Quando certos tipos de algas se acumulam na superfície do oceano em grandes números, eles transformam grandes faixas de água em uma cor marrom-avermelhada, atrair a atenção por motivos bons e ruins.

Na costa do sul da Califórnia, esses eventos, conhecido como "marés vermelhas, "pode ​​produzir espetaculares espetáculos noturnos de luz, iluminando as ondas quebrando e criando misteriosas trilhas azuis atrás dos peixes do surfe. No entanto, em outras áreas, como ao largo da Flórida e nos Grandes Lagos, essas flores podem ser tóxicas, causando a morte de peixes, envenenamento por marisco, e desencadear problemas respiratórios em humanos e mamíferos marinhos.

Por mais de um século, cientistas têm tentado entender o que causa a formação de marés vermelhas em áreas costeiras, aparentemente do nada. Usando uma nova técnica desenvolvida pelo Scripps Institution of Oceanography da University of California San Diego, cientista George Sugihara e colegas, esse mistério está finalmente sendo desvendado.

Uma equipe de pesquisa da Scripps liderada por alunos analisou dados sobre o pigmento primário nas algas - clorofila - bem como as concentrações de nutrientes e vários aspectos físicos do oceano coletados do Píer Scripps como parte de um programa de observação contínua, liderado pelo professor emérito da Scripps, John McGowan, isso faz parte do Programa Scripps Shore Stations.

Quando os dados ecológicos foram alimentados nos modelos livres de equações de Sugihara, conhecido como modelagem dinâmica empírica (EDM), os pesquisadores foram capazes de identificar padrões na aleatoriedade aparente que podem ser usados ​​para prever marés vermelhas no sul da Califórnia.

O novo estudo, a ser publicado no jornal Ecologia e disponível online, descobriram que as marés vermelhas não são puramente aleatórias. Ele oferece oportunidades para prever essas proliferações de algas prejudiciais que não poderiam ser previstas usando métodos tradicionais de modelagem ecológica.

"As marés vermelhas foram um mistério por tantos anos porque estávamos olhando para o ecossistema como se ele estivesse em equilíbrio e imutável e, portanto, pudesse ser estudado um pedaço de cada vez, "disse Sugihara, o distinto professor de ciências naturais da cadeira McQuown e um autor sênior do estudo. "Era um mistério apenas porque estávamos olhando para o lado errado. Procurar coisas que simplesmente 'se correlacionam' com as marés vermelhas vai falhar."

O método EDM é baseado na ideia de que o ecossistema está sempre mudando e deve ser estudado como um sistema completo e não como peças separadas. A análise holística dos ecossistemas permitiu a Sugihara e sua equipe usar o arquivo de 30 anos de dados de campo para identificar os mecanismos que causam as marés vermelhas.

"Mesmo com grandes melhorias na 'previsão do ecossistema' nas últimas décadas, continua sendo um grande desafio para os cientistas, "disse Alan Tessier, vice-diretor da Divisão de Biologia Ambiental da National Science Foundation (NSF). “Esta pesquisa mostra que o desafio está sendo superado por meio de técnicas inovadoras que nos oferecem informações de como prever marés vermelhas. Isso é importante para saber quando fechar áreas de pesca e natação, e para a saúde dos moradores que vivem ao longo das águas afetadas. "

"A abordagem nos permitiu encontrar fatores que se combinam como uma tempestade perfeita para produzir uma maré vermelha, "disse Sugihara." Esses fatores incluem ter uma coluna de água estável e baixos níveis de nutrientes nas águas superficiais. "

Com mais melhorias no modelo para incorporar observações em tempo real, Sugihara e a equipe acreditam que essas proliferações de algas podem ser previstas como parte de um sistema de alerta antecipado para futuros eventos de maré vermelha.

Além das preocupações com a saúde pública, essas proliferações de algas causam problemas operacionais em usinas de energia e dessalinização, e criar zonas com falta de oxigênio no oceano. A previsão avançada das marés vermelhas pode ajudar a fornecer respostas mais proativas às repercussões na saúde humana e animal, orientar paralisações temporárias de usinas de dessalinização, e auxílio no planejamento de exercícios de treinamento militar em águas costeiras.

"Esta pesquisa não teria sido possível sem as observações de séries temporais do fitoplâncton para validar os esforços de modelagem, "disse David Garrison, diretor do programa de oceanografia biológica da NSF. "Os resultados são importantes para tratar de problemas sociais, como a proliferação de algas nocivas em águas costeiras."