"Det stora mysteriet med plankton är vad som styr dess distribution och överflöd, och vilka förhållanden som leder till stora planktonblomningar, sa Dennis McGillicuddy, Senior forskare och institutionsordförande i tillämpad havsfysik och teknik vid Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI).

Två nya artiklar utforskar denna fråga och ger exempel på förhållanden som leder till massiva planktonblomningar med mycket olika potentiella effekter på ekosystemet, enligt McGillicuddy, medförfattare till båda tidningarna. Båda tidningarna pekar också på vikten av att använda avancerad teknik – inklusive Video Plankton Recorders, autonoma undervattensfordon, och Ocean Observatories Initiatives Coastal Pioneer Array – för att hitta och övervaka dessa blomningar.

I en tidning, "Diatom Hotspots Drivs av Western Boundary Current Instability, " publicerad i Geofysiska forskningsbrev (GRL) , forskare fann oväntat produktiva underjordiska hotspotblomningar av kiselalger fytoplankton.

I den GRL papper, forskare undersökte dynamiken som styr primär produktivitet i en region av Mid-Atlantic Bight (MAB), ett av världens mest produktiva marina ekosystem. Under 2019, de observerade oväntade kiselalger hotspots i sluttningen av vikens eufotiska zon, havsskiktet som får tillräckligt med ljus för att fotosyntes ska ske. Växtplankton är fotosyntetiska mikroorganismer som är grunden till den akvatiska näringsväven.

Det var förvånande för forskarna att hotspots uppstod i vatten med hög salthalt som trängde in från Golfströmmen. "Medan dessa inträngningar av golfströmsvatten med lågt näringsinnehåll har ansetts potentiellt minska den biologiska produktiviteten, vi presenterar bevis på en oväntat produktiv underjordisk kiselalgerblomning som är ett resultat av det direkta intrånget av en golfström som slingrar sig mot kontinentalsockeln, " noterar författarna. De antar att hotspots inte drevs av Golfströmmens ytvatten, som vanligtvis är låg i näringsämnen och klorofyll, utan snarare att hotspots drevs av näringsämnen som strömmade upp i solljuszonen från djupare Golfströmsvatten.

Med förändrad stabilitet i golfströmmen, intrång från golfströmmen hade blivit vanligare under de senaste decennierna, enligt forskarna. "Dessa resultat tyder på att förändrad storskalig cirkulation har konsekvenser för regional produktivitet som inte kan detekteras av satelliter på grund av att de förekommer långt under ytan, " konstaterar författarna.

"I detta speciella fall, förändrat klimat har lett till en ökning av produktiviteten i just denna region, i kraft av en subtil och något oväntad interaktion mellan havets fysik och biologi. Samma dynamik kanske inte nödvändigtvis gäller någon annanstans i havet, och det är ganska troligt att andra delar av havet kommer att bli mindre produktiva med tiden. Det är av stor oro, ", sade McGillicuddy. "Det kommer att finnas regionala skillnader i hur havet reagerar på klimatförändringar. Och samhället måste kunna hantera intelligent utifrån ett regionalt perspektiv, inte bara i ett globalt perspektiv."

Forskningsresultatet visade "en cool, kontraintuitiva biologiska effekter av denna föränderliga storskaliga cirkulation, " sade GRL tidningens huvudförfattare, Hilde Oliver, en postdoktor i tillämpad havsfysik och teknik vid WHOI. Hon mindes att hon såg instrumentdata komma in. Med typiska sommarvärden på cirka 1-1,5 mikrogram klorofyll per liter havsvatten, forskare registrerade "okända koncentrationer av klorofyll i denna region på sommaren, " så högt som 12 eller 13 mikrogram per liter, sa Oliver.

Oliver, vars Ph.D. fokuserar på modellering, sa att kryssningen hjälpte henne att titta på växtplanktonblomningar från mer än en teoretisk känsla. "Att gå ut i havet och se hur havets fysik kan manifestera dessa blomningar i den verkliga världen öppnade ögonen för mig, " Hon sa.

Ett annat papper, "En regional, Tidig vårblomning av Phaeocystis pouchetii på New Englands kontinentalsockel, " publicerad i Journal of Geophysical Research:Oceans (JGR:Oceans) , öppnade också ögonen. Forskare som undersökte den biologiska dynamiken på New Englands kontinentalsockel 2018 upptäckte en enorm blomning av haptofyten fytoplankton Phaeocystis pouchetii.

Dock, till skillnad från de kiselalger hotspots som beskrivs i GRL papper, Phaeocystis är "obehagligt för många olika organismer och stör hela näringsväven, " sa Walker Smith, pensionerad professor vid Virginia Institute of Marine Science William och Mary, vem är huvudförfattare på JGR:Hav papper. Växtplanktonet bildar gelatinösa kolonier som är millimeter i diameter.

När Phaeocystis blommar, den använder näringsämnen precis som vilken annan form av växtplankton som helst. Dock, till skillnad från de kiselalger som anges i GRL papper, Phaeocystis omvandlar biomassa till något som inte tenderar att passera upp resten av näringskedjan, sa McGillicuddy.

"Att förstå de fysisk-biologiska interaktionerna i kustsystemet ger en grund för att förutsäga dessa blomningar av potentiellt skadliga alger och kan leda till en bättre förutsägelse av deras inverkan på kustsystemen, ", sa författarna.

Massiva blomningar från kolonialstadiet av denna och liknande arter har rapporterats i många system i olika delar av världen, som Smith har studerat. Dessa typer av blomningar inträffar förmodligen ungefär vart tredje år på New Englands kontinentalsockel och har förmodligen en ganska stark inverkan på New Englands vatten, matnät, och fiske, sa Smith. Kustförvaltare behöver veta om dessa blomningar eftersom de kan ha ekonomiska effekter på vattenbruket i kustområden, han sa.

"Trots det faktum att Mid-Atlantic Bight har studerats väl och omfattande provtagningar, det är saker som pågår som vi fortfarande inte riktigt uppskattar, ", sa Smith. "Ett exempel är dessa Phaeocystis-blomningar som ligger djupt i vattnet och som du aldrig kommer att se om du inte är där eftersom satelliter inte kan visa dem. Så, ju mer vi tittar, ju mer vi får reda på."