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La distribuzione e la densità micronectoniche acustiche sono strutturate da processi oceanografici su macroscala in 17

Oct 18, 2023Oct 18, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 4614 (2023) Citare questo articolo

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Questo studio indaga i modelli di distribuzione su larga scala degli strati di diffusione acustica e la densità dei micronekton nell’Oceano Atlantico nordorientale durante le ore diurne. Una crociera di ricerca a bordo della R/V "Kronprins Haakon" è stata condotta nel maggio 2019 da Capo Verde al Golfo di Biscaglia. I dati idrologici sono stati ottenuti in 20 stazioni di sensori di conduttività-temperatura-profondità (CTD). Per stimare le densità di micronecton davanti alla rete da traino, è stato utilizzato un ecoscandaglio autonomo (120 o 200 kHz) sulla cima della rete da traino per macroplancton. Sono stati inoltre raccolti dati acustici lungo la rotta della crociera utilizzando ecoscandagli multifrequenza montati sulla nave (è stato analizzato il backscatter a 18 e 38 kHz). Le osservazioni acustiche (entrambe a 18, 38 e 120/200 kHz) hanno mostrato schemi chiari nella distribuzione orizzontale del micronekton durante il giorno con maggiore retrodiffusione e densità di eco nel sud dell'area di studio (da 17 a 37° N), e assenza di elevata retrodiffusione in superficie da 37 a 45° N. Si è scoperto che la densità di retrodiffusione e di eco è influenzata in modo significativo da: temperatura, salinità e ossigeno, nonché profondità e ora del giorno.

I Micronekton sono i principali predatori dello zooplancton e sono prede importanti per i principali predatori (ad esempio tonno, pesce spada, tartarughe, uccelli marini e mammiferi marini)1,2. Molte specie di micronekton mesopelagici conducono migrazioni verticali diel (DVM) dalla profondità durante il giorno alle acque meno profonde durante la notte e di nuovo in profondità all'alba (ad esempio, Drazen et al.3). Attraverso questi DVM, i micronekton trasportano attivamente materiale organico, contribuendo alla pompa biologica4. Aggregazioni di micronekton e macrozooplancton nella zona mesopelagica comprendono gli strati di scattering profondo (DSL), che sono strati riflettenti il ​​suono forti e onnipresenti nell'oceano aperto (ad esempio, Davison et al.5). Vi è un crescente interesse per il micronekton (in particolare i pesci mesopelagici) come potenziale risorsa per lo sfruttamento commerciale a causa della sua elevata biomassa ittica stimata6, ma le stime attuali delle abbondanze e della biomassa presentano elevate incertezze7,8.

I micronekton sono piccoli organismi (1–20 cm) che possono nuotare, ma la maggior parte degli studi tratta implicitamente il biota mesopelagico nell'intervallo di dimensioni del micronekton e del macrozooplancton come plancton funzionale, cioè non in grado di intraprendere migrazioni orizzontali (ma vedere ad esempio Benoit-Bird e Au9 per una possibile eccezione). Diventa quindi rilevante descrivere modelli su larga scala e spiegare i processi che li determinano. Ad esempio, comprendere come i gradienti latitudinali delle variabili ambientali influenzano la distribuzione e l’abbondanza degli organismi può essere utile per prevedere gli effetti dei cambiamenti climatici sugli ecosistemi e sui loro componenti10. Gli studi su larga scala forniscono una buona opportunità per esplorare l'effetto dell'oceanografia su macroscala nella distribuzione orizzontale e verticale del micronekton e di conseguenza le risposte degli organismi del DSL alla variabilità ambientale. È stato suggerito che le profondità DSL siano controllate dalla luce11,12,13 e sembrino seguire specifiche intensità di luce14. Tuttavia, le profondità DSL sono state collegate anche ad altre variabili ambientali come i livelli di ossigeno15,16,17.

Inoltre, la classificazione biogeografica è uno strumento essenziale per raggiungere accordi internazionali sulla conservazione marina10. In passato, la suddivisione biogeografica dell'oceano veniva generalmente condotta solo con dati biologici, ma classificazioni più recenti includono numerose fonti di dati (ad esempio, biologici, chimici e fisici) nei loro algoritmi di partizionamento (ad esempio, Proud et al.18). Sutton et al.19 hanno presentato una classificazione biogeografica globale della zona mesopelagica in termini di biodiversità e funzione. Definiscono un totale di 33 ecoregioni mesopelagiche globali e il nostro studio ne ha analizzate 3. D'altra parte, Proud et al.20 hanno definito 36 province mesopelagiche in base alle caratteristiche della distribuzione del backscatter acustico osservato.

 27.25 kg m−3); AAIW, lower and upper NACW in the middle layer (27 < σθ < 27.25 kg m−3); and STUW, lower and upper NACW in the upper layer (σθ < 27 kg m−3). Each temperature/salinity-measurement point was classified with the water type that had the highest contribution given by the water-mass analysis. The reference temperature and salinity values are given in Supplementary Table S1./p> 0.8) with some environmental variables (temperature for surface layers in the NASC models, oxygen for all deep layer models and oxygen and temperature for echo count models from surface layers). In addition, the covariate geographical position was not sufficient to model all the spatial correlation and these models had higher AIC values than the model without geographical position. Thus, in the models there remained some spatial autocorrelation at small scale in the Pearson residuals, except for the echo count model from deep layers (Supplementary Fig. S2). We accepted this spatial correlation in the residuals in our final model because the tweedie distribution was not implemented in the R package used for dealing with it (R-INLA version 20.07.12)./p> 1 mg m−3) reaching the maximum values of observed (above 4 mg m−3 at the surface around 45° N (Fig. 3c))./p> − 75 dB). In these two areas (4 and 5), the vertical TS profiles were different between downcast and upcast, e.g., the depth of peak densities of echoes would shift (Fig. 4)./p> ~ − 70 dB), indicating that the composition in those layers was mainly aggregations of gas-bearing organisms, such as small mesopelagic fish. This is supported by the fact that the lower DSL was stronger at 18 kHz than at 38 kHz—small mesopelagic gas-bearing fishes have a resonant backscatter frequency closer to 18 kHz than 38 kHz. On the other hand, in the north of the study area (37–48° N), the echo densities ahead of the trawls were generally low and the target strength distributions (Fig. 4) suggest that the DSLs contained a mixture of strong (mesopelagic fish) and weak scatterers (crustaceans and swimbladderless fish). Trawling and optical data at depth suggested low densities of siphonophores in the area and the strong scatterers are unlikely to be dominated by siphonophores65,66. The dominant fish in our catches were members of the gonostomatid genus Cyclothone. Cyclothone braueri, Cyclothone microdon, Cyclothone pseudopallida, and Cyclothone pallida collectively made up more than 78% of the organism density in the trawl catches, while the most diverse family was Myctophidae21. Other studies in the North Atlantic have indicated that DSLs are dominated by Myctophidae and Stomiiformes22,67,68, but many of these studies are based on catches from graded trawls that severely underestimate the densities of Cyclothone spp.51. Given that catches were completely numerically dominated by Cyclothone spp.21, and that we lack knowledge of acoustic properties of most of the organisms encountered in the mesopelagic zone during the cruise, we attempted no identification beyond stating that the majority of targets at mesopelagic depths probably originated from fishes, given the TS (Fig. 4) and the general lack of observations of physonect or cystonect siphonophores during the cruise66,69./p>

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