Können Daten Delfine retten? Wie Wissenschaftler NASA-Daten verwenden, um die Verbindung zwischen Sonnenstürmen und Tierstränden zu untersuchen

Anonim

Das uralte Geheimnis, warum ansonsten gesunde Delfine, Wale und Schweinswale weltweit entlang der Küsten gestrandet sind, vertieft sich: Nach einer Zusammenarbeit von NASA-Wissenschaftlern und Meeresbiologen deuten neue Forschungen darauf hin, dass Weltraumwetter nicht die Hauptursache für Tierstrände ist - aber die Forschung geht weiter. Die Zusammenarbeit sucht nun nach anderen, die auf der Suche nach den Faktoren sind, die Meeressäuger vom Kurs abbringen, in der Hoffnung, vielleicht eines Tages Strandungen vorhersagen zu können, bevor sie eintreten.

Wissenschaftler haben lange nach der Antwort gesucht, warum diese Tiere strandeten, und eine neuere Zusammenarbeit hoffte, eine klare Lösung zu finden: Forscher aus einem Querschnitt von Feldern sammelten massive Datensätze, um zu sehen, ob Störungen des Magnetfeldes um die Erde sein könnten verwirrt diese Meeresbewohner, bekannt als Cetaceans. Es wird angenommen, dass Cetaceans das Magnetfeld der Erde zur Navigation verwenden. Da starke Sonnenstürme das Magnetfeld stören könnten, wollten die Wissenschaftler herausfinden, ob sie durch die Tiere tatsächlich den inneren Zirkel stören und in die Irre führen könnten.

Während ihrer ersten Untersuchung, die Wissenschaftler-von NASA Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland; der Internationale Tierschutzfonds (IFAW); und das Bureau of Ocean Energy Management, oder BOEM, konnten keinen kausalen Zusammenhang herstellen.

"Wir haben bisher gelernt, dass es keine rauchende Pistole gibt, die anzeigt, dass das Weltraumwetter der Hauptantrieb ist", sagte der Weltraumwissenschaftler Antti Pulkkinen von Goddard. "Aber es gibt ein Gefühl, dass geomagnetische Bedingungen Teil eines Cocktails von beitragenden Faktoren sein können."

Jetzt öffnet das Team seine Studie viel weiter: Sie bitten andere Wissenschaftler, sich an ihrer Arbeit zu beteiligen und Daten zur Suche nach den komplexen Ursachen für solche Strandungen beizutragen.

Mining-Daten für Verbindungen

Mass Strandings treten auf der ganzen Welt auf und können irgendwo zwischen drei und mehreren hundert Tieren während eines gegebenen Ereignisses beeinflussen. Obwohl sie ein globales Phänomen sind, haben Wissenschaftler bestimmte Brennpunkte identifiziert: Neuseeland, Australien und Cape Cod, Massachusetts, die alle wichtige geographische Merkmale teilen, wie abfallende Strände und feinkörnige Sedimentfaktoren, von denen man annimmt, dass sie bei Strandungen eine Rolle spielen.

Bei Strandungen mit mehreren Todesfällen zeigen Autopsien, dass die überwiegende Mehrheit der verstorbenen Tiere gesund war, bevor sie gestrandet sind. Einige Forscher nehmen eine Hypothese des Gruppenstrangs vor, wenn ihre starken sozialen Bindungen sie dazu zwingen, einem in Not geratenen Menschen in seichte Gewässer zu folgen.

"Wale und Delfine waren schon immer mythische Embleme für uns", sagte Desray Reeb, Meeresbiologe am BOEM-Hauptsitz in Sterling, Virginia. "Sie sind intelligent, sozial und mystisch und stellen für uns eine faszinierende Herausforderung dar, weil sie so wie wir sind und doch so anders sind."

Diese besondere Untersuchung war Reebs Idee; Nachdem sie im Juni 2015 seine Präsentation über das Weltraumwetter gehört hatte, wandte sie sich an Pulkkinen. Das Team konzentrierte sich zunächst auf Cape Cod - den größten Hotspot in den Vereinigten Staaten - und durchsuchte fast zwei Jahrzehnte IFAW-Stranding-Beobachtungen. und Weltraum-NASA-Weltraumwetterdaten.

So wie das Wetter auf der Erde schwankt und gelegentlich Gewitter und böige Winde bringt, schleudert die sich ständig verändernde Sonne manchmal massive Wolken aus solarem Material und magnetischen Feldern in den Weltraum, die koronale Massenauswürfe oder CMEs genannt werden. Die Auswirkungen dieser Eruptionen auf den erdnahen Weltraum werden zusammen als Weltraumwetter bezeichnet. CMEs können starke geomagnetische Stürme auslösen, wenn sie in das Magnetfeld der Erde einschlagen. Wenn Sonnenstürme und Strandungen tatsächlich verbunden waren, dachten die Wissenschaftler, dass sie Muster in der geomagnetischen Aktivität der Erde in der Zeit um ein Strandungsereignis erkennen könnten.

"Wenn wir ermitteln können, welche Bedingungen Strandungen fördern und ein Warnsystem entwickeln, das erkennt, wann diese Faktoren zusammenkommen, können sich die Verseilnetze in verschiedenen Gebieten auf das Ereignis vorbereiten und die Rettungsbemühungen vor Ort schneller erledigen", sagte Projektmitarbeiterin Katie Moore. Stellvertretender Vizepräsident für Naturschutz und Tierschutz des IFAW.

Der IFAW hat seinen Hauptsitz in Yarmouth Port, Massachusetts, und ist in 40 Ländern aktiv. Er rettet Tiere und fördert die Erhaltung, um einen sicheren Lebensraum für Wildtiere zu schaffen. In Cape Cod hat der IFAW ein robustes Notfallprogramm entwickelt, das die Überlebensrate von Verseilungen in fast 30 Jahren von 14 auf 75 Prozent erhöht hat. Der Übergang von reaktiven zu vorausschauenden Fähigkeiten würde jedoch einen völlig neuen Ansatz zur Tierrettung darstellen. Mit finanzieller Unterstützung des BOEM-Programms für Umweltstudien und des Science Innovation Fund der NASA unternahm das Team umfangreiche Data-Mining-Anstrengungen, um die ersten Schritte zur Entwicklung von Vorhersagen zu unternehmen.

Zuerst suchten sie nach Korrelationen zwischen jedem Strandungsereignis und der Weltraumwetteraussichten am Tag des Ereignisses. Dann verschoben sie die Weltraumwetterdaten um verschiedene Zeiträume - einen Tag, zwei Tage, 10 Tage und so weiter -, um zu untersuchen, ob sich die Auswirkungen der Sonnenaktivität auf die Strandungen verzögern.

Nach der Analyse aller Daten stellten die Wissenschaftler fest, dass das Weltraumwetter unabhängig von der zeitlichen Verschiebung mit jeder Strandung die gleiche statistische Beziehung aufwies - was auf keinen eindeutigen kausalen Zusammenhang zwischen der geomagnetischen Aktivität und den Cape Cod-Strandungen hindeutet.

Während die Wissenschaftler auf einen Eureka-Moment gehofft hatten, führten die Ergebnisse ihrer Analyse immer noch dazu, dass sie bedenken, dass das Weltraumwetter zwar kein Hauptantrieb für Strandungen ist, aber ein Faktor unter mehreren sein könnte. Das Aufdecken von Interaktionen und Ereignissen in biologischen Szenarien erfordert typischerweise ökologische Perspektiven; Vielleicht, so dachten sie, sei das Weltraumwetter ein notwendiger Bestandteil der größeren ökologischen Bedingungen, die zu Massenstrandereignissen führten.

"Obwohl unsere Analysen zeigten, dass geomagnetische Stürme wahrscheinlich keine Hauptursache sind, ist es sehr schwierig, wenn nicht unmöglich, einen möglichen Faktor vollständig aus dem Mix auszuschließen", sagte Pulkkinen. "Wir sind der Ansicht, dass Strandungen wahrscheinlich durch eine komplexe Kombination mehrerer Umweltfaktoren verursacht werden, weshalb wir in der Folgestudie die größtmögliche Bandbreite möglicher Parameter einbeziehen wollen."

Erweitern der Suche

Das Team tauchte tiefer in das komplexe Puzzle der Massenstrandungen ein und beschloss, seine Analyse zu erweitern und zusätzliche ozeanographische und atmosphärische Datensätze von NASAs geowissenschaftlichen Missionen, einschließlich Terra, dem Sea Viewing Wide Field-of-View-Sensor oder SeaWIFS, für Kurz- und Global Precipitation Measurement, sowie der Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES) der National Oceanic and Atmospheric Administration. Im Gegenzug erweiterte sich das Team selbst um weitere Mitarbeiter mit Expertise in der zunehmend komplexen statistischen Analyse, die das Projekt verlangte.

Die zusätzlichen Daten könnten Licht auf die wechselwirkenden Bedingungen werfen, die das Verhalten der Cetaceen beeinflussen. Zum Beispiel könnten Gezeiten, Winde und Meeresoberflächentemperaturen ihre Migrationsgewohnheiten stören, und die Farbe des Ozeans - bezogen auf den Wasser- und Partikelgehalt des Wassers - könnte Veränderungen in der Nahrungskette widerspiegeln.

"Die NASA hat Zugang zu großräumigen ozeanographischen Datensätzen, die von der Primärproduktivität bis zur Meerestemperatur, Strömungen und Wind reichen", sagte Moore. "Zum ersten Mal legen wir riesige Datenmengen übereinander, um dieses Problem zu untersuchen. Vielleicht finden wir einen" perfekten Sturm "von Bedingungen, die zu einer Strandung führen."

Um zu ermitteln, ob sie eine plausible Erklärung für eine Strandung gefunden haben, erstellen die Teamstatistiker Modelle, die versuchen, Vorhersagen innerhalb ihrer Datensätze zu treffen. Sie entfernen eine kleine Teilmenge der Daten, und wenn ihr Modell die fehlenden Teile genau reproduzieren kann, sind die Wissenschaftler möglicherweise auf dem richtigen Weg.

"Bei diesen Umwelt- und Tierbeobachtungen handelt es sich um verrauschte Daten. Wir müssen also alles, was wir finden, mit ein wenig Salz nehmen", sagte Erdem Karaköylü, ein Analyst und Ozeanograf für Goddard-Geowissenschaften, der sich dem Team während seiner Expansion anschloss. "Aber es ist auch ein reichhaltiger Datensatz. Wenn Sie viele Daten haben, ist es einfacher zu verwerfen, was nicht nützlich ist."

Während die erste Aufmerksamkeit des Teams auf Cape Cod gerichtet ist, hat ihre Forschung Auswirkungen auf das Verhindern von Strandungen auf der ganzen Welt. Laut Reeb erfordert jeder Stranding Hot Spot eine individuelle Studie, aber die Faktoren, die die Strandungen beeinflussen, können global gleich sein - wenn auch in unterschiedlichem Maße. Die aktuelle Priorität des Teams liegt außerdem darin, die Grundlagen für zukünftige Studien zu schaffen, indem Methoden zur Speicherung und Analyse mehrerer Datensätze entwickelt werden. Sie beabsichtigen, ein Open-Source-Tool zu entwickeln, das es Wissenschaftlern auf der ganzen Welt ermöglichen würde, auf ähnliche Weise zusammenzuarbeiten und Strandungen in ihrem Gebiet zu untersuchen.

Moore ist immer noch zuversichtlich, dass ihr Team eines Tages ein Vorhersagemodell haben wird, um ihre Rettungsaktionen zu unterstützen und ihnen letztendlich zu ermöglichen, mehr Tiere zu retten. In der Zwischenzeit wird das Team weiterhin die Datenschichten auf Interaktionen und Muster untersuchen, ihr Verständnis von Massenstrandungen vertiefen und einen Präzedenzfall für zukünftige interdisziplinäre Studien schaffen.

"In den vergangenen Jahrzehnten haben wir Wissenschaftler oft isoliert gearbeitet, jeder blieb bei seiner eigenen Spezialisierung und beantwortete Fragen aus ihrer Perspektive", sagte Reeb. "Diese spannende Studie bringt erstaunliche Menschen mit unterschiedlichem Fachwissen zusammen, um eine Frage zu beantworten, die auf der ganzen Linie Auswirkungen hat."

Weitere Informationen zum laufenden Projekt finden Sie unter: //spaceweathercenter.cua.edu/strandings-project.cfm

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