمعی کامل آنها ممکن است برای محافظت از منابع ساحلی و کمک به جوامع برای آماده شدن برای تغییرات زیست محیطی آینده اهمیت بیشتری پیدا کند.