Кожен, хто хоч раз кип’ятив каструлю з водою, знає, що температура залежить не лише від того, наскільки гаряче щось стає. Час теж важливий. Проте хвилі морської спеки (MHWs) традиційно вивчали як дискретні події з чітко визначеним початком і кінцем.

Нове дослідження під керівництвом William & Mary VIMS & Batten School припускає, що цей підхід може втрачати значну частину тепла, яке насправді відчувають морські екосистеми. Дослідники розробили структуру для вимірювання сукупного впливу аномально теплої води протягом тривалих періодів часу, який може мати місце до, а також під час MHW.

Морська спека є частиною більш тривалого періоду потепління

Дослідження, опубліковане в Nature’s Communications Earth & Environment, класифікує періоди потепління, які відбуваються до і після MHW. Використовуючи довгострокові спостереження в 20 лиманах США, дослідники розробили спосіб вимірювання загального впливу тепла, розглядаючи хвилі тепла в океані як частину ширшого явища потепління, а не як окреме явище.

«Ми почали помічати подібні аномалії теплої води по обидва боки хвиль спеки в океані та зрозуміли, що вони насправді були вбудовані в більш тривалі періоди теплої води», — пояснив провідний автор Рікардо Узіг Нарді MS ’25, дослідник, який співпрацює зі співавтором П’єро Мадзіні, доцентом VIMS і Школи прибережних і морських наук Баттена. «Це звучить очевидно, але дослідження зазвичай зосереджуються лише на тепловому вікні океану, яке не є точним відображенням реальних умов».

Нарді виявив, що такі надзвичайно теплі води можуть зберігатися тижнями або навіть місяцями на великій території, і що хвиля морської спеки виникає в якийсь момент протягом цього тривалого періоду. У багатьох випадках потепління до і після MHW сприяло такому ж або більшому кумулятивному впливу тепла, ніж сама теплова хвиля.

«Морську спеку більше не можна розглядати ізольовано при оцінці впливу потепління на прибережні та морські екосистеми», — сказав Мадзіні. «Ми повинні визнати ширшу структуру, в якій вони існують, і це дослідження дає спосіб зробити саме це».

Дані за десятиліття показують, що тепловий стрес недооцінювався

Дослідники дослідили понад 2580 MHW, зареєстрованих у 20 лиманах Сполучених Штатів протягом 20-річного періоду. Їхній аналіз показує, що традиційні оцінки недооцінюють загальний вплив тепла в середньому більш ніж на 150%, різниця, яка може мати важливі наслідки для розуміння здоров’я екосистеми.

“Подумайте про те, щоб проводити час на сонці”, – сказав Нарді, пояснюючи важливість накопичувального впливу тепла. «Ризик сонячних опіків визначається як інтенсивністю сонця, так і тривалістю перебування на сонці. Кілька хвилин перебування на сонці здебільшого нешкідливі, але години впливу можуть завдати значної шкоди. Це також вірно для морських мешканців і теплої води. Реакція залежить не лише від того, наскільки нагріється вода, але й від того, як довго триває це нагрівання. Довготривалий кумулятивний вплив тепла може створити умови, в яких деякі види не можуть вижити».

Цей результат вказує на те, що аномалії теплої води, які виникають до та після хвилі тепла, значною мірою не залежать від самого MHW. Це відкриття ставить під сумнів звичайний спосіб інтерпретації теплового стресу вченими та пропонує новий підхід до оцінки загального впливу тепла на прибережні екосистеми.

З’являються два типи океанської спеки

Дослідники також класифікували MHW на дві великі категорії. Приблизно дві третини були класифіковані як «ізольовані» події. Це сталося протягом приблизно 60 днів після підвищення температури вище самого MHW.

Інша третина була класифікована як «складні» події. Це було пов’язано з набагато довшими періодами потепління (приблизно 90 днів) до та після MHW, генеруючи більш ніж у три рази кумулятивний вплив тепла, створений самим MHW.

«Як бачите, це неймовірно довгий вплив тепла», — пояснив Мадзіні. «Багато лабораторних експериментів симулюють хвилі спеки в океані шляхом підвищення температури протягом загального періоду в кілька днів або тижнів. Наші висновки демонструють, що, хоча ці експерименти мають цінність, вони не враховують досвід тривалого впливу тепла в природі на організми. Наше дослідження забезпечує нову основу для розробки експериментів, які відображають природні умови хвилі спеки в океані та кількісно визначають кумулятивний вплив тепла, що дозволяє вченим краще оцінювати біологічні ефекти хвиль спеки в океані в екосистемах».

Переосмислення того, як вивчаються хвилі тепла в океані

Це дослідження доповнює зростаючу кількість досліджень MHW, які проводять викладачі та дослідники VIMS та Школи Баттена. Мадзіні та докторант третього курсу Натан Шунк нещодавно опублікували дослідження, у якому вони визначили «вертикальну хвилю тепла в океані» в Перській затоці та розробили для неї систему класифікації.

Минулого року Нарді та Мадзіні також опублікували дослідження, в якому передбачили збільшення MHW уздовж східного узбережжя США. Дослідження виявило зв’язок між хвилями спеки в океані та великомасштабними кліматичними моделями, такими як Ель-Ніньо та Тихоокеанське десятирічне коливання.

«Це дослідження є прикладом хорошої науки, яка народилася з простого запитання про взаємозв’язок між умовами води в естуарії та температурою», — сказав Мадзіні. «Це стало можливим завдяки Національній дослідницькій системі естуарію NOAA та довгостроковим високочастотним спостереженням за температурою. Такі комплексні програми моніторингу дозволяють нам ставити серйозніші запитання та виявляти закономірності, які інакше залишаються прихованими».

Тривале глобальне потепління може посилити навантаження на екосистему

Висновки також можуть допомогти прибережним громадам і менеджерам ресурсів краще зрозуміти, як тривале потепління вплине на морське середовище. Тривале підвищення температури води може збільшити інші навантаження на навколишнє середовище, такі як гіпоксія та шкідливе цвітіння водоростей.

Разом ці стреси можуть створювати додатковий тиск на екосистеми від морської трави до коралових рифів. Включення періодів потепління до та після MHW в екологічні оцінки та лабораторні експерименти може допомогти дослідникам створити більш реалістичні оцінки вразливості екосистеми та краще обґрунтувати рішення щодо збереження та управління.

«Це дослідження має потенціал змінити наше розуміння ролі, яку нагрівання води відіграє в здоров’ї екосистеми, розширюючи нашу увагу за межі теплових хвиль і повністю враховуючи вплив температури з часом», — пояснив Нарді. «Я радий відкрити для себе те, що міг пропустити з цієї нової точки зору».

У міру того, як MHW стають частішими та інтенсивнішими, може ставати все важливішим повне вимірювання їх сукупного впливу для захисту прибережних ресурсів і допомоги громадам у підготовці до майбутніх змін навколишнього середовища.