음향 미시적 분포와 밀도는 17개 대륙에 걸쳐 거시적 규모의 해양학 과정으로 구성됩니다.

Oct 18, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 4614(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

본 연구에서는 낮 시간 동안 북동대서양 전역의 음향 산란층과 마이크로넥톤 밀도의 대규모 분포 패턴을 조사합니다. R/V "Kronprins Haakon"에 탑승한 연구 크루즈는 2019년 5월 Cape Verde에서 Bay of Biscay까지 수행되었습니다. 수문학 데이터는 20개의 전도도-온도-깊이 센서(CTD) 관측소에서 획득되었습니다. 트롤 앞의 마이크로넥톤 밀도를 추정하기 위해 매크로플랑크톤 트롤의 헤드로프에 있는 자동 음향 측심기(120 또는 200kHz)가 사용되었습니다. 선박에 장착된 다중 주파수 측심기를 사용하여 크루즈 트랙을 따라 음향 데이터도 수집되었습니다(18 및 38kHz의 후방 산란이 분석되었습니다). 음향 관측(18, 38 및 120/200kHz 모두)에서는 낮 동안 마이크로넥톤의 수평 분포에서 명확한 패턴이 나타났으며 연구 지역 남쪽(17~37°N)에서 후방 산란 및 에코 밀도가 더 높았습니다. 37°N에서 45°N 사이의 표면에는 높은 후방 산란이 없습니다. 후방 산란 및 에코 밀도는 온도, 염도, 산소뿐만 아니라 하루 중 깊이와 시간에 의해 크게 영향을 받는 것으로 나타났습니다.

마이크로넥톤은 동물성 플랑크톤의 주요 포식자이며 최고 포식자(예: 참치, 황새치, 거북이, 바닷새 및 해양 포유류)의 중요한 먹이입니다1,2. 중층성 마이크로넥톤의 많은 종은 낮에는 수심에서 밤에는 얕은 바다로, 새벽에는 다시 수심으로 수직 이동(DVM)을 수행합니다(예: Drazen et al.3). 이러한 DVM을 통해 마이크로넥톤은 유기 물질을 적극적으로 운반하여 생물학적 펌프에 기여합니다4. 중층대에서 마이크로넥톤과 거대동물플랑크톤의 집합체는 심부산란층(DSL)으로 구성되는데, 이는 바다에서 강력하고 편재하는 소리 반사층입니다(예: Davison et al.5). 어류의 높은 추정 바이오매스로 인해 상업적 이용을 위한 잠재적 자원으로서 마이크로넥톤(특히 중층 어류)에 대한 관심이 증가하고 있지만 현재의 풍부도와 바이오매스 추정치는 높은 불확실성을 가지고 있습니다7,8.

마이크로넥톤은 수영할 수 있는 작은 유기체(1~20cm)이지만 대부분의 연구에서는 마이크로넥톤 및 거대동물플랑크톤 크기 범위의 중층 생물상을 기능적 플랑크톤으로 암묵적으로 취급합니다. 즉, 수평 이동을 수행할 수 없습니다(예: Benoit-Bird 및 가능한 예외의 경우 Au9). 대규모 패턴을 설명하고 이를 구동하는 프로세스를 설명하는 것이 적절해집니다. 예를 들어, 환경 변수의 위도 경사가 유기체의 분포와 풍부함에 어떻게 영향을 미치는지 이해하는 것은 기후 변화가 생태계와 그 구성 요소에 미치는 영향을 예측하는 데 유용할 수 있습니다10. 대규모 연구는 마이크로넥톤의 수평 및 수직 분포에 대한 거시 해양학의 영향과 결과적으로 환경 변동성에 대한 DSL 유기체의 반응을 탐구할 수 있는 좋은 기회를 제공합니다. DSL 깊이는 빛에 의해 제어되고 특정 빛 강도를 따르는 것처럼 보이는 것으로 제안되었습니다. 그러나 DSL 깊이는 산소 수준15,16,17과 같은 다른 환경 변수와도 연결되어 있습니다.

또한, 생물지리학적 분류는 해양 보존에 관한 국제적 합의에 도달하는 데 필수적인 도구입니다10. 과거에는 해양의 생물지리적 분할이 일반적으로 생물학적 데이터만으로 수행되었지만 최근에는 분할 알고리즘에 수많은 데이터 소스(예: 생물학적, 화학적, 물리적)를 포함하는 분류가 이루어졌습니다(예: Proud et al.18). Sutton et al.19는 생물다양성과 기능 측면에서 중층부 구역의 전 지구적 생물지리학적 분류를 제시했습니다. 그들은 총 33개의 전 세계 중층부 생태지역을 정의했으며, 우리의 연구는 그 중 3개에 걸쳐 있었습니다. 반면, Proud et al.20은 관찰된 음향 후방 산란 분포의 특성을 바탕으로 중층성 지역을 36개로 정의했습니다.

27.25 kg m−3); AAIW, lower and upper NACW in the middle layer (27 < σθ < 27.25 kg m−3); and STUW, lower and upper NACW in the upper layer (σθ < 27 kg m−3). Each temperature/salinity-measurement point was classified with the water type that had the highest contribution given by the water-mass analysis. The reference temperature and salinity values are given in Supplementary Table S1./p> 0.8) with some environmental variables (temperature for surface layers in the NASC models, oxygen for all deep layer models and oxygen and temperature for echo count models from surface layers). In addition, the covariate geographical position was not sufficient to model all the spatial correlation and these models had higher AIC values than the model without geographical position. Thus, in the models there remained some spatial autocorrelation at small scale in the Pearson residuals, except for the echo count model from deep layers (Supplementary Fig. S2). We accepted this spatial correlation in the residuals in our final model because the tweedie distribution was not implemented in the R package used for dealing with it (R-INLA version 20.07.12)./p> 1 mg m−3) reaching the maximum values of observed (above 4 mg m−3 at the surface around 45° N (Fig. 3c))./p> − 75 dB). In these two areas (4 and 5), the vertical TS profiles were different between downcast and upcast, e.g., the depth of peak densities of echoes would shift (Fig. 4)./p> ~ − 70 dB), indicating that the composition in those layers was mainly aggregations of gas-bearing organisms, such as small mesopelagic fish. This is supported by the fact that the lower DSL was stronger at 18 kHz than at 38 kHz—small mesopelagic gas-bearing fishes have a resonant backscatter frequency closer to 18 kHz than 38 kHz. On the other hand, in the north of the study area (37–48° N), the echo densities ahead of the trawls were generally low and the target strength distributions (Fig. 4) suggest that the DSLs contained a mixture of strong (mesopelagic fish) and weak scatterers (crustaceans and swimbladderless fish). Trawling and optical data at depth suggested low densities of siphonophores in the area and the strong scatterers are unlikely to be dominated by siphonophores65,66. The dominant fish in our catches were members of the gonostomatid genus Cyclothone. Cyclothone braueri, Cyclothone microdon, Cyclothone pseudopallida, and Cyclothone pallida collectively made up more than 78% of the organism density in the trawl catches, while the most diverse family was Myctophidae21. Other studies in the North Atlantic have indicated that DSLs are dominated by Myctophidae and Stomiiformes22,67,68, but many of these studies are based on catches from graded trawls that severely underestimate the densities of Cyclothone spp.51. Given that catches were completely numerically dominated by Cyclothone spp.21, and that we lack knowledge of acoustic properties of most of the organisms encountered in the mesopelagic zone during the cruise, we attempted no identification beyond stating that the majority of targets at mesopelagic depths probably originated from fishes, given the TS (Fig. 4) and the general lack of observations of physonect or cystonect siphonophores during the cruise66,69./p>

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