A káoszelmélettel előre megjósolható a vörös árapály

Ez egy rejtély a mélyből: Látszólag előjelek nélkül, vöröses barna alga lepi el a part menti területeket, eldugítva a vízvezetékeket, megmérgezve a halakat és gyakran embereket is. Most a tudósok végre megtalálhatták a probléma nyitját.

Összesen 27 év adatát felhasználva és a káosz elméleten alapuló matematikai technikák segítségével a tudósok rájöttek, hogy milyen tényezők játszanak közre a toxikus alga virágzásban ami Kalifornia déli partvidékét sújtja.

“Egy ilyen súlyú esemény előrejelzése nagyon értékes lehet,” mondta Richard Stumpf, óceánkutató.

A biológusok már évtizedek óta kutatják az alga virágzásokat, de eddig nem sikerült előállniuk olyan módszerekkel amikkel egy-két napnál előbb meg tudnák jósolni őket.

“Ez a feltűnő és rejtélyes jelenség … a világ egyik legelőkelőbb óceánkutató intézete előtt zajlik le, mégis eddig csak nagyon korlátozott módon ismerjük hogy mi is történik valójában,” mondta George Sugihara, Scripps Óceánkutató Intézet ökológusa.

A kutatók tipikusan egyszerű összefüggéseket kerestek az alga szint és a környezeti hatások között, mint amilyen az óceán hőmérséklete és a benne oldott tápanyag.

“Ezek az összefüggések általában csak ‘káprázatok’, amik hosszabb vizsgálat után eltűnnek,” mondta Sugihara.

Például John McGowan, a Kalifornia Egyetemről, egyszer nagyon közel került hozzá, hogy kijelentse a “vörös árapálynak” a vízoszlopban lévő hőmérséklet különbséghez van köze. Azután hogy McGowan több adatot gyűjtött a kapcsolat teljesen eltűnt.

“Ha olyan tényezőket vizsgálunk amik fontosnak tűnhetnek,” mondta Sugihara, “azt látjuk hogy nincsenek kapcsolatba a vörös árapállyal.”

Ahogy a kapcsolat nem jelent okokat, úgy a kapcsolat hiánya nem jelenti azt, hogy kiváltó okok sincsenek. Hogy levadássza a megbúvó kapcsolatot a változók között, Sugihara a káosz elmélethez fordult segítségül. A káosz azt az összetett rendszert igyekszik leírni, mint amilyen az időjárás és a tőzsde, amiket rengeteg, egymásra is ható változó befolyásol egy adott időpillanatban.

Mivel a természetes ökoszisztéma is ilyen komplex és kölcsönhatásokban gazdag, ezért a káoszelmélet itt is alkalmazható lehet. Az alga tanulmányhoz Sugihara és diákjai egy grafikont készítettek a klorofill szintekről – ami megmutatja az alga populáció méretét – és más környezeti hatásokról, amit McGowan gyűjtött 1983 és 2010 között.

Természetesen McGowan adataiban nem volt benne az összes lehetséges tényező, ami hatással van az algára. Hogy megkerüljék ezt a korlátot a kutatók egy 80-as évekbeli matematikai elmélethez nyúltak, amit ha erre az esetre alkalmazunk, akkor a nem mért hatások is megjelennek az alga populáció történelmében.

Hogy felhasználják ezt az elméletet, a tudósok a mért klorofill szinteket egy bizonyos időben a grafikon egyik tengelye mentén helyezték el és a korábbi időkből származókat egy másikon. Ez a 27 évet felölelő heti vagy kétheti mérési folyamat egy bonyolult görbe vonalat rajzolt ki. Azonban feltűntek minták is: Amikor a rendszer egy korábbihoz hasonló állapotba került, nagy volt a valószínűsége hogy az előzőekhez hasonlóan változik rövid távon.

Ezután további változókat adtak a grafikonhoz, hogy kipróbálják a klorofil szintek kiszámíthatóbbá válnak e. Ha volt is hatásuk, a tudósok azt a következtetést vonták le hogy csupán minimális. A módszer használata két fő tényezőt jelölt meg a vörös árapály forrásaként: a különböző vízrétegek keveredését és a felszíni táplálék szinteket.

Azonban a kapcsolat nem volt ennyire egyszerű: A vörös árapály paradox módon általában alacsony tápanyagszinttel jellemzett időszakok után jelentkezett. Sugihara azt gyanítja, hogy ez azért van mert a páncélos ostorosok – egysejtű mikroorganizmusok amik a vörös árapályt okozzák – le tudnak mélyebbre is úszni a táplálékért, így kiszorítva a többi fajt.

Végül megpróbálták megbecsülni mikor következtek be vörös árapály jelenségek 2011 és 2012 között.

“Minden ujjunkat keresztbe tettük a végső tesztnél,” írta Sugihara.

A figyelmeztető jelek alapján akár egy héttel a virágzás előtt is meg tudták jósolni az eljövetelét – ami több nappal jobb a korábbi módszernél.

“Az eredmények nagyon megnyerőek, és rámutatnak, hogy hol vallottak kudarcot a korábbi előrejelzések,” mondta  Raphael Kudela óceánkutató.

Azonban megjegyezte azt is hogy Sugihara csapatának egy kivételesen hosszú adathalmaz állt a rendelkezésére és az is segítette őket hogy a káros alga, a klorofill szint alapján kimutatható legyen. Ez megnehezítheti, hogy az eredményeket más algavirágzásokra is átültessék.

A remények szerint a Mexikói Öböl vörös árapályai így már sokkal kevesebb kárt fognak tenni, mivel az eddigi egy-két naphoz képest az embereknek így akár egy egész hete lesz rá felkészülni. Ezek az előrejelzések segíthetnek a halászoknak is az előretervezésben és az algával fertőzött piacra kerülő halak száma is jelentősen csökkenhet.

A legnagyobb lépés, egy tényleges vörös árapály előrejelzése viszont még mindig hátra van.

Forrás: insidescience.org

Szerkesztő: arsratio

Oszd meg

Hozzászólás küldése

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.

A honlap további használatához a sütik használatát el kell fogadni. További információ

A süti beállítások ennél a honlapnál engedélyezett a legjobb felhasználói élmény érdekében. Amennyiben a beállítás változtatása nélkül kerül sor a honlap használatára, vagy az "Elfogadás" gombra történik kattintás, azzal a felhasználó elfogadja a sütik használatát.

Bezárás