从气候之谜到死区，不断发展的计算机模型解决了普吉特海湾的生态难题

 
普吉特海湾-华盛顿的内陆海-是一个神秘的地方。它是下48个州中最南端的峡湾。它是由河水喂养的，这些河水会形成浅薄的泥滩。在其他地方，它下降了900英尺深，具有海洋特征，但它不能自由地流入和流出太平洋。 Sound的主要入口和出口相对狭窄且较浅，形成了一种浴缸，可减少海水和野生动植物的交换。
声音面临着严峻的挑战。备受宠爱的当地逆戟鲸数量正以惊人的速度下降，人口及其污染的汽车，道路和建筑物在增加，气候变化的破坏性影响也越来越大。
但是科学家们正在使用复杂的计算机建模工具来解开普吉特海湾的一些复杂难题，并触发有助于保护西北标志性水道的行动。
华盛顿大学普吉特海湾研究所所长乔尔·贝克说：“我们现在可以在普吉特海湾中解决一些非常重要的问题。”
更令人惊讶和希望的结果之一来自最近发表的有关气候变化的研究。它预测，考虑到全球变暖的破坏性影响，《声音》可能在许多方面都比太平洋好。
Salish海模型是由美国西北太平洋国家实验室(PNNL)西雅图办事处的科学家建立的，该实验室是美国能源部的一部分。 PNNL项目经理Tarang Khangaonkar与州生态部于2008年合作启动了该项目。他们的目标是创建一个广泛有用的模型，并以协作，透明的流程构建模型。
科学家可以使用该模型来测试有关化学物质和生物如何通过普吉特海湾移动的理论，并通过调整不同的输入来了解过去和将来的事件。该模型已被用于寻找有利于本土六g鲨的条件，指导斯蒂拉瓜米什河三角洲的恢复，并研究牡蛎繁殖。
现在，我们可以在Puget Sound中解决一些非常重要的问题。
最初的工作始于一个大谜。近几十年来，人们已经观察到普吉特海湾经常发生的鱼类死亡。事件发生时，死鱼在岸边的海滩，螃蟹和通常孤立的石鱼附近乱扔垃圾，水肺潜水员报告说“喘着粗气”狼wolf试图用g捕捉空气。科学家知道死亡的原因-水中的氧气含量正在下降至致命水平-但是经历“低氧”或低氧的地方的模式令人困惑。
当科学家试图了解为什么某些地区受到死区的打击更严重时，Khangaonkar说，“没有人知道为什么。”
寻找窒息的原因
该模型涵盖了所谓的Salish海，该海域横跨Puget Sound，圣胡安群岛，延伸至华盛顿西北端的海峡和温哥华岛东侧的水域。研究人员还包括一段沿华盛顿海岸向南延伸，经过哥伦比亚河口的近海水。
该模型的早期运行可能会产生低氧条件，但缺氧现象无处不在，而不仅仅是在胡德运河和其他特定入口和海湾中观察到的热点。该模型包括来自多个来源的数据层，以创建潮汐，洋流，天气，水下地理特征，海岸线，水温，pH和盐度。生态学提供了有关从99个污水处理厂，工业排污口和其他地点流入普吉特海湾的养分的数据，以及161条排入大海的溪流。
萨利什海模型涵盖了整个皮吉特海湾和延伸到温哥华岛北端并经过哥伦比亚河口的水域。 (PNNL图形)
但是即使有了所有这些信息，萨利希海模型也无法重建过去的缺氧状况。然后研究人员在普吉特海湾的泥泞，沙质底部添加了数据。该模型有效，揭示了缺氧的关键驱动因素。
Khangaonkar说：“除非您考虑到所有情况，否则无法猜测原因。”
科学家们发现，藻类大量繁殖，最终在海底沉积物中死亡，沉没并腐烂。腐烂的植物将氧气从水中抽出。起初结果不一定是直观的。藻类活着时，就像植物一样释放氧气，因此它们并不是造成缺氧的明显原因。
Khangaonkar说，这个结论“引起了很多争论。”
但这也有助于研究人员从战略上更深入地思考需要遏制哪些污染源以防止污染。
普吉特海湾的水质状况受到周围群山融化的积雪的影响。那水从河流中流出，冲洗了内陆海域。温暖的天气使每年的积雪减少，并减少了春季和夏季的径流。专家担心声音的流通会受到干扰。
Khangaonkar说：“如果将来冲洗强度下降，将导致我们的生态系统遭受灾难性破坏。”
由于普吉特海湾(Puget Sound)是一个相对较小的水域，因此人们可能会期望它的表现比太平洋更差。但是该模型综合了海平面上升，盐度变化和其他因素的影响，预测了普吉特海湾深水盆地中的水将继续循环，搅动水的未来。这将使它比太平洋保持凉爽，酸性低，含氧量更高。
贝克说：“气候变化带来了许多违反直觉的发现。”但是，洪水是另一个问题。
Khangaonkar和他的团队在5月的科学期刊上发表了他们的气候变化结果。
他说：“没有这些数字，您会担心……这会对我们有什么影响?”该模型提供了一个概览。 “您不必猜测，而只需用尽并获得答案即可。”
解决有毒的谜语
大约二十年来，科学家Jim West和Sandie O’Neill一直在对Puget Sound野生动物进行采样，以追踪它们携带的污染量。主要关注点是PCB，PCB是40年前被禁止的一种持久工业化学物质。从那时起，已花费数百万美元从Puget Sound擦洗它们。
但是他们仍然在这里。
多氯联苯或多氯联苯出现在居民野生生物中，包括太平洋鲱鱼，奇努克鲑鱼，海豹和逆戟鲸。多氯联苯特别奇怪的是，某些海洋生物中的多氯联苯含量保持稳定甚至增加，而其他污染物却在下降。尽管沉积物中和水中的PCBs浓度很低，有时甚至无法检测到，但在鱼类，海豹和鲸鱼中，PCBs的含量要高得多。数学没有加起来。
华盛顿鱼类和野生动物部West的O’Neill说：“ PCBs进入环境时，正在发生某些事情，其中​​很多最终都落入了中上层(或海洋)食物网中。”
这些化学物质可以破坏当地逆戟鲸最喜欢的食物奇努克鲑鱼的生长，并且据信可以通过破坏它们的免疫系统和繁殖能力直接威胁虎鲸。
有毒物质如何进入海洋食物网的主要理论之一是化学物质沉降到沉积物中，被微观生物体消耗，并沿食物链向上移动。
但是，似乎在Puget Sound中发生了其他事情。
看来，在工业填缝料，电力变压器和受污染的土壤等来源中发现的多氯联苯的陆上来源仍在被冲入大海。 West和O’Neill怀疑，某些PCB甚至在沉淀入泥土之前就已从水中直接吸入食物链中。
多氯联苯有多种方法可以从开放水域转移到海洋生物中。这些化学物质具有亲脂性，这意味着它们喜欢粘附脂肪，包括细菌和藻类的外部。多氯联苯也可能被浮在水柱中的微小浮游动物吸住。
由于这些微小的生物被小鱼吃掉，而小鱼被海洋哺乳动物吃掉的大鱼吃掉，多氯联苯穿过食物链到达更大的食肉动物。它们的水平随着有毒物质储存在体内脂肪中而增加，母亲可以通过牛奶将多氯联苯传递给婴儿。当动物死亡和腐烂时，多氯联苯通过较小的生物再循环回到食物链中。
尽管这一假设是合理的，但科学家需要更多的数据来证明这一点。他们渴望找出污染源和移动途径，以关闭PCB接头。对于当地的逆戟鲸，其种群数量已从200年代的高点下降到了73只动物，时间已经不多了。
当Khangaonkar建议合作时，West和O’Neill抓住了机会。他们现在获得了第一阶段研究的结果，其中包括与威斯康星大学的科学家合作的结果，并且正在开始另一项研究，将模型与浮游生物中的污染物相关联。
奥尼尔说，“萨利希海模式”有潜力“向我们告知多氯联苯进入食物网的位置，然后您可以对它们进行一些处理。”它可以确定最有利于海洋生物的清理热点。她补充说：“您无法清理整个普吉特海湾盆地。” “太多了。”
这就是Khangaonkar兴奋的那种项目。
他说：“我们已经为每个人开发了这种[模型]。” “当人们对使用它感兴趣时，就会坚定地与他们实际合作并实现它。”