Examen de l'hypoxie dans le golfe du Mexique

Les zones côtières du monde entier font face à un problème sérieux appelé Hypoxie, qui signifie de faibles niveaux d'oxygène dans l'eau. Ce problème, souvent appelé "Zones Mortes", est principalement causé par les activités humaines qui augmentent la quantité de nutriments, surtout l'azote, dans l'eau. Ces nutriments proviennent de l'agriculture, des eaux usées et des processus industriels.

L'une des plus grandes zones mortes se trouve dans le nord du golfe du Mexique, en particulier sur le plateau Louisiane-Texas. Chaque été, cette zone connaît de faibles niveaux d'oxygène parce que l'azote venant du fleuve Mississippi stimule la croissance des algues. Quand ces algues meurent, elles se décomposent dans l'eau, utilisant l'oxygène et créant un environnement hypoxique. Des facteurs physiques, comme la stratification de l'eau, contribuent également à la formation de ces zones à faible oxygène, et on s'attend à ce que le changement climatique aggrave ce problème avec le temps.

Le suivi de l'hypoxie dans le golfe se fait depuis les années 1980, avec plusieurs organisations qui collectent des données pour comprendre son ampleur et son impact. Le Nutrient Task Force du bassin versant du Mississippi/golfe du Mexique a été créé pour s'attaquer à la surcharge en nutriments, espérant réduire la taille de la zone hypoxique de manière significative d'ici 2015. Cependant, cet objectif n'a pas encore été atteint, et le délai a été prolongé jusqu'en 2035.

#Importance du volume et de l'épaisseur hypoxiques

Au fil des ans, plusieurs études ont examiné le suivi de l'hypoxie et ses effets sur la vie marine. La plupart se concentrent sur la superficie couverte par l'hypoxie, mais le volume d'hypoxie et son épaisseur sont également importants à considérer. Les poissons vivant dans ces zones sont affectés par l'épaisseur de la couche à faible oxygène, car ils doivent peut-être nager à différentes profondeurs ou emplacements pour l'éviter.

Bien que de nombreuses études se soient concentrées sur l'estimation de l'hypoxie dans des zones comme la baie de Chesapeake ou la mer Baltique, le volume hypoxique du golfe du Mexique n'est toujours pas bien compris. Certains modèles précédents ont estimé le volume hypoxique basé sur des mesures d'oxygène, mais ceux-ci étaient limités à des moments et dates spécifiques. Des estimations plus complètes couvrant toute la saison estivale sont nécessaires pour mieux comprendre comment l'hypoxie évolue tout au long de l'été et affecte les pêcheries et les écosystèmes.

#Collecte de données

Dans cette étude, nous avons collecté des données sur les niveaux d'oxygène dissous à partir de plusieurs programmes de suivi dans le golfe du Mexique. Les données de 7939 événements d'échantillonnage lors de 186 croisières de monitoring ont été examinées. Alors que les études précédentes se concentraient uniquement sur l'oxygène dissous au fond, nous avons regardé l'ensemble du profil vertical de l'oxygène dissous pour déterminer l'épaisseur de la couche hypoxique à différentes profondeurs.

Pour garantir l'exactitude, nous avons filtré les données qui ne couvraient pas l'ensemble de la colonne d'eau. Cela a abouti à un ensemble de données comprenant 2823 observations pertinentes de fraction hypoxique (HF). La zone d'étude a été définie entre des frontières de longitude et latitude spécifiques et divisée en une grille pour une meilleure estimation.

#Développement de modèle

Pour analyser les données collectées, un modèle géostatistique a été développé. Ce type de modèle est efficace lorsque les données peuvent être traitées comme ayant un certain type de distribution statistique-dans ce cas, un processus gaussien. Pour résoudre les problèmes liés à la distribution des données, une méthode de transformation a été appliquée pour rendre les données plus adaptées à la modélisation.

Le modèle a été conçu pour estimer l'épaisseur et le volume hypoxiques de manière continue pendant les mois d'été. Il a pris en compte diverses tendances et variables qui pourraient influencer les niveaux d'oxygène, comme la température de l'eau, la profondeur et les changements saisonniers. Le modèle a été exécuté plusieurs fois pour générer une gamme de scénarios possibles, tenant compte de l'incertitude des données.

#Résultats : Modèles d'hypoxie

Les résultats de l'analyse fournissent une carte de l'épaisseur moyenne de la couche hypoxique dans la zone d'étude pendant l'été. En 2008, par exemple, l'hypoxie était particulièrement sévère. Comparer cela avec les moyennes à long terme montre une variabilité significative de l'hypoxie au fil des ans.

En moyenne, la zone hypoxique a tendance à atteindre son pic à des moments différents du volume hypoxique. Ça veut dire que même si la zone couverte par un faible oxygène est grande, le volume peut ne pas atteindre son maximum avant, indiquant l'importance de regarder les deux métriques.

En examinant les modèles d'hypoxie au fil du temps, on a trouvé que certaines années avaient une hypoxie bien plus sévère que d'autres. L'épaisseur moyenne de la couche hypoxique variait généralement de 3 à 5 mètres, avec des variations selon l'année et les conditions.

#Validation du modèle

Pour garantir l'exactitude du modèle, les résultats simulés ont été comparés aux observations réelles des programmes de suivi. On s'attendait à ce que les simulations ne correspondent pas parfaitement aux observations en raison de biais dans les méthodes de collecte des données. Cependant, les estimations de l'épaisseur et du volume hypoxiques du modèle se sont révélées plus réalistes que celles des modèles précédents qui n'avaient pas utilisé la méthode de transformation.

La distribution de l'épaisseur hypoxique prédite variait selon les différentes parties du plateau. Les zones peu profondes avaient généralement une épaisseur hypoxique plus faible, tandis que les zones plus profondes avaient des occurrences significatives de niveaux d'épaisseur élevés. Grâce à une comparaison visuelle, il a été déterminé que le modèle avec la transformation offrait un meilleur ajustement aux données observées.

#Variabilité interannuelle

En regardant les changements des métriques d'hypoxie sur plusieurs années, il est devenu évident qu'il y a une variabilité substantielle d'une année à l'autre. La zone hypoxique, le volume et l'épaisseur ont tous été analysés, montrant des modèles différents basés sur les conditions environnementales et les efforts de suivi.

Par exemple, les métriques d'hypoxie atteignaient leur pic à des moments différents chaque année. Le pic était souvent noté en juillet, mais pouvait varier en fonction de plusieurs facteurs. L'incertitude dans ces estimations a également mis en lumière la nécessité d'un suivi régulier tout au long des mois d'été, surtout pendant les périodes où l'hypoxie est la plus prononcée.

#Tendances à long terme

Une analyse des tendances à long terme des métriques d'hypoxie n'a révélé aucun changement significatif de la zone ou du volume hypoxiques depuis les années 1980. Cependant, l'épaisseur de la couche hypoxique semble augmenter avec le temps. Cette augmentation de l'épaisseur soulève des inquiétudes concernant les poissons et autres vies aquatiques de la région, car des couches hypoxiques plus épaisses pourraient avoir des impacts plus graves sur les habitats.

L'étude a trouvé que les charges d'azote printanières provenant du fleuve Mississippi sont les principaux moteurs de l'hypoxie sur tous les indicateurs. Bien que la charge en azote soit bien comprise, les facteurs influençant l'épaisseur et le volume hypoxiques restent moins prévisibles et nécessitent des recherches supplémentaires.

#Facteurs environnementaux

En plus de la charge en nutriments, d'autres facteurs environnementaux ont été explorés pour comprendre leur influence sur l'hypoxie. Les schémas de vent, les flux des rivières et les changements saisonniers ont tous été analysés pour leurs effets sur les métriques d'hypoxie.

Les résultats indiquaient que différents schémas de vent pouvaient soit favoriser, soit réduire l'hypoxie selon la zone. Par exemple, les vents d'été avaient tendance à soutenir l'hypoxie dans certaines zones tout en l'inhibant dans d'autres. Comprendre ces relations est crucial pour une gestion efficace de l'hypoxie dans le golfe du Mexique.

#Conclusion

Cette étude a réussi à développer un modèle complet pour estimer l'épaisseur et le volume hypoxiques dans le golfe du Mexique. En transformant les données pour les adapter à une distribution statistique plus appropriée, le modèle a fourni des simulations réalistes des métriques d'hypoxie pendant les mois d'été.

Les résultats soulignent l'importance d'un suivi continu et de la collecte de données pour comprendre les complexités de l'hypoxie dans les régions côtières. La variabilité de l'hypoxie au fil du temps et l'influence de multiples facteurs montrent que gérer ce problème nécessitera d'accorder de l'attention à divers facteurs environnementaux et de mener des recherches continues.

En avançant, il sera essentiel que les chercheurs et les décideurs collaborent et donnent la priorité à des stratégies pour réduire la charge en nutriments et surveiller efficacement l'hypoxie. Les informations tirées de cette étude peuvent aider à guider les efforts futurs pour protéger les écosystèmes côtiers et les pêcheries face à la menace croissante de l'hypoxie.