为什么科学家们关心深海?

当科学家研究潮池在海洋的边缘,他们收集设备,降低岩石的海岸线,把“科学靴子。“只使用他们的眼睛,他们可以观察到粘糊糊的海葵,色彩斑斓的海星,和成千上万的藤壶附着在岩石。研究是什么在大海,然而,科学家们需要不同的工具和技术。潜水的发明是非常重要的,因为它允许科学家研究更深的水下首次像珊瑚礁生态系统。¹超出了深海珊瑚礁,是热带雨林一样充满活力,但它是对人类太深的访问。揭开神秘的深海,科学家们首先必须建立专门的设备来深入!

深海海洋中包括所有低于200米。在一些地方,如加利福尼亚、深海生态系统可以找到接近海岸(不到2公里的海滩)。深海是黑暗,寒冷和神秘。因为是有限度的人体可以多深没有专用设备,科学家建立技术将人们更深层次的1]。一些科学家已经使用单人潜艇探索马里亚纳海沟,这几乎是7英里(11265米)低于海平面(2]。其他制造机器人定期扫描,收集、海水和记录信息。

访问深海的关键是学习动物住在那里。在陆地上,我们学会了如何蠕虫需要潮湿,通风的土壤,乌龟喜欢干燥的沙漠。海洋环境和动物一样独特和选择性。某些海洋动物喜欢温暖,加勒比海域,而另一些人喜欢冷,北极水域。像我们一样,海洋动物需要氧气来呼吸。而不是到水面上来呼吸,大多数海洋动物使用氧气溶解在海水。我们已经了解到,一般来说更多的氧气在海洋的表面比在更深的水域。一些动物可以容忍区域用更少的氧气,而另一些则需要更多的氧气来呼吸舒适休闲。

在海洋的表面层次,氧气发生了很大变化。不断流动的水是原因之一:含氧量变化随着水,一点下来,左右。这就是所谓的环境变化因为这些氧气自然发生的变化。氧气可用性也可以随着季节的变化,或由于风暴系统。此外,氧气的减少是由于海洋表面的层气候变化由人类造成的。作为人类继续燃烧化石燃料和污染环境,他们释放化学物质进入空气,海洋温度上升导致更少的氧气。这种变化发生的缓慢但可以造成永久性伤害。

动物生活在不断变化的环境中可能有一个更好的机会适应氧气减少由气候变化引起的。然而,如果氧气变得太低,许多动物,像鱼一样,需要找到新屋与更多的氧气。我们的目标是找出脆弱的动物加州沿岸海洋氧气的变化,通过观察他们的反应在不同的条件。我们希望深海观测会告诉我们深海动物和环境将由未来的威胁减少氧气,这样我们就可以更好的保护他们。

建立一个深海间谍去探索

研究动物在深海中,我们建立了一个深水探测器,称为深海车辆(多夫)毕比,我们称之为“深海间谍”(图1)。探测器是一种技术,“土地”的新环境,人类无法轻易得到,像研究火星的火星探测器。兰德斯可以定制基于任务的目标。毕比落在海底和它的任务是观察不同深海底社区3周。我们专注于近岸深海生态系统圣地亚哥,加利福尼亚。这是一个上涌寒冷的地区,深水,低氧,是长大的浅的深度在春季和夏季。

兰德斯像毕比非常有用当研究深海因为它们小,足以让一个人从一艘小船部署!毕比五英尺高,平均12岁的高度。在每个任务的开始,毕比前往海底附加重量和开始吸引动物诱饵(图1 b,F,G)。与一个特殊的相机和灯光照亮了海底,毕比记录短视频每20分钟,捕捉到他那里,他们在做什么。有特殊传感器,毕比也收集信息在温度、碱度、压力,和氧气在水中。几周后的采样、信号被送在水中告诉毕比释放的权重,所以它可以浮起来(图1 c)。

我们看穿了毕比的相机吗?

毕比进行七个间谍任务对我们来说,参观海底社区从100到400米深。从每个间谍任务,毕比带回了迷人的视频和海水的信息我们可以上传我们的电脑和学习!²

在每个任务,毕比观察海底社区在不同的深度。毕比的视频记录显示,接近海面上,海拔100米,主要有鱼!我们叫这个环境fish-dominant(图2一个)。岩鱼喜欢这个环境,和许多其他鱼聚集在氧含量增加。在更深的深度,如200、300和400米,有更少的鱼和甲壳类动物和海胆。我们称这是一个过渡到一个invertebrate-dominant海底(图2 b- - - - - -D)。无脊椎动物是动物没有脊椎,像螃蟹或海胆。粉红色的海胆和金枪鱼螃蟹覆盖海底。他们似乎喜欢冷,缺氧环境。我们观察到的一些鱼invertebrate-dominant区域更活跃,沿着海底静坐,相比在100米,看到游频繁。不太活跃的可能是一个行为适应保护能源虽然生活在一个寒冷,低氧环境。

毕比的传感器教我们什么?

我们的取样设备测量海水的温度和氧气水平每5分钟!这帮助我们比较在不同深度海洋环境。它还帮助我们看到一个环境一天比一天的变化。100环境最高最氧气和温度的变化,这意味着温度100改变了大多数一天比一天。在200,氧气和温度是低于海拔100米。我们惊奇地发现高氧可变性,即氧含量变化最一天比一天,海拔200米(图3)。条件在300和400 m有极低的氧含量,并没有改变整个任务。我们称这些地区缺氧因为它们在氧气和压力可以极低的鱼类和其他生物。

氧的变化如何影响海洋动物吗?

我们的传感器在200的经验告诉我们,水最氧的变化。通过比较动物出现在视频的氧气条件时,我们注意到一个模式!我们发现一些动物喜欢高氧水域,而另一些人喜欢低氧水域。例如,在高氧时间,虾,螃蟹,lizardfish越来越普遍。在低氧时间、金枪鱼螃蟹和多佛鞋底更常见(图3)。这表明,某些动物生活在200氧的变化很敏感。总的来说,大多数动物似乎并不为这些自然和临时氧的变化。然而,随着氧气损失恶化由于气候变化,我们仍然不知道每个动物将如何应对永久性减少可用的氧气。

间谍毕比可以帮助科学家理解气候变化的影响

随着气候变化导致海洋温暖,水失去氧。这是一个危机海洋脱氧。探索与海底着陆器毕比给我们日常洞察动物和深度可能更敏感永久的气候变化的影响(3]。会发生什么更喜欢高氧环境的动物,像岩鱼,虾,螃蟹,和lizardfish吗?这些动物可能会被迫寻找新的房子在浅,更好的含氧水。当动物栖息地转变,他们可能会经历更多的压力或变得更容易受到捕食者的攻击。也有可能,因为有些动物远离低氧区域,其他动物,不强调低氧条件下,如金枪鱼螃蟹和多佛鞋底,可以扩展到这些地区。

与许多类型的动物保持生物多样性生态系统是支持一个健康的海洋的关键。世界各地的海洋正面临同样的担忧源于暖化和氧的损失。海洋探测器可以获得独特的镜头在深海海底社区生态系统接近海岸,可以帮助科学家在世界其他地方的探索替代海底栖息地,。总有一天这种类型的信息可能有助于海洋经理或像你这样的年轻科学家了解深海生态系统和物种最容易受到气候变暖和氧气的损失。这些知识将帮助我们做出更好的决定如何管理深海生态系统和生物多样性保护在一个变化的世界。

资金

这项研究是通过慷慨的资助从几个来源:穆林奖学金,米尔德里德·e·马赛厄斯研究格兰特,埃德娜b•苏斯曼奖学金,米娅的j . Tegner奖学金之友国际中心奖学金,深海探险挑战,美国国家科学基金会研究生研究奖学金,瑞士人环境领导奖学金NG。

术语表

环境变化:↑所发生的变化和波动的环境中在很短的时间内。

气候变化:↑气候变化是地球升温的过程中,由于人类活动。

上涌:↑深的过程,冷,营养丰富的水上升到表面。

无脊椎动物:↑动物没有骨干。超过90%的所有活着的动物是无脊椎动物。

缺氧:↑在极低的氧浓度,使许多动物很难生存。

海洋脱氧:↑海洋中氧的损失由于人类造成的气候变化。

的利益冲突

KH受雇于全球海洋设计有限责任公司。

其余作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

确认

全球海洋设计有限公司提供的内部研发资源。这项工作将不可能没有一个巨大的支持的人帮助Nanolander部署和复苏,尤其是菲尔Zerofski Brett皮克林,丰富的沃尔什,杰克巴特勒,莫Sedaret,莉莉麦考密克,安娜Sirovic,丽贝卡·科恩,安德鲁•mehr Ashleigh Palinkas, Jen麦克沃特。我们永远感激哈维尔·维万科和其他人在巴哈Aqua农场恢复并返回多夫毕比后在墨西哥海域成功复苏。

脚注

1。↑https://www.nationalgeographic.com/news/2010/6/100611 -雅克-康斯塔- -遗留google/第100 -周年的生日

2。↑查看录像毕比的部署

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原始的文章

↑盖洛ND,哈迪K,韦格纳数控,Nicoll,杨H,莱文。2020年。描述深水氧气可变性和海底社区反应使用新颖的自动探测器。Biogeosciences17:3943 - 3960。doi: 10.5194 / bg - 17 - 3943 - 2020

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引用

[1]↑老板E,克雷默s . 2020。我们如何选择技术来研究海洋生物在海洋?前面。年轻人八3。doi:10.3389 / frym.2020.00003

[2]↑弗莱尔哈迪Gallo ND,卡梅隆J, K, P,巴特利特DH,莱文。2015年。潜水器-马里亚纳和lander-observed社区模式,新的英国战壕:生产力和深度对浅海底和清除社区的影响。深海研究》我99:119 - 133。doi: 10.1016 / j.dsr.2014.12.012

[3]↑盖洛ND,哈迪K,韦格纳数控,Nicoll,杨H,莱文。2020年。描述深水氧气可变性和海底社区反应使用新颖的自动探测器。Biogeosciences17:3943 - 3960。doi: 10.5194 / bg - 17 - 3943 - 2020