Este diagrama mostra os principais elementos do modelo de ponto de acesso de Messié. A ressurgência impulsionada pelo vento traz nitrato à superfície, onde é consumido por diatomáceas e outros fitoplânctons (algas microscópicas). As diatomáceas, por sua vez, são consumidas pelos copépodes, que excretam amônio. Este amônio alimenta fitoplâncton menor, que são consumidos por zooplâncton menor (animais à deriva). Durante este processo, as correntes oceânicas impulsionadas pelo vento carregam as algas e os animais para longe da costa. Crédito:Kim Fulton-Bennett / MBARI
Todos os anos, milhares de pessoas vêm à Baía de Monterey para assistir ao frenesi alimentar das aves marinhas, leões marinhos, e baleias jubarte. Mas por que certas áreas costeiras, como Monterey Bay, se tornar mecas para humanos e animais selvagens? Um novo modelo de computador dos pesquisadores do MBARI Monique Messié e Francisco Chavez pode prever a localização de hotspots biológicos em todo o mundo, usando apenas informações básicas sobre os ventos locais, correntes, e concentrações de nitrato, que atua como um fertilizante para algas marinhas. Messié e Chávez publicaram recentemente uma descrição de seu novo modelo na revista Cartas de pesquisa geofísica .
A baía de Monterey é um ponto importante para baleias e outros animais marinhos, em parte por causa de seus enormes enxames de anchovas e krill. Anchovas e krill são abundantes porque esta área abriga muitos animais menores, como copépodes, bem como algas microscópicas como as diatomáceas. As diatomáceas crescem abundantemente na primavera, quando há muito nitrato na água. Esse nitrato vem de águas profundas que são carregadas em direção à superfície quando os fortes ventos do noroeste empurram a água da superfície para longe da costa - um processo conhecido como ressurgência.
Mesmo que os eventos de ressurgência durem apenas alguns dias, seus impactos biológicos podem continuar por semanas ou meses, como o florescimento de diatomáceas permite que o zooplâncton, como copépodes e krill, se alimentem, crescer, e reproduzir. Durante este tempo, as correntes oceânicas podem transportar tanto as diatomáceas quanto o zooplâncton a dezenas de quilômetros de distância da costa.
Portanto, a resposta curta sobre a baía de Monterey é que ela é um ponto crítico devido à ressurgência. Isso pode ser previsto usando os modelos existentes. Mas o modelo de Messié é incomum porque mostra detalhadamente onde os animais (neste caso, copépodes) tendem a se reunir nas áreas de ressurgência e em torno delas.
Usar um modelo de computador para reproduzir esse processo é um grande desafio. A maioria dos modelos de computador do oceano são extremamente complexos, incorporando muitos fatores diferentes sobre processos físicos e às vezes biológicos que ocorrem em várias profundidades.
Em contraste, O novo modelo de Messié é relativamente simples. No entanto, ele faz um trabalho surpreendentemente bom em prever as localizações detalhadas de pontos de acesso conhecidos ao redor de várias das áreas de ressurgência mais importantes do mundo.
O modelo é projetado para prever a distribuição geográfica de copépodes como este, que foi coletado perto da Baía de Monterey. Crédito:Julio Harvey / MBARI
No centro do modelo está o nitrato, um nutriente essencial para diatomáceas e muitas outras algas marinhas microscópicas (também conhecido como fitoplâncton). Muitos fitoplânctons precisam de nitrato para crescer. Mas as diatomáceas proliferam apenas quando há muito nitrato nas águas superficiais iluminadas pelo sol.
Na falta de dados detalhados sobre as concentrações de nitrato em centros de ressurgência remotos, Messié e seus colegas usaram informações generalizadas sobre a quantidade de água disponível em águas profundas nas várias áreas de ressurgência, combinado com informações sobre os ventos locais que trazem esse nitrato para a superfície.
O modelo também leva em consideração as correntes oceânicas. "Uma das coisas que aprendemos ao criar este modelo, "Messié notou, "foi a importância das correntes oceânicas na movimentação de nitratos e algas dentro do oceano. No início, tentamos fazer nossos próprios cálculos de correntes a partir de informações generalizadas sobre os ventos, mas eventualmente usamos um repositório de dados existente que fornecia estimativas das correntes oceânicas com base em dados de satélite. "
Os pesquisadores primeiro verificaram os resultados do modelo em relação aos dados de campo coletados na costa da Califórnia central pelo MBARI, a Administração Oceânica e Atmosférica Nacional (NOAA), e a California Cooperative Oceanic Fisheries Investigations (CalCOFI).
De acordo com Messié, "O modelo fez um bom trabalho simulando os padrões gerais de sucessão do fitoplâncton, e as diferenças entre as populações onshore e offshore. "Por exemplo, o modelo previu concentrações máximas de copépodes a cerca de 50 a 100 quilômetros da costa - um fenômeno que foi observado por levantamentos de zooplâncton da CalCOFI na região.
Os hotspots de copépodes previstos pelo modelo também corresponderam aos hotspots de krill identificados durante os levantamentos de campo da NOAA. O krill tende a viver em águas mais profundas do que os copépodes, onde eles podem não ser tão afetados pelas correntes de superfície. Por esta razão, os pesquisadores ficaram inicialmente surpresos com o fato de que o krill acabaria nas áreas previstas como hotspots para copépodes. Mas a descoberta faz sentido quando você considera que os hotspots biológicos costumam hospedar muitos tipos diferentes de animais (aves marinhas, leões marinhos, e jubarte, por exemplo).
Esses mapas mostram as densidades estimadas de copépodes do modelo durante a temporada de ressurgência nas costas da Califórnia e do Peru. As linhas pontilhadas mostram correntes relacionadas à ressurgência levando os copépodes para longe da costa. Os pontos vermelhos indicam onde o modelo previu as populações mais densas de copépodes. Os números ao longo da costa indicam pontos críticos biológicos previamente conhecidos. Crédito:Monique Messié / MBARI
Messié observa que, contanto que eles possam simular com precisão as condições do mundo real, menor, os modelos mais simples têm várias vantagens sobre os modelos maiores. Por uma coisa, eles levam muito menos tempo de computador para rodar (alguns modelos grandes levam dias ou semanas para rodar, mesmo em supercomputadores). Modelos menores podem ser executados mais ou menos em tempo real para estudar as condições e eventos existentes enquanto eles ainda estão ocorrendo. Eles também são relativamente fáceis de modificar para testar hipóteses científicas concorrentes.
No lado negativo, O modelo atual de Messié foi projetado apenas para simular as condições ao longo de toda uma estação de ressurgência (primavera e verão no centro da Califórnia). Além disso, ele não consegue identificar pontos críticos que se formam por causa de fontes de nitrato que não sejam a ressurgência local. (O Golfo dos Farallones, perto da costa da Baía de São Francisco, pode ser um desses lugares).
Messié, Chávez, e vários colaboradores da Universidade da Califórnia, Santa Cruz, recentemente recebeu US $ 700, 000, Concessão de três anos da NASA para estender o modelo existente para que ele possa rastrear ou prever a evolução dos pontos de acesso mês a mês.
Eles também esperam descobrir o quão bem seus pontos de acesso de zooplâncton modelados correspondem aos pontos de acesso conhecidos para baleias e aves marinhas. Se a resposta for "muito bem", o modelo pode ser usado para prever onde as baleias e as aves marinhas se agregam em diferentes épocas do ano. Isso pode ajudar os cientistas a estudar os animais e grupos conservacionistas que desejam protegê-los, sem falar no público que deseja saber os melhores horários e locais para observação da vida selvagem.
O recente artigo de Messié e Chávez mostra que, mesmo em modelos de computador, pequeno às vezes pode ser bonito.
