9.12.19.2 HABs in Winter: Újabb Clupeid Harvest a WFS-en?

A CPR part menti óceánmodelljét (Chen et al., 2003) legközelebb a Finite Volume Coastal Ocean Model (FVCOM) segítségével kapcsolták össze a torkolatokkal. Ez a nagyobb felbontású cirkulációs modell a Tampa-öblöt és a Charlotte Harbort is magában foglalta az árapály-kényszer és a torkolati anyagáramlások kiszámításához. Az FVCOM strukturálatlan rácsot alkalmaz a vízszintesben, miközben a prognosztikai egyenleteket véges differenciák segítségével oldja meg (Weisberg és Zheng, 2006). Hasonlóképpen σ-koordinátarendszert és módusfelosztási technikát alkalmaz az impulzusegyenletek megoldására, a számítási hatékonyság érdekében két időléptékkel (barotróp és baroklinikus).

A kombinált ROMS/NAT HYCOM/FVCOM cirkulációs modellek felhasználásával a floridai Sarasota partjainál a 25 méteres izobátuson (56. ábra a) pont C10-es kikötési pontján) lévő ADCP-rendszerben megfigyelt áramlásokat 2005 első 240 napjára vonatkozóan ezek a cirkulációs modellek megismételték, a középmélységben 0,87-es r2 determinációs együtthatóval (Weisberg et al.: “R2”), 2009). Így erre az adatfelvételre és a cirkulációs modellek eredményeire nem alkalmaztunk EKF-et. Ehelyett a 2005. január 13. és február 18. közötti időszakban (Weisberg et al., 2009) a következőkben csak az abiotikus vörös árapály fizikai transzportjának figyelembevételét vizsgálták (62. ábra), azaz az egyenletben szereplő növekedési és veszteségtételek nélkül, kivéve az advekciót (Weisberg et al., 2009). Az eredetileg 2004 szeptemberében (1. ábra) kezdődött 2005-ös vörös árapály-virágzás reszuszpenzióját először a Tampa-öböl partjainál fedezték fel újra, a hőmérséklet és a sótartalom által kényszerített fronton.

62. ábra. A 2005 januárjában a tengerfenék közelében kibocsátott K. brevis abiotikus vörös árhullámok (a) szimulált részecskepályái a (b) Karenia-sejtek számához viszonyítva. K.A. Steidinger jóvoltából. A színkódolás a szimulált részecskék és a megfigyelések korát jelöli.

Courtesy of R.H. Weisberg.

A 62(a) ábra a modell fenekének közelében, a kezdeti észlelési ponthoz közeli három helyen kibocsátott részecskék Lagrange-pályák sorozatát mutatja. A színkódok a mélységnek felelnek meg, a kék a fenék közelében, a piros pedig a felszín közelében. A 62(b) ábra a megfigyelt sejtszámokat mutatja ebben a régióban, amelyeket a FWC FWRI kollégáink bocsátottak rendelkezésünkre. A sejtszám és a pályaelemzés alapján a K. brevis-sejtek a kezdeti tengeri észlelési helyről a part menti partra az alsó Ekman-rétegben szálltak, amit a szélmező változása kényszerített ki. Ezért a fizikai szállítás kulcsfontosságú változó, amikor a vörös dagály virágzásának helyzetét elemezzük a mélyben lévő biokémiai paraméterekhez viszonyítva, amelyeket a tengerfelszínen semmilyen évszakban nem lehet műholddal nyomon követni!

A WFS vörös dagály további, korábbi téli exportja is okozhatta a “86-os nagy halpusztulást”, amelyet Ralph Middleton Monroe – egy floridai úttörő – 1886 januárjában fényképezett le a Long Key Key partjainál, félúton Key West és Miami között, Floridában. Akárcsak az osztrigák pusztulását abban a hónapban (Wilcox, 1887), a halpusztulást is az 1886. januári hidegnek tulajdonították. Mégis, 100 évvel később, 1995. január 18-án a Sanibel-sziget közelében a K. brevis FWRI sejtszámlálásai ismét ∼1,5 µg-chl l-1 értéket mutattak (Tester és Steidinger, 1997). Ez a vörös árhullám a part menti WFS epicentrumában kezdődött 1994 szeptemberében (1. ábra), és 1995 januárjában és februárjában kiterjedt halpusztulást jelentettek a floridai szárazföld és a Dry Tortugák között. 1995. február 17-én a floridai keleti parton West Palm Beachnél ∼0,2 µg-chl l-1 K. brevis-t mértek, amiről a Miami Herald kötelességtudóan beszámolt, és a vörös árhullám reliktumai 1995 márciusáig fennmaradtak az Onslow-öbölnél (NC) (Tester és Steidinger, 1997).

A közelmúltban a part menti epicentrumban, Tampa és Nápoly között 1968, 1974, 1996, 1999, 2000 és 2002 során szintén megfigyeltek >10 µg-chl l-1 januári-februári vörös árapályokat (1. ábra). A meglévő part menti óceáni cirkulációs modellek CPR alkalmazása megmutatta, hogy az impulzus, a tömeg és más skalárváltozók, azaz a tápanyagok, a vörös árapály és a lárvális halak keveredését a WFS-en a háromdimenziós sebesség-, hőmérséklet- és sótartalom-mezők határozzák meg. Mivel az óceáni cirkuláció egyesíti a tápanyagokat a fénnyel, és ezáltal megteremti az elsődleges termelékenység és a biológiai komplexitás színterét, csak a cirkuláció és az ökológia megfelelő összekapcsolásával remélhetjük, hogy szimulálni tudjuk az USA délkeleti részén előforduló HAB-ok alakulását. Az ördög persze mindig a részletekben rejlik.

Mi lenne, ha a HAB-ok itt a WFS-en, valamint a GOM nyugati részén és a folyásirányban lévő SAB-ban, az egész MS-ben, a Vörös-tengeren és az Arab-öböl és tenger egyes részein, ahol a clupeidák bővelkednek, nem csak fényt és oldott tápanyagokat keresnének, hanem élő zsákmányt is, amit learathatnak? Annak ellenére, hogy a szokásos felszíni hőmérséklet <20 °C és a nitrátkészlet <0,1 µmol-NO3 kg-1 volt január-márciusban a WFS-en (Walsh et al., 2003), a 2005-ös vörös árhullám a 2004 októberében kezdődött januári reszuszpenziós eseménytől 2005 decemberéig tartott (1. ábra). Az 1998-as és 1999-es október-novemberi vörös árhullámok idején a WFS-en (1. ábra) a K. brevis-populációk által a felszínközeli vizekben ∼1-10 µg-chl l-1 ichthyotoxikus szinteken felhasználatlanul hagyott ammónium- és karbamidkészlet 0,07 és 0,11 µmol-N kg-1 volt, szemben a 0,03 µmol-PO4 kg-1 értékkel a 6,0 arányú újrahasznosított N/PO4 arányban (Walsh et al., 2003). Az egyidejű tápanyagkészletek és a vörös árhullámok 1998-99-ben a WFS-en a K. brevis által végzett nitrogéngyűjtést tükrözik, mivel a halak N/P aránya ehelyett ∼32 (Walsh et al., 2006).

A WFS kereskedelmi célú halhozamai 2002-07 között (Walsh et al., 2009) a 2005-ös és 2006-os vörös árhullámok után az egységnyi erőkifejtésre jutó fogás (CPUE) a domináns téli szaporodású clupeida, a cérnahering – Opisthonema oglinum – esetében 2007-ben ∼25%-a volt a 2002-es értéknek (1. ábra). Az állománybőség relatív indexeként (Gulland, 1983) a cérnahering CPUE 2005 utáni csökkenése a 2005-ös téli ívás során bekövetkezett toborzási kudarcot tükrözte, amikor a K. brevis már nem szedte a T. erythraeumot <20 °C-os hőmérsékleten január-márciusban, amikor jelenlétük a WFS-en <8%-os egyenlő lakottságot jelent (3. ábra). Arra következtetünk, hogy ezek az ichtiotoxikus dinoflagellák ekkor az O. oglinumot szüretelték, ahelyett, hogy a tavaszi ívók, azaz a spanyol szardínia, Sardinella aurita (Walsh et al., 2009) szokásos haltáplálékát hasznosították volna. Az 1957-2008 közötti 45 vörös árhullám hosszú távú feljegyzése alapján (1. ábra), ezek közül 10 januárban meghaladta a ∼10 µg-chl l-1 értéket, ami azt jelenti, hogy a hibernált halak további halakkal zsákmányoltak, hogy meghosszabbítsák ezeket a kezdeti őszi vörös árhullámokat.

Ennek megfelelően a CPR ökológiai modellje (HABSIM) 49 állapotváltozót tartalmaz négy almodellben (24. ábra), hogy értékelje az egyes potenciális tápanyagforrások szerepét a vörös árapályok megindulásában és fenntartásában a WFS-en: (1) egy biokémiai almodell; (2) egy benti almodell; (3) egy optikai almodell; és (4) a keringési almodellek egymásba ágyazott csoportja. A korábban tárgyaltak szerint a HABSIM-et természetesen a ROMS/NAT HYCOM/FVCOM kombinációja kényszeríti ki. Az optikai almodell egy spektrális fénymezőt tartalmaz a vízből kilépő besugárzás, az abszorbancia és a vízoszlopon belüli visszaszóródás kiszámításához. A fitoplankton és a detritusz egyes részecskecsoportjaira jellemző abszorpciós és visszaszórási együtthatókat alkalmazzuk a víz és a CDOM abszorpciójának standard számításaihoz minden egyes mélységi szinten. A potenciális fénykorlátozást viszont a fitoplankton minden osztályára kiszámítják, hogy segítsenek meghatározni az egyes primer termelők egyéni fülkéit (1. és 2. táblázat).

A teljes biokémiai almodell a következő tápanyagállapot-változókkal kezdődik: nitrát; ammónium; foszfát; szilikát; oldott és kolloid vas; szervetlen szén; az oldott szerves szén/nitrogén/foszfor tűzálló és labilis formái; és CDOM. Ezek a kémiai változók közvetítik a diatómákból, K. brevisből, A. monilatumból, mikroflagellákból és Trichodesmiumból álló fitoplanktonközösség szukcesszióját, a bakterioplanktonnal is versenyezve. A fitoplankton minden egyes funkcionális csoportja különböző specifikus kiválasztási, légzési, lízis és ülepedési/úszási sebességekkel, valamint a tápanyag- és fénykorlátozás paramétereivel rendelkezik (1. és 2. táblázat).

A fitoplanktont ezt követően a zooplankton növényevők, azaz az egysejtűek és a kopárfejűek aratják le, táplálékátadással a lárvális halaknak, befolyásolva a felnőtt halállományok toborzását.

Mivel a bomló halak kulcsfontosságú tápanyagforrást jelentenek a vörös árapály számára, ami egyenértékű a Trichodesmium por által stimulált nitrogénmegkötéssel (Walsh et al, 2006, 2009), explicit megfogalmazást igényelnek a biokémiai modellben. A HABSIM lárvális halai a WFS-en és a szomszédos torkolatokon belül domináns clupeida csalihalak, azaz az atlanti cérna, pikkelyes és kerek hering (O. oglinum, H. jaguana és Etrumeus teres), a spanyol szardínia (S. aurita) és az öbölszardella (Anchoa mitchilli) sebességparamétereivel rendelkeznek. Ezeket a halakat viszont a modell halevői fogyasztják. A különböző lehalászási stratégiákat a vörös és a gag grouper (Epinephelus morio és Mycteroperca microlps), a királymakréla (Scomberomorus cavalla), a vermillion snapper (Rhomboplites aurorubens) és a halászok által végzett lehalászás képviseli. Mindezek a halcsoportok a magasabb trofikus szintek domináns tagjai a part menti vizekben, például a GOM és a SAB, a Fekete-tenger, a MS és az Arab-öbölben.

A benti almodell egyetlen 1 cm vastagságú üledékrétegből áll. Ugyanazokat az állapotváltozókat használja, mint a vízoszlopmodell, a fitoplanktonfajok és a tárolt halbiomassza kivételével. A fenék elsődleges termelését a homokhoz kötődő, árnyékhoz alkalmazkodó fenéklakó diatómák biztosítják. A részecskék, mint például a detritusz, a vízoszlopból az üledékrétegbe süllyedhetnek. Az eufotikus zóna alatti külső talapzat üledékébe süllyedő élő diatómákról feltételezzük, hogy ott elpusztulnak, és így az üledék detrituszkészletéhez adódnak. Az oldott fajok a molekuláris diffúziós sebességüknek megfelelően diffundálnak az üledék-víz határfelületen, korrigálva a hőmérséklettel és az üledék kanyargósságával. De vajon szükséges-e ez az ökológiai komplexitás, ahogyan azt a WFS egydimenziós modelljének jelenlegi megoldásai tükrözik (26. és 30. ábra), vagy nem elégséges?