Risveglio - Upwelling

Da Wikipedia, L'Enciclopedia Libera

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Se il vento soffia parallelamente alla costa nell'emisfero meridionale (come lungo la costa del Perù, dove il vento soffia da nord), allora Trasporto Ekman può produrre un movimento netto dell'acqua di superficie di 90 ° verso sinistra. Ciò può provocare una risalita costiera.[1]

Risveglio è un oceanografica fenomeno che coinvolge vento-driven di denso, più fresco e di solito acqua ricca di sostanze nutritive dalle acque profonde verso il oceano superficie, sostituendo il più caldo, solitamente impoverito di nutrienti acque superficiali. L'acqua di risalita ricca di sostanze nutritive stimola la crescita e la riproduzione di produttori primari ad esempio fitoplancton. Dovuto al biomassa di fitoplancton e presenza di acqua fresca in queste regioni, le zone di risalita possono essere identificate dal fresco temperature della superficie del mare (SST) e alte concentrazioni di clorofilla-a.[2][3]

La maggiore disponibilità di nutrienti nelle regioni di risalita si traduce in livelli elevati di produzione primaria e quindi pesca produzione. Circa il 25% del totale globale pesci marini le catture provengono da cinque risalite che occupano solo il 5% della superficie oceanica totale.[4] Risalite che sono guidate dalla costa correnti o l'oceano aperto divergente ha il maggiore impatto sulle acque arricchite di nutrienti e sui rendimenti globali della pesca.[4][5]

Meccanismi

I tre fattori principali che lavorano insieme per causare il risveglio sono vento, effetto di Coriolis, e Trasporto Ekman. Funzionano in modo diverso per diversi tipi di upwelling, ma gli effetti generali sono gli stessi.[6] Nel processo generale di risalita, i venti soffiano sulla superficie del mare in una particolare direzione, provocando un'interazione vento-acqua. Come risultato del vento, l'acqua ha trasportato una rete di 90 gradi dalla direzione del vento a causa delle forze di Coriolis e del trasporto di Ekman. Il trasporto di Ekman fa sì che lo strato superficiale dell'acqua si muova a un angolo di circa 45 gradi dalla direzione del vento, e l'attrito tra quello strato e lo strato sottostante fa sì che gli strati successivi si muovano nella stessa direzione. Ciò si traduce in una spirale d'acqua che si muove lungo la colonna d'acqua. Quindi, sono le forze di Coriolis che determinano la direzione in cui si muoverà l'acqua; nell'emisfero settentrionale, l'acqua viene trasportata a destra della direzione del vento. Nell'emisfero australe, l'acqua viene trasportata a sinistra del vento.[7] Se questo movimento netto dell'acqua è divergente, si verifica una risalita di acque profonde per sostituire l'acqua persa.[2][6]

Tipi

Aree di risalita in rosso

Le principali risalite nell'oceano sono associate alla divergenza delle correnti che portano in superficie acque più profonde, più fredde e ricche di nutrienti. Esistono almeno cinque tipi di risalita: risalita costiera, risalita su larga scala spinta dal vento nell'interno dell'oceano, risalita associata a vortici, risalita topograficamente associata e risalita ad ampia diffusione nell'interno dell'oceano.

Costiero

Il upwelling costiero è il tipo più noto di upwelling e il più strettamente correlato alle attività umane in quanto supporta alcuni dei più produttivi pesca nel mondo. La risalita costiera si verificherà se la direzione del vento è parallela alla costa e genera correnti sospinte dal vento. Le correnti spinte dal vento vengono deviate a destra dei venti nell'emisfero settentrionale ea sinistra nell'emisfero meridionale a causa del effetto di Coriolis. Il risultato è un movimento netto dell'acqua superficiale ad angolo retto rispetto alla direzione del vento, noto come Trasporto Ekman (Guarda anche Ekman Spiral). Quando il trasporto di Ekman avviene lontano dalla costa, le acque superficiali che si allontanano vengono sostituite da acque più profonde, più fredde e più dense.[5] Normalmente, questo processo di risalita si verifica a una velocità di circa 5-10 metri al giorno, ma la velocità e la vicinanza della risalita alla costa possono essere modificate a causa della forza e della distanza del vento.[2][8]

Le acque profonde sono ricche di sostanze nutritive, tra cui nitrato, fosfato e acido silicico, essi stessi il risultato di decomposizione di affondare materia organica (plancton morto / detritico) dalle acque superficiali. Quando vengono portati in superficie, questi nutrienti vengono utilizzati da fitoplancton, insieme alla CO disciolta2 (diossido di carbonio) e l'energia luminosa da sole, produrre composti organici, attraverso il processo di fotosintesi. Le regioni di risalita si traducono quindi in livelli molto elevati di produzione primaria (la quantità di carbonio fissata da fitoplancton) rispetto ad altre zone dell'oceano. Rappresentano circa il 50% della produttività marina globale.[9] L'elevata produzione primaria si propaga nel catena alimentare perché fitoplancton sono alla base della catena alimentare oceanica.[10]

La catena alimentare segue il corso di:

Il risveglio costiero esiste tutto l'anno in alcune regioni, noto come principali sistemi di risalita costierae solo in alcuni mesi dell'anno in altre regioni, note come sistemi di risalita costiera stagionale. Molti di questi sistemi di risalita sono associati a una produttività di carbonio relativamente elevata e quindi sono classificati come Grandi ecosistemi marini [12].

In tutto il mondo, ci sono cinque principali correnti costiere associate alle aree di risalita: il Corrente delle Canarie (spento Africa nordoccidentale), il Benguela Current (spento Africa meridionale), il Corrente della California (spento California e Oregon), il Corrente di Humboldt (spento Perù e Chile), e il Corrente somala (spento Somalia e Oman). Tutte queste correnti supportano le principali attività di pesca. Le quattro principali correnti di confine orientali in cui si verifica principalmente la risalita costiera sono la corrente delle Canarie, la corrente di Benguela, la corrente della California e la corrente di Humboldt.[13] Il Benguela Current è il confine orientale del Vortice subtropicale del Sud Atlantico e può essere suddiviso in un sottosistema settentrionale e meridionale con risalita che si verifica in entrambe le aree. I sottosistemi sono divisi da un'area di risalita permanente al largo di Luderitz, che è la zona di risalita più forte del mondo. Il California Current System (CCS) è una corrente di confine orientale del Pacifico settentrionale che è anche caratterizzata da una divisione nord e sud. La divisione in questo sistema si verifica in Punto di concezione, California, a causa della debole risalita nel sud e della forte risalita nel nord. Il Corrente delle Canarie è una corrente di confine orientale del Giro del Nord Atlantico ed è anche separato per la presenza del isole Canarie. Infine, il Corrente di Humboldt o la corrente del Perù scorre ad ovest lungo la costa di Sud America a partire dal Perù per Chile e si estende fino a 1.000 chilometri al largo.[9] Queste quattro correnti di confine orientali comprendono la maggior parte delle zone di risalita costiere negli oceani.

Equatoriale

Effetti della risalita equatoriale sulle concentrazioni di clorofilla superficiale nel L'oceano Pacifico

Risveglio al equatore è associato con il Zona di convergenza intertropicale (ITCZ) che si muove effettivamente e, di conseguenza, si trova spesso appena a nord oa sud dell'equatore. Da est (verso ovest) Alisei soffiano da Nordest e Sudest e convergono lungo l'equatore soffiando ad Ovest per formare l'ITCZ. Sebbene non ci siano forze di Coriolis presenti lungo l'equatore, l'upwelling si verifica ancora a nord ea sud dell'equatore. Ciò si traduce in una divergenza, con acqua più densa e ricca di nutrienti che viene sollevata dal basso e si traduce nel fatto straordinario che la regione equatoriale nel Pacifico può essere rilevato dallo spazio come un'ampia linea di alto fitoplancton concentrazione.[4]

Oceano meridionale

Risveglio nel Oceano meridionale

L'upwelling su larga scala si trova anche nel Oceano meridionale. Qui soffiano forti venti da ovest (verso est) Antartide, guidando un flusso d'acqua significativo verso nord. Questo è in realtà un tipo di risalita costiera. Poiché non ci sono continenti in una fascia di latitudini aperte tra Sud America e all'estremità della penisola antartica, parte di quest'acqua viene aspirata da grandi profondità. In molti modelli numerici e sintesi osservative, il upwelling dell'Oceano Antartico rappresenta il mezzo principale attraverso il quale l'acqua densa e profonda viene portata in superficie. In alcune regioni dell'Antartide, la risalita spinta dal vento vicino alla costa è relativamente calda Acque profonde circumpolari sulla piattaforma continentale, dove può aumentare lo scioglimento della piattaforma ghiacciata e influenzarne la stabilità.[14] Un pozzo di risalita meno profondo e spinto dal vento si trova anche al largo delle coste occidentali del Nord e del Sud America, dell'Africa nord-occidentale e sud-occidentale, e sud dell'Australia, tutti associati a circolazioni oceaniche subtropicali ad alta pressione (vedi upwelling costiero sopra).

Alcuni modelli della circolazione oceanica suggeriscono che il upwelling su larga scala si verifica nei tropici, poiché i flussi guidati dalla pressione convergono l'acqua verso le basse latitudini dove viene riscaldata diffusamente dall'alto. I coefficienti di diffusione richiesti, tuttavia, sembrano essere maggiori di quelli osservati nell'oceano reale. Tuttavia, è probabile che si verifichi una risalita diffusiva.

Altre fonti

  • Possono verificarsi risalite locali e intermittenti quando le isole al largo, creste, o montagne sottomarine causare una deviazione delle correnti profonde, fornendo un'area ricca di nutrienti in aree oceaniche altrimenti a bassa produttività. Gli esempi includono upwellings intorno al Isole Galapagos e il Isole Seychelles, che hanno major pelagico pesca.[4]
  • Il risveglio potrebbe verificarsi ovunque purché vi sia un adeguato taglio nel campo del vento orizzontale. Ad esempio, quando un file ciclone tropicale transita in un'area, di solito quando si muove a velocità inferiori a 5 mph (8 km / h). I venti ciclonici provocano una divergenza nell'acqua superficiale nello strato di Ekman, che richiede il risveglio di acque più profonde per mantenere la continuità.[15]
  • Il upwelling artificiale è prodotto da dispositivi che utilizzano l'energia delle onde oceaniche o la conversione dell'energia termica oceanica per pompare l'acqua in superficie. Le turbine eoliche oceaniche sono anche note per produrre upwellings.[16] È stato dimostrato che i dispositivi delle onde oceaniche producono fioriture di plancton.[17]

Variazioni

Venti insolitamente forti da est spingono l'acqua calda (rossa) verso l'Africa, permettendo all'acqua fredda (blu) di risalire lungo la costa di Sumatra

L'intensità di risalita dipende dalla forza del vento e dalla variabilità stagionale, nonché dalla struttura verticale del acqua, variazioni nella parte inferiore batimetriae instabilità in correnti.

In alcune aree, l'upwelling è un di stagione evento che porta a periodici picchi di produttività simili alla primavera fiorisce nelle acque costiere. La risalita indotta dal vento è generata dalle differenze di temperatura tra l'aria calda e leggera sopra la terra e l'aria più fresca e densa sul mare. Nel temperato latitudini, il contrasto di temperatura è molto variabile stagionalmente, creando periodi di forte risalita in primavera ed estate, a debole o inesistente risalita in inverno. Ad esempio, al largo della costa dell'Oregon, ci sono quattro o cinque eventi di forte risalita separati da periodi di lieve o nulla risalita durante la stagione di sei mesi di risalita. In contrasto, tropicale latitudini hanno un contrasto di temperatura più costante, creando un costante risveglio durante tutto l'anno. La risalita peruviana, ad esempio, si verifica durante la maggior parte dell'anno, risultando in una delle più grandi attività di pesca marittima del mondo per le sarde e acciughe.[5]

In anni anomali quando il Alisei indebolire o invertire, l'acqua che viene sollevata è molto più calda e povera di sostanze nutritive, con conseguente forte riduzione della biomassa e fitoplancton produttività. Questo evento è noto come El Nino-Southern Oscillation (ENSO) evento. Il sistema di upwelling peruviano è particolarmente vulnerabile agli eventi ENSO e può causare un'estrema variabilità interannuale della produttività.[5]

I cambiamenti nella batimetria possono influenzare la forza di un upwelling. Ad esempio, un sottomarino cresta che si estende dalla costa produrrà condizioni di risalita più favorevoli rispetto alle regioni limitrofe. La risalita inizia tipicamente su tali creste e rimane più forte sulla cresta anche dopo lo sviluppo in altre posizioni.[5]

Elevata produttività

Le aree oceaniche più produttive e fertili, le regioni di risalita sono importanti fonti di produttività marina. Attirano centinaia di specie in tutti i livelli trofici; la diversità di questi sistemi è stata un punto focale per ricerca marina. Durante lo studio dei livelli trofici e dei modelli tipici delle regioni di risalita, i ricercatori hanno scoperto che i sistemi di risalita mostrano un modello di ricchezza a vita di vespa. In questo tipo di pattern, l'alto e il basso livelli trofici sono ben rappresentati da un'elevata diversità di specie. Tuttavia, il livello trofico intermedio è rappresentato solo da una o due specie. Questo strato trofico, che consiste di piccoli, pesce pelagico di solito rappresenta solo il 3-4% circa della diversità delle specie di tutte le specie ittiche presenti. Gli strati trofici inferiori sono molto ben rappresentati con circa 500 specie di copepodi, 2500 specie di gasteropodie 2500 specie di crostacei in media. Ai livelli trofici dell'apice e quasi dell'apice, ci sono solitamente circa 100 specie di mammiferi marini e circa 50 specie di uccelli marini. Le specie trofiche intermedie vitali tuttavia sono piccoli pesci pelagici che di solito si nutrono fitoplancton. Nella maggior parte dei sistemi di risalita, queste specie sono acciughe o sardine e di solito ne è presente solo una, sebbene occasionalmente possano essere presenti due o tre specie. Questi pesci sono un'importante fonte di cibo per i predatori, come i grandi pesci pelagici, i mammiferi marini e gli uccelli marini. Sebbene non siano alla base della piramide trofica, sono le specie vitali che collegano l'intero ecosistema marino e mantengono così alta la produttività delle zone di risalita[13]

Minacce agli ecosistemi in ascesa

Una grave minaccia sia per questo intermedio cruciale livello trofico e l'intera risalita trofica ecosistema è il problema di pesca commerciale. Poiché le regioni di risalita sono le aree più produttive e ricche di specie al mondo, attraggono un numero elevato di pescatori e attività di pesca commerciali. Da un lato, questo è un altro vantaggio del processo di risalita in quanto funge da valida fonte di cibo e reddito per così tante persone e nazioni oltre agli animali marini. Tuttavia, proprio come in qualsiasi ecosistema, le conseguenze della pesca eccessiva da parte di una popolazione potrebbero essere dannose per quella popolazione e per l'ecosistema nel suo insieme. Negli ecosistemi di risalita, ogni specie presente gioca un ruolo vitale nel funzionamento di quell'ecosistema. Se una specie è significativamente esaurita, ciò avrà un effetto su tutto il resto dei livelli trofici. Ad esempio, se una specie di prede popolare viene presa di mira dalla pesca, i pescatori possono raccogliere centinaia di migliaia di individui di questa specie semplicemente gettando le reti nelle acque di risalita. Poiché questi pesci sono esauriti, la fonte di cibo per coloro che predavano questi pesci è esaurita. Pertanto, i predatori del pesce mirato inizieranno a morire e non ce ne saranno tanti per nutrire i predatori sopra di loro. Questo sistema continua per tutto il tempo catena alimentare, con conseguente possibile collasso dell'ecosistema. È possibile che l'ecosistema possa essere ripristinato nel tempo, ma non tutte le specie possono riprendersi da eventi come questi. Anche se la specie può adattarsi, potrebbe esserci un ritardo nella ricostruzione di questa comunità in ascesa.[13]

La possibilità di un tale collasso dell'ecosistema è il vero pericolo di pesca nelle regioni di risalita. La pesca può colpire una varietà di specie diverse e quindi rappresentano una minaccia diretta per molte specie nell'ecosistema, tuttavia rappresentano la minaccia più alta per l'intermedio pesce pelagico. Poiché questi pesci costituiscono il punto cruciale dell'intero processo trofico degli ecosistemi di risalita, sono altamente rappresentati in tutto l'ecosistema (anche se è presente una sola specie). Sfortunatamente, questi pesci tendono ad essere gli obiettivi più popolari della pesca poiché circa il 64% dell'intero pescato è costituito da pesci pelagici. Tra queste, le sei specie principali che di solito formano lo strato trofico intermedio rappresentano oltre la metà del pescato.[13]

Durante un El Nino, il vento indirettamente spinge l'acqua calda verso la costa sudamericana, riducendo gli effetti della risalita fredda

Oltre a causare direttamente il collasso dell'ecosistema a causa della loro assenza, questo può creare problemi nell'ecosistema anche attraverso una varietà di altri metodi. Gli animali più in alto nel livelli trofici potrebbe non morire completamente di fame e morire, ma la diminuzione dell'offerta di cibo potrebbe ancora danneggiare le popolazioni. Se gli animali non ricevono abbastanza cibo, diminuirà la loro vitalità riproduttiva, il che significa che non si riprodurranno più spesso o con successo come al solito. Ciò può portare a una diminuzione della popolazione, specialmente nelle specie che non si riproducono spesso in circostanze normali o che maturano in modo riproduttivo in tarda età. Un altro problema è che la diminuzione della popolazione di una specie dovuta alla pesca può portare a una diminuzione della diversità genetica, con conseguente diminuzione della biodiversità di una specie. Se la diversità delle specie viene ridotta in modo significativo, ciò potrebbe causare problemi alle specie in un ambiente così variabile e in rapido mutamento; potrebbero non essere in grado di adattarsi, il che potrebbe provocare un collasso della popolazione o dell'ecosistema.[13]

Un'altra minaccia per la produttività e gli ecosistemi delle regioni in espansione è El Niño-Southern Oscillation (ENSO), o più specificamente eventi El Niño. Durante il periodo normale e la bambina eventi, gli alisei orientali sono ancora forti, il che continua a guidare il processo di risalita. Tuttavia, durante gli eventi di El Niño, gli alisei sono più deboli, causando una diminuzione del sollevamento nel equatoriale regioni poiché la divergenza dell'acqua a nord e sud dell'equatore non è così forte o così prevalente. Anche le zone di risalita costiera diminuiscono poiché sono sistemi azionati dal vento e il vento non è più una forza trainante molto forte in queste aree. Di conseguenza, la risalita globale diminuisce drasticamente, causando una diminuzione della produttività poiché le acque non ricevono più acqua ricca di sostanze nutritive. Senza questi nutrienti, il resto del piramide trofica non può essere sostenuta e il ricco ecosistema in ascesa crollerà.[18]

Riferimenti

  1. ^ Risveglio National Ocean Service, NOAA.
  2. ^ un b c Anderson, DM; Prell, WL (1993). "Un record di 300 KYR di risalita al largo dell'Oman durante il tardo quaternario: prove del monsone asiatico del sud-ovest". Paleoceanografia. 8 (2): 193–208. Bibcode:1993PalOc ... 8..193A. doi:10.1029 / 93pa00256.
  3. ^ Sarhan, T; Lafuente, JG; Vargas, M; Vargas, JM; Plaza, F (1999). "Meccanismi di risalita nel Mare di Alboran nordoccidentale". Journal of Marine Systems. 23 (4): 317–331. doi:10.1016 / s0924-7963 (99) 00068-8.
  4. ^ un b c d Jennings, S., Kaiser, M.J., Reynolds, J.D. (2001) "Marine Fisheries Ecology". Oxford: Blackwell Science Ltd. ISBN 0-632-05098-5
  5. ^ un b c d e f Mann, K.H., Lazier, J.R.N. (2006) Dinamica degli ecosistemi marini: interazioni biologico-fisiche negli oceani. Oxford: Blackwell Publishing Ltd. ISBN 1-4051-1118-6
  6. ^ un b Bakun, A (1990). "Cambiamento climatico globale e intensificazione della risalita oceanica costiera". Scienza. 247 (4939): 198–201. Bibcode:1990Sci ... 247..198B. doi:10.1126 / science.247.4939.198. PMID 17813287.
  7. ^ Chelton, DB; Schlax, MG; Freilich, MH; Milliff, RF (2004). "Le misurazioni satellitari rivelano caratteristiche persistenti su piccola scala nei venti oceanici". Scienza. 303 (5660): 978–983. Bibcode:2004Sci ... 303..978C. doi:10.1126 / scienza.1091901. PMID 14726595.
  8. ^ Bakun, A; Nelson, CS (1991). "Il ciclo stagionale di vento-stress si arricciano nelle regioni correnti del confine orientale subtropicale". Journal of Physical Oceanography. 21 (12): 1815–1834. Bibcode:1991JPO .... 21.1815B. doi:10.1175 / 1520-0485 (1991) 021 <1815: tscows> 2.0.co; 2.
  9. ^ un b Blanchette, CA; Wieters, EA; Briotman, BR; Kinlan, BP; Schiel, DR (2009). "Struttura trofica e diversità negli ecosistemi rocciosi di risalita intertidale: un confronto dei modelli di comunità in California, Cile, Sud Africa e Nuova Zelanda". Progressi in oceanografia. 83 (1–4): 107–116. Bibcode:2009PrOce..83..107B. doi:10.1016 / j.pocean.2009.07.038.
  10. ^ Lalli, C.M., Parsons, T.R. (1997) "Biological Oceanography: An Introduction" Oxford: Elsevier Publications. ISBN 0-7506-3384-0
  11. ^ Brodeur, RD; Ware, DM (2007). "Variabilità a lungo termine nella biomassa di zooplancton nell'Oceano Pacifico subartico". Oceanografia della pesca. 1 (1): 32–38. doi:10.1111 / j.1365-2419.1992.tb00023.x.
  12. ^ Kämpf J., Chapman P. (2016) "Sistemi di risalita del mondo" Cham: Springer International Publishing AG. ISBN 978-3-319-42524-5
  13. ^ un b c d e Cury, P; Bakun, A; Crawford, RJM; Jarre, A; Chinoni, RA; Shannon, LJ; Verheye, HM (2000). "Piccoli pelagici nei sistemi di risalita: modelli di interazione e cambiamenti strutturali negli ecosistemi" a vita di vespa ". Giornale CIEM di scienze marine. 57 (3): 603–618. doi:10.1006 / jmsc.2000.0712.
  14. ^ Greene, Ciad A .; Blankenship, Donald D .; Gwyther, David E .; Silvano, Alessandro; Wijk, Esmee van (01/11/2017). "Il vento provoca lo scioglimento e l'accelerazione della piattaforma di ghiaccio Totten". I progressi della scienza. 3 (11): e1701681. Bibcode:2017SciA .... 3E1681G. doi:10.1126 / sciadv.1701681. ISSN 2375-2548. PMC 5665591. PMID 29109976.
  15. ^ Knauss, J.A (1997). Introduzione all'oceanografia fisica. Waveland Press, Inc. ISBN 978-1-57766-429-1.
  16. ^ https://wiki.met.no/_media/windfarms/brostrom_jms_2008.pdf Sull'influenza di grandi parchi eolici sulla circolazione oceanica superiore. Göran Broström, Istituto meteorologico norvegese, Oslo, Norvegia
  17. ^ Progetto di ricerca statunitense, NSF e Oregon State University Archiviato 4 agosto 2009, presso il Wayback Machine
  18. ^ Rasmussen, EM; Carpenter, TH (1982). "Variazioni della temperatura della superficie del mare tropicale e dei campi di vento superficiali associati all'oscillazione esterna / El Nino". Revisione mensile del tempo. 110: 354–384. doi:10.1175 / 1520-0493 (1982) 110 <0354: VITSST> 2.0.CO; 2.

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