Algenbloei (blauw-groen) in de Oostzee, genomen met Envisat’s MERIS op 11 juli 2010 met een resolutie van 300m. [ESA]
Theorie
De oude hypothese, ontwikkeld in 1953 en sindsdien de hoeksteen van de plankton ecologie, verklaarde dat fytoplankton in gematigde oceanen in het voorjaar bloeit als gevolg van verbetering van de lichtomstandigheden - langere en helderdere dagen - en opwarming van de bovenlaag. Warm water heeft een lagere dichtheid dan koud water, dus de opwarming in de lente zorgt voor een oppervlaktelaag die in wezen "drijft" boven het koude water, remt het mengen van de lagen door de wind af en houdt het fytoplankton langer in de bovenste laag waar veel zonlicht is, zodat ze sneller groeien. Maar de oude theorie hield geen rekening met de seizoensveranderingen in de activiteit, met name de begrazing, van zoöplankton, zeer kleine zeediertjes. De theorie was gebaseerd op de destijds beschikbare beste wetenschappelijke informatie en gegevens, waarvan het merendeel was verkregen tijdens de kalmere seizoenen aan het eind van de lente en begin van de zomer. Maar de huidige remote sensing technologie voorziet ons van een veel completer beeld van de oceanen op een dagelijkse basis. De snelheid van algenaangroei begint al aan te zwellen in het midden van de winter, de koudste en donkerste tijd van het jaar. En deze nieuwe gegevens weerspreken de oude theorie.
De nieuw ontwikkelde theorie, genaamd "dilution-recoupling hypothese", oftewel "verdunning-herkoppeling hypothese", suggereert dat de algenbloei in de lente afhangt van processen die zich eerder voordoen in de herfst en winter. Tijdens winterstormen mengt de biologisch rijke bovenlaag zich met het koude, heldere en bijna levenloos water uit diepere zeelagen. Dit verdunt de concentratie van fytoplankton en zoöplankton, waardoor het moeilijker voor de zoöplankton wordt om de fytoplankton te vinden en te begrazen. Daardoor overleeft er meer fytoplankton en beginnen populaties te groeien tijdens de donkere, koude dagen van de winter. Ook komt er door de menging met diepere zeewater meer fosfor beschikbaar voor het fytoplankton om zich mee te voeden. In de lente verdwijnen de stormen en worden het fytoplankton en het zoöplankton niet langer verdund. Zoöplankton vindt z’n prooi gemakkelijker als de dichtheid van fytoplankton stijgt. Dus hoewel het fytoplankton meer licht krijgt en hun groei toeneemt, houdt de gretige begrazing van het zoöplankton de fytoplankton grotendeels onder controle, en de algehele toename van fytoplankton is ongeveer gelijk aan de groei in de periode van de winter tot in het late voorjaar. Uiteindelijk midden in de zomer, raken de nutriënten op en haalt de inmiddels overvloedige zoöplankton het fytoplankton gemakkelijk in, waardoor de algenbloei abrupt eindigt en instort.
De satelliet gegevens tonen aan dat de fysieke menging van water net zoveel of meer te maken heeft met het succes van de bloei als de snelheid van fotosynthese van fytoplankton. Diepere menging in de winter is blijkbaar nodig voor een explosieve groei.
Gevolgen
Dat is een punt van zorg, want met verdere opwarming van de aarde, worden de vele oceaan regio's naar verwachting warmer en meer gelaagd. Op plaatsen waar dit proces actief is – onder andere in de Noord-Atlantische Oceaan, het westen van Noord-Pacifische Oceaan en de Zuidelijke Oceaan rond Antarctica – zou dat kunnen leiden tot een lagere groei van fytoplankton en minder globale oceaan productiviteit, minder leven in de oceanen.
Deze krachten beïnvloeden ook de koolstofbalansen in de oceanen. Wereldwijd heeft fytoplankton een belangrijke invloed op de hoeveelheid koolstof in de atmosfeer, en een goed begrip hiervan is nodig voor het gebruik in de wereldwijde klimaatmodellen. De kritische diepte hypothese zou suggereren dat door een warmer klimaat de oceaan productiviteit zou toenemen. Uit de nieuwe hypothese blijkt het tegendeel. Oceanen zijn zeer complex, watervermenging en stromingen kunnen door diverse krachten worden beïnvloed, en meer onderzoek en observatie zal nodig zijn om mogelijke toekomstige effecten volledig te begrijpen.
Monitoring
Monitoring van fytoplankton is belangrijk omdat ze de basis vormt van het mariene voedselweb. Hoewel algen een normaal en essentieel verschijnsel zijn, kunnen algen schadelijk zijn voor mens en dier wanneer ze te vaak voorkomen of de bloei te lang duurt. Ze onttrekken zuurstof uit het water en sommige fytoplankton en mariene soorten algen produceren giftige stoffen. Vanwege de toxiciteit is het belangrijk om de algenbloei in de gaten te houden, zodat de vissers, viskwekers en de volksgezondheid ambtenaren zo spoedig mogelijk op de hoogte zijn van dergelijke gebeurtenissen.
[NASA]
MERIS
Net als planten op het land gebruikt fytoplankton groen-gepigmenteerde chlorofyl voor fotosynthese. Ondanks hun individueel microscopische afmetingen, kleurt het fytoplankton chlorofyl gezamenlijk de omringende oceaan groen, zodat deze kleine organismen vanuit de ruimte met speciale sensoren zoals Envisat's Medium Resolution Imaging Spectrometer (MERIS) kunnen worden opgespoord. Het MERIS instrument is geoptimaliseerd voor kleurdetectie van de oceanen, maar levert ook gedetailleerde multispectrale informatie over bodembedekking, wolken en atmosferische aerosolen. MERIS levert overdag voortdurend waarnemingen in de gereduceerde resolutie modus als onderdeel van haar achtergrondmissie. Algenbloei beïnvloedt van het vermogen van radarsensoren, zoals de Advanced Synthetic Aperture Radar (ASAR) aan boord van Envisat, om olierampen te detecteren, omdat hun aanwezigheid een vergelijkbaar dempend effect heeft op het wateroppervlak. Het is dus belangrijk voor de agentschappen zoals het Europees Agentschap voor maritieme veiligheid (EMSA), die de Europese wateren voor olierampen monitoren, te weten wanneer er algenbloei verschijnt om analisten van satellietbeelden te waarschuwen.
Zie ook:
CO2-monitoring