Tájfunkár egy sekély mezofotikus zátonyon Okinawában, Japánban

Kristine N. White

1 University of Maryland University College, Asia Division, Camp Foster Education Center, Amerikai Egyesült Államok/Japán

Taku Ohara

2 Mérnöki és Természettudományi Egyetem, Ryukyus Egyetem, Okinawa, Japán

3 Benthos Divers, Okinawa, Japán

Takuma Fujii

2 Mérnöki és Műszaki Egyetem, Ryukyus Egyetem, Okinawa, Japán

Iori Kawamura

2 Mérnöki és Természettudományi Egyetem, Ryukyus Egyetem, Okinawa, Japán

Masaru Mizuyama

2 Mérnöki és Műszaki Egyetem, Ryukyus Egyetem, Okinawa, Japán

Javier Montenegró

2 Mérnöki és Természettudományi Egyetem, Ryukyus Egyetem, Okinawa, Japán

Haruka Shikiba

2 Mérnöki és Természettudományi Egyetem, Ryukyus Egyetem, Okinawa, Japán

Tohru Naruse

4 Trópusi Bioszféra Kutatóközpont, Iriomote Station, Ryukyus Egyetem, Okinawa, Japán

TY McClelland

2 Mérnöki és Természettudományi Egyetem, Ryukyus Egyetem, Okinawa, Japán

Vianney Denis

5 Biodiverzitás Kutatóközpont, Academia Sinica, Taipei, Tajvan

James D. Reimer

2 Mérnöki és Természettudományi Egyetem, Ryukyus Egyetem, Okinawa, Japán

Társított adatok

Absztrakt

Kevéssé ismert a nagy viharrendszerek mezofotikus zátonyokra gyakorolt hatása. Ez a tanulmány arról számol be, hogy a 17. Typhoon (Jelawat) hogyan befolyásolta a Ryugu Reefet Okinawa-jimában, Japánban 2012 szeptemberében. A bentikus közösségeket a tájfun előtt és után vizsgálták line intercept transect módszerrel. A bentos együttesek összehasonlítása rendkívül szignifikáns különbségeket mutatott a korallfedésben 25–32 m mélységben a 17. Typhoon előtt és után. A Pachyseris foliosa nagy mély állománya láthatóan kevésbé volt ellenálló a viharral szemben, mint e zátony sekélyebb, sokféleségű területe. Ez a kutatás ellentmond a közfelfogásnak, hogy a mélyebb mélységben lévő nagy lombkorallok ugyanolyan hajlamosak a tájfun károsodására, mint a sekélyebben elágazó korallok. A leíró funkcionális csoport-elemzések azonban csak kisebb változásokat eredményeztek a zavar után, ami arra utal, hogy ennek a mezofotikus zátonynak a gyógyulása nagy valószínűséggel és nagy ellenálló képességgel rendelkezik.

Bevezetés

A közvetlen fizikai zavarok, a zavarosság, az ülepedés és a sótartalom változásai által okozott tájfun-károsodás káros lehet a sekély korallzátonyokra nézve, és ezeket jól tanulmányozták (Van Woesik, Ayling & Mapstone, 1991; Harmelin-Vivien, 1994; Ninio et al., 2000; Cheal és munkatársai, 2002; Hongo, Kawamata & Goto, 2012). A sekély zátonyok koralltakarójának csökkenése (1. ábra) délnyugat felől északkelet felé tart, általános szélirány északnyugat felé. A Japán Meteorológiai Ügynökség (JMA) és az Egyesült Államok Haditengerészeti Közös Tájfun Figyelmeztető Központja (JTW) ezt a rekordméretű tájfunt a harmadik legerősebb tájfunként dokumentálta, amely Okinawa-jima szigetet érte el, mivel az időjárási radar-megfigyeléseket 1954-ben kezdték meg, maximális hullámmagassága 12 m. Az Okinawa Meteorológiai Obszervatórium (OMO) az Okinawa-jima-sziget északi végén (Nago meteorológiai állomás) a következő 17-es Typhoon esetében a következő maximális méréseket rögzítette: 32,2 m/s tartós szél, 57,4 m/s széllökések, 947,4 hPa légköri nyomás.

(A) Térkép a 17. Typhoon (Jelawat) nyomvonaláról az Okianwa-jima-sziget körül, a Ryugu Reef állomásaival és (B) vizsgált állomásaival. A pályán szereplő adatok minden „X” jelnél megjelölik a dátumot, az időt, a központi légköri nyomást és a maximális szélsebességet. A (B) pontban a pontozott területek jelzik a transzektusok helyzetét.

Nemrégiben Ohara et al. (2013) egy korábban felfedezetlen sekély mezofotikus korallzátonyról számolt be Okinawában, Japánban. Ennek a zátonynak a japán neve „Ryugu”, a Ryūjin, a tenger sárkányistene alatti tenger alatti palotájához való hasonlóságán alapul. A Ryugu mélyebb szakaszai (32–42 m) a jelentések szerint elsősorban a Pachyseris foliosa-ból (Veron, 1990) állnak, a sekélyebb szakaszok (25–32 m) sokkal nagyobb változatosságot mutatnak (Ohara et al., 2013). Kevéssé ismert a Pachyseris foliosa, bár ennek a fajnak a mélységtartománya mélyebbnek tűnik, mint korábban Hoeksema, Rogers és Quibilan jelentette 2008-ban (25–30 m).

Ez a tanulmány arról számol be, hogy a 17. Typhoon hogyan befolyásolta a Ryugu Reefet a transzekt adatok előtt és után. A tanulmány célkitűzései között szerepel a különböző mélységű korallközösségek vizsgálata, valamint a tájfunok által leginkább érintett fajok és funkcionális csoportok azonosítása. Az egyik tesztelt hipotézis szerint a sekély mezofotikus zátonyok nagy monospecifikus állományokkal szemben ellenállóbbak a vihar okozta károkkal szemben, mint a különböző zátonyok.

Anyagok és metódusok

Öt állomást jelöltek ki a ryugu helyszínen (1. ábra). Az 1. állomás volt a legmélyebb (42 m), az 5. állomás pedig a legmélyebb (17 m). Az állomásokat az 1. ábra mutatja, és az 1. táblázat foglalja össze. A hőmérsékletet 30 percenként rögzítettük hőmérséklet-naplózókkal (HOBO U22 Temp Pro v2 logger; Onset Corp., Massachusetts, USA), az állomásokon kb. 30–50 cm-re az egyes állomásokon 2012. szeptember 12. és 2013. január 10. között.

Asztal 1

ÁllomásHelyzet/LeírásMélység (m)

1	A sűrű Pachyseris foliosa terület külső szélén homokos	42
2	A sűrű Pachyseris foliosa terület felső széle	31.2
3	A nagy változatosságú terület felső széle	26.5
4	A Fungiidae/törmelékterület felső széle	21.3
5.	Homok, korall törmelék	17.

A vízmozgást minden állomáson (az 1. állomás kivételével) a gipszgolyók feloldásával becsültük meg. Gipszgolyókat (10,5 cm átmérőjű) Komatsu és Kawai (1992) nyomán készítettünk. A gömböket kb. 50 cm-rel az aljzat fölé helyezték a 2013. január 11-i 2–5-ös állomásokon, és 2013. január 16-án eltávolították őket. Az egyes állomások vízsebességét Yokoyama, Inoue & Abo (2004) egyenleteinek megfelelően számoltuk.

Tíz méteres vonalvezetést vizsgáltak mind a (2017. április 17. és 2012. szeptember 11–12.) Előtt, mind az után (2012. december 14.) a Typhoon 17-et a 2. állomás közelében (7 előtt, 9 utána) és 3-at (előtte 10, 8. között). után transzektál). A rendelkezésre álló adatok mennyisége alapján az elemzésekbe csak a 2. és a 3. állomást vették fel. Minden vonalvezetéshez egy 10 méteres mérőszalagot helyeztek el állandó mélységű kontúr mentén, és a vonal mentén átfedő fényképeket vagy videókat készítettek. A transzektek mentén készült fényképeket vagy videókat használtuk az egyes azonosított operatív taxonómiai egységek (OTU) által elfoglalt teljes távolság beszámolásához. Ha lehetséges, az OTU-kat fajszintre azonosították Hoeksema (1989) és Gittenberger, Reignen & Hoeksema (2011) nyomán a Fungiidae és Veron (2000), valamint Budd és mtsai. (2012) más fajokra.

A közösségi adatokat a PRIMER 6 statisztikai szoftver segítségével elemeztük annak érdekében, hogy a tájfun előtti és utáni korallközösségekben különbségeket találjunk (Clarke & Warwick, 2001). Az összes százalékos fedési adatot négyzetgyökkel alakították át az elemzés előtt, hogy mérsékelten csökkentse az operatív taxonómiai egységeket (OTU) elfoglaló nagy űr fontosságát. A Bray-Curtis hasonlósági mátrixokat a 2. és a 3. állomáson számoltuk. A hasonlóságok egyirányú elemzését (ANOSIM) végeztük a Typhoon 17 előtti és utáni összeállítások különbségének és nagyságának meghatározására. Nem metrikus többdimenziós méretezés (nMDS) ) segítségével a többváltozós mintákat a Bray-Curtis mátrix alapján vizualizáltuk. Buborékdiagramot (négyzetgyök transzformált borítóadatok) adtunk a diagramokhoz, hogy megjelenítsük a releváns OTU-k variációit. A 4. ábrán minden kör az élő korallfajok relatív bőségét mutatja (a fajok előfordulásának négyzetgyökével transzformált adatai alapján az egyes transzektusok mentén). Végül a SIMPER rutinnal értékeltük az egyes bentos csoportok százalékos hozzájárulását a helyek közötti megfigyelt különbségekhez.

A Ryugu Reef bentos közösségeinek nem metrikus méretarányú méretezése a Bray-Curtis hasonlósági mátrixok alapján. A buboréktáblán minden kör az élő korallok relatív rengetegét vagy a koralltörmelék százalékos fedettségét mutatja (a fajok előfordulásának négyzetgyökével transzformált adatai alapján). (A) 2. állomás: élő korallfajok, (B) 2. állomás: korall törmelék, (C) 3. állomás: élő korallfajok, (D) 3. állomás: korall törmelék. Piros kör: tájfun előtt, kék kör: tájfun után.

A korallközösség funkcionalitásának lehetséges változásainak felmérése után a tájfun korall taxonokat funkcionális csoportokba soroltuk a telepek alakja szerint Denis et al. (2013). Mindegyik OTU-t a nyolc funkcionális csoport egy vagy többjéhez rendeltük: masszív, inkrustáló, foliose, oszlopos, lemezszerű, bokros, arboreszcens és független (S1. Táblázat). Ezeket az egyes telepek növekedési formája határozta meg Veron (2000), Wallace (1999) szerint, és vizuális megfigyeléssel. A korallösszetételek funkcionális összetételét a korall OTU és a 2. és 3. állomás relatív bősége és a tájfun előtti és utáni telkek alapján számítottuk ki.

Eredmények

A hőmérséklet-érzékelők azt mutatták, hogy az 5. állomáson (a sekélyebb állomáson) jellemzően 0,1–0,2 fokkal alacsonyabb volt a hőmérséklet, mint bármelyik másik állomásnál, bár a hőmérséklet ezen az állomáson a leginkább ingadozni látszott. A tájfunok alatt és közvetlenül utánuk minden állomáson hőmérsékletcsökkenést figyeltek meg, a legnagyobb hőmérséklet-csökkenés az 1. állomáson történt (20,9 ° C a 17. Typhoon után) (2. ábra). A gipszgömb súlycsökkenése alapján a 2. állomáson volt a legkevesebb vízmozgás a többi állomáshoz képest. Az egyes gipszgömbök súlyvesztése és az egyes állomások vízsebessége a következő volt: 2. állomás: 254 g, 9,2 cm/s vesztett; 3. állomás: elveszett 284 g, 11,2 cm/s; 4. állomás: vesztett 292 g, 11,7 cm/s; 5. állomás: elveszett 294 g, 12,5 cm/s.

A Ryugu Reef napi hőmérséklet-változásának grafikonja, 2012. szeptember 12. és 2013. január 10., 1. és 5. állomás.

Az S1. Táblázat felsorolja az összes OTU-t, amelyek dokumentálva vannak a transzektusokról és azok fedettségének százalékos változásáról a Typhoon 17 előtt és után. Az élő koralltakarás csökkent és a koralltöredék 33,3% -kal nőtt a 2. állomáson, és 11,4% -kal a 3. állomáson a Typhoon 17 után. képek a 2. és 3. állomáson.

A Ryugu Reef fényképei a 17. Typhoon előtt és után, 2. állomás, (A) 2012. szeptember 12., (B) 2013. január 1.; 3. állomás, (C), 2012. szeptember 12., (D) 2013. január 1.

A 17. Typhoon előtti és utáni bentosus közösségek összetétele (4. ábra) szignifikáns különbséget mutatott mind a 2. állomáson (ANOSIM teszt, R = 0,572, p = 0,001), mind a 3. állomáson (ANOSIM teszt, R = 0,24, p = 0,009). . A 2. állomáson a korall törmeléknek a transzektusokon való előfordulásának változása járult hozzá a legnagyobb mértékben ehhez a különbséghez (Simper-teszt, 33,0%, 4. ábra), majd a Lithophyllon repanda (12,7%), a Pachyseris foliosa (11,6) lefedettsége következett. %), majd a Galaxea sp. 1 (11,2%). A 3. állomáson minden OTU hozzájárult a 4. ábrához). Érdekes módon a 3. állomáson megfigyelt különbség nem volt szignifikáns (R = 0,07, p = 0,137), amikor a domináns OTU hatásait nem csökkentették négyzetgyök transzformációval. A korallközösségek (5. ábra) működését mindkét állomáson csak kismértékben befolyásolja a tájfun. A 2. állomáson megfigyelt főbb különbségek közül az inkrustáló csoport 8% -kal, míg a foliose csoport 15% -kal nőtt. A 3. állomáson a bokros (8%), az oszlopos (6%) és a lemezszerű (3%) csoportok szenvedtek a legjobban a tájfun útjától, míg a (7%) és a foliose (11%) korallok jobban ellenálltak a tájfun útjának. ez a zavar.

A korallösszlet funkcionális összetétele a 17. Typhoon előtt és után a Ryugu Reef, 2. és 3. állomáson, a korall OTU-k relatív bősége alapján. A tengelyek a 8 funkcionális csoport mindegyikének relatív hozzájárulását jelentik.

Vita

A 17. tájfun rendkívül jelentős változásokat eredményezett az élő korallok bőségében a Ryugu 2. és 3. állomáson. Úgy tűnik, hogy ennek a zátonynak a mélysége nem védett korallokat a drasztikus károsodásoktól és a korall törmelék jelentős növekedésével a vizsgált területeken. A legérdekesebb, hogy a P. foliosa a 17. Typhoon által leginkább érintett fajok közé tartozott. Láthatóan a sokszínűbb és összetettebb közösségek, például a 3. állomáson, jobban képesek ellenállni a tájfunokkal szemben a túlélhetőség és a funkcionális csoportok eloszlása szempontjából, talán a egyes fajok. A SIMPER tesztek alapján a 3. állomáson a különböző OTU-kban sok kis különbség volt a 2. állomáshoz képest, ahol csak 4 OTU járult hozzá a tájfunhatások 70% -ához. Az elsődlegesen P. foliosa-ból álló 2. állomást erősen érintette ez a vihar, annak ellenére, hogy mélyebb volt, mint a 3. állomás, ami arra utal, hogy a P. foliosa lombos szerkezete sérülékeny a fizikai zavarokkal szemben. Az itt található nagy monospecifikus állomány szintén stabilabb környezetben van, valószínűleg érzékenyebbé teszi a zavarásokra (Hughes, 1989; Rogers, 1992; Rogers, 1993; Harmelin-Vivien, 1994). Ezért elvetjük azt a hipotézisünket, miszerint a nagy monospecifikus állományokkal rendelkező sekély mezofotikus zátonyok jobban ellenállnak a vihar okozta károknak.

A gipszgömb adatok alapján a Ryugu meglehetősen nyugodt zátony, és a 2-es állomás alacsonyabb áramlása kevesebb árapálynak vagy hullámhatásnak tudható be, és érdemes tovább vizsgálni a jövőbeni tanulmányokban. Az 17-es Typhoon alatt az 1. állomáson megfigyelt alacsonyabb hőmérséklet (42 m) oka lehet a felmelegedés vagy a termikus átlagolás, amelyet a szél által hajtott függőleges keverés okoz a mélyebb hűvösebb vízzel, amelyet a tájfun megjelenése fokozott, amint azt más nagy viharok is láthatták. A 2. ábra nagy hőmérsékletváltozásokat mutat be szeptember 18-án (csökkenés 26,0 ° C-ig) és szeptember 30-án (csökkenés 20,9 ° C-ig), amelyek mind a nagy tájfunrendszereknek felelnek meg (1. ábra; a 16., illetve a 17. tájfun).

Számos tanulmány megállapította, hogy a növekvő tengerfelszín-hőmérséklet és a globális klímaváltozás a tájfun gyakoriságának, az energiaeloszlás és a vihar intenzitásának növekedését okozza és fogja továbbra is okozni (Emanuel, 2005; Trenberth, 2005; Webster et al., 2005; Emanuel, Sundararajan & Williams, 2008; Tu, Chou & Chu, 2009). Tu, Chou & Chu (2009) a tájfun nyomvonalainak északi irányú elmozdulását dokumentálták a Csendes-óceán nyugati és kelet-ázsiai régiójában, a tájfun gyakoriságának növekedésével a Tajvan/Kelet-Kínai-tenger térségében (1970-től 1999-ig 3,3; év 2000–2006 között). Emanuel (2005) a ciklonok destruktivitásának növekedését dokumentálta az 1970-es évek óta, és a globális éghajlatváltozás következtében további növekedést jósolt. A globális éghajlatváltozás várhatóan nagyobb és erősebb tájfunokat hoz Okinawába, ami valószínűleg befolyásolja egyes korallpopulációk túlélését. A viharok esetleges növekedése még fontosabbá teszi a mezofotikus zátonyokra gyakorolt hatásuk megértését, amelyekről azt gondolták, hogy a sekély zátonyokon bekövetkező zavarok idején sok tengeri élőlény számára menekültként működnek. Ez a tanulmány kimutatta, hogy mélységük ellenére a sekély mezofotikus zátonyokat is erősen befolyásolhatják a zavarok. Ezért kritikus dokumentálni ennek a zátonynak az utódját olyan zavarok után, mint a 17-es Typhoon, hogy megértsük annak rugalmasságát és azt a szerepet, amelyet a mezofotikus zátonyok játszhatnak a korallzátonyok jövőjében.

Kiegészítő információk

S1. Táblázat

Korallfajok és funkcionális csoportok (a Ryugu Reefnél dokumentálva, a korallborítás és a borítás százalékával a 2. (30 + m) és a 3. állomáson ((22K, docx)