غنای گونه ای و ویژگی های آب های جاری در سراسر جهان چگونه به هم مرتبط هستند؟ این سوال توسط تیمی به سرپرستی سامی دومیش در موسسه Leibniz-Für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) در آلمان مطرح شده است.

برای کمک به پاسخ به این سوال، محققان نقشه‌ای با بالاترین وضوح از سیستم‌های رودخانه‌ای جهان که تاکنون تولید شده است، تهیه کرده‌اند. این نقشه مبنایی را برای تجزیه و تحلیل دقیق از ویژگی‌های زیستگاه‌های رودخانه‌ای و نحوه ارتباط آنها فراهم می‌کند.

رودخانه‌ها راه نجات تمام خشکی‌های روی زمین هستند. این همچنین در نقشه ای که سامی دومیش با همکاری سایر محققان از IGB و دانشگاه ییل تهیه کرده است قابل مشاهده است: شبکه ای با شاخه های ظریف از بخش های بالقوه رودخانه در تمام قاره ها امتداد دارد. این نقشه بر اساس مجموعه داده های “Hydrography90m” است که محققان دو سال و نیم صرف ساخت آن بر روی یک ابر رایانه در دانشگاه ایالات متحده کردند.

نقشه برداری دقیق

البته این نقشه در نوع خود اولین نیست. رودخانه ها و توزیع آنها در سراسر جهان در حال حاضر در مدل های متعدد نشان داده شده است. همه این نقشه ها بر اساس داده های ماهواره ای از نقش برجسته های توپوگرافی است: هر جا شکاف هایی در چشم انداز با ویژگی های خاص وجود داشته باشد، به طور بالقوه یک جریان آب نیز وجود خواهد داشت. و با این حال، هیچ مجموعه داده دیگری به اندازه Hydrography90m دقیق نیست.

سامی دومیش گفت: “ما یک مدل ارتفاعی با وضوح بالا از زمین گرفتیم و از نرم افزار منبع باز برای استخراج شبکه رودخانه از آن استفاده کردیم. برخلاف سایر مجموعه های داده قبلی، Hydrography90m همچنین بازوهای کوتاه و بسیار کوتاه آب های جاری را نقشه برداری می کند.” سطح دقت در نام است: کوتاه ترین واحد 90 متر طول دارد. از آنجایی که رودخانه های کوچک بیشترین سهم شبکه رودخانه های جهانی را به خود اختصاص می دهند (حدود 70%)، نقش مهمی در تنوع زیستی رودخانه ایفا می کنند.

مدل سازی دبی رودخانه ها

مجموعه داده ها در مجموع 726 میلیون بخش رودخانه بالقوه را شامل می شود. اصطلاح «پتانسیل» در این زمینه بسیار مهم است: سامی دومیش گفت: «در ابتدا، ما نمی‌دانیم رودخانه‌ها واقعاً کجا جریان دارند. دانشمند و تیمش در حال حاضر در حال مدل‌سازی دبی‌ها برای شناسایی رودخانه‌هایی هستند که در واقع آب را حمل می‌کنند – چه در طول سال یا به صورت متناوب.

برای انجام این کار، آنها از داده‌های 30000 ایستگاه سنجش در سراسر جهان استفاده می‌کنند که در آن‌ها مقادیری آب در بخش‌های تعریف‌شده رودخانه برای سال‌ها جمع‌آوری شده است. علاوه بر این، محققان به داده های جامع در مورد طیف گسترده ای از پارامترهای محیطی مانند بارش، دما، کاربری زمین، ویژگی های خاک و شیب دسترسی دارند. در مدل، این پارامترها مربوط به مقادیر آب اندازه گیری شده در هر مورد است.

جوزپه آماتولی، نویسنده اصلی این مطالعه، گفت: “در این رابطه، ما با یادگیری ماشین کار می کنیم. این بدان معناست که با هر مجموعه داده جدید، مدل ما در تشخیص اینکه کدام متغیرهای پارامتر مربوط به حجم آب است، بهتر و بهتر می شود.” اگر مدل کار کند، می‌توان آن را در تمام بخش‌های رودخانه در سراسر جهان اعمال کرد، حتی اگر ایستگاه سنجش نداشته باشند: در این حالت، مدل دبی احتمالی، یعنی مقدار آب رودخانه برای کل منطقه را از روی پارامترهای محیطی موجود محاسبه می‌کند.

اعتبارسنجی مدل

برای اعتبارسنجی مدل، محققان ابتدا آن را با 70 درصد از مجموعه داده‌های کمیت آب موجود تغذیه می‌کنند. پس از آموزش به این روش، مدل وظیفه تعیین مقادیر مناسب آب از پارامترهای محیطی 30 درصد باقیمانده را دارد. اگر این مقادیر به اندازه کافی با مقادیر اندازه گیری شده واقعی مطابقت داشته باشند، مدل به درستی عمل می کند – در غیر این صورت، مدل می تواند بهبود یابد.

با این حال، انحرافات سیستماتیک مدل همچنین می تواند به این معنی باشد که پارامترهای خاصی وجود دارد – که محققان هیچ داده ای برای آنها ندارند – که نقش مهمی دارند، یکی برداشت آب توسط انسان است. سپس مدل تطبیقی ​​می‌تواند برای تعیین دبی تمام بخش‌های رودخانه در سراسر جهان استفاده شود.

سامی دومیش گفت: «به‌ویژه در مناطق خشک، این احتمال وجود دارد که رودخانه‌های حاوی آب به میزان قابل توجهی کمتر از آنچه مجموعه داده‌های ما نشان می‌دهد وجود داشته باشد. این فرض همچنین توسط یک مطالعه انجام شده توسط نویسندگانی که از مجموعه داده‌های HydroRIVERS با جزئیات کمتر استفاده کردند، پشتیبانی می‌شود. آنها تخمین زدند که تنها حدود 60 درصد از رودخانه های جهان به طور متناوب یا در طول سال آب را حمل می کنند.

این مدل به سوالات کلیدی پاسخ می دهد: رودخانه هایی که به طور دائم یا موقت آب را حمل می کنند چقدر طول می کشند؟ کجا تراکم جریان زیاد یا کم وجود دارد؟ و این چه تاثیری بر تنوع زیستی دارد؟ همچنین می توان در مورد سؤالاتی از این قبیل اظهارات مفصل داد زیرا Hydrography90m حوضه های آبریز بخش های رودخانه را در مقیاس بسیار کوچک ثبت می کند.

از آنجایی که داده های زیست محیطی در حال حاضر برای هر یک از این حوضه های 5 هکتاری موجود است، این داده ها می توانند برای توصیف وجود جوامع گونه ای استفاده شوند، به عنوان مثال، کدام داده های آب و هوایی یا شیب ها با آن جوامع مرتبط است. به عنوان مثال، مناطق مختلف جهان دارای آب و هوای مدیترانه ای هستند – نه تنها حوزه مدیترانه، بلکه برخی از بخش های ساحل غربی ایالات متحده نیز.

فقط شروع

تجزیه و تحلیل ترکیب گونه‌ها در آنجا محققان را قادر می‌سازد تا در مورد جغرافیای زیستی این زیستگاه‌ها نتیجه‌گیری کنند، یعنی اینکه کدام یک از اثرات زیست‌محیطی به وجود گونه‌های خاص کمک می‌کند. و این تازه شروع آن است:

سامی دومیش می‌گوید: «وقتی بدانیم چقدر آب در کجا جریان دارد، می‌توانیم تجزیه و تحلیل دقیقی از زیستگاه‌های رودخانه‌ای در سراسر جهان انجام دهیم، تا کوچک‌ترین بازوی رودخانه». حتی در نقاطی از جهان که عملاً برای انسان غیرقابل دسترس است.

تحقیقات خلاصه شده در اینجا در Earth System Science Data منتشر شده است

به دنبال راهنمای سفر با خطرات طبیعی شبح وار در این هالووین هستید؟ شما جای درست آمده اید!

اگرچه بسیاری از مردم به دلیل سواحل درخشان، مسیرهای پیاده روی دیدنی و مناظر چشمگیر از ساحل غربی دیدن می کنند، اما این ساحل میزبان برخی از شگفتی های بد در قالب خطرات طبیعی متنوع است.

برای کمک به اینکه در این هالووین به جای ترسیدن احساس آمادگی کنید، در اینجا راهنمای هفت خطر طبیعی همراه با اطلاعاتی در مورد اینکه چگونه USGS با همکاری آژانس‌های شریک، علمی را برای کمک به شما در ایمن ماندن ارائه می‌کند، آورده شده است.

آتشفشان ها

این خطرات شیطانی می توانند درست جلوی چشمان ما پنهان شوند. یک ماموت به ظاهر زیبا در حال خواب به یک هیولای خطرناک غیرقابل کنترل تغییر شکل می دهد، زمین را تکان می دهد و آتش و خاکستر را به بیرون پرتاب می کند

خبر خوب: آتشفشان ها معمولاً برای بیدار شدن زمان می برد. دانشمندان می توانند اولین سیگنال های ناآرامی های آتشفشانی را شناسایی کنند تا به جوامع در معرض خطر هشدار دهند و زمانی را برای مقامات فراهم کنند تا طرح های واکنش اضطراری و اقدامات کاهشی را فعال کنند که می تواند جان انسان ها را نجات دهد و از اموال محافظت کند.

زمین لرزه (زلزله)

چه چیزی می تواند ترسناک تر از این باشد که بدانیم زمینی که روی آن ایستاده ایم می تواند هر لحظه حرکتی ناگهانی ایجاد کند؟

زلزله می تواند لوسترها را تکان دهد و مبلمان را جابجا کند. با این حال، آنها توسط نیروهای ماوراء طبیعی کنترل نمی شوند. بلکه زلزله در اثر لغزش ناگهانی روی یک گسل ایجاد می شود. صفحات تکتونیکی همیشه به آرامی در حال حرکت هستند اما ممکن است به دلیل اصطکاک در لبه های خود گیر کنند. هنگامی که تنش روی لبه بر اصطکاک غلبه می کند، زلزله انرژی را در امواجی آزاد می کند که در پوسته زمین حرکت می کنند و باعث لرزش ما می شوند.

برای کمک به آمادگی برای لرزش، می‌توانید با سیستم هشدار زودهنگام زلزله ShakeAlert که با برنامه‌ها و سیستم‌های تلفن همکاری می‌کند تا هشداری مبنی بر وقوع زلزله و نزدیک بودن لرزش به شما ارسال کند. صرف نظر از اینکه هشدار دریافت می کنید، لحظه ای که شروع به احساس لرزش زمین می کنید، می توانید یک اقدام محافظتی مانند رها کردن، پوشاندن و نگه داشتن آن انجام دهید! برای کمک به محافظت از خود در برابر اشیاء نزدیک که ممکن است به شما برخورد کنند. و چه کسی می‌داند، وقتی زیر میز هستید، یک پا را گرفته و سرتان را می‌پوشانید، ممکن است عنکبوت پا درازی را ببینید که تار مفصلی می‌بافد.

سونامی

نصیحت: اگر غول دیدی فرار کن! اما برای غلبه بر یک وحشت ساحل غربی، یعنی سونامی، به بیش از سرعت نیاز است. امواج سونامی می توانند در عرض چند دقیقه زمانی که توسط یک منبع محلی ایجاد می شوند و یا در عرض چند ساعت زمانی که توسط یک زلزله دور در سراسر اقیانوس ایجاد می شوند. بهترین راه برای فرار از این موجود له کننده این است که به مکان های بالاتر بروید.

بسیاری از جوامع ساحلی ایالات متحده توسط سونامی تهدید می شود و بلایای اخیر در سایر نقاط جهان نشان داده است که این امواج چقدر می توانند مخرب باشند. تحقیقات خطرات سونامی و سونامی USGS از مدیران اورژانس محلی و ایالتی در تلاش‌هایشان برای آماده‌سازی جوامع و کاهش اثرات بالقوه سونامی‌های آینده با مطالعه چگونگی و محل شکل‌گیری سونامی، فراوانی و اندازه سونامی‌های گذشته و چگونگی جوامع ساحلی حمایت می‌کند. در برابر خطرات سونامی آسیب پذیر است. USGS سونامی های اخیر، تاریخی و ماقبل تاریخ را برای درک بهتر تأثیرات، فرآیندها و علل مطالعه می کند.

آتش سوزی

ابرهای خاکستری تیره از دود را در بالای شعله های نئونی تصور کنید که توسط باد خشک و ترقه زنی ایجاد می شود. اگرچه به نظر می رسد آن صحنه از یک فیلم ترسناک برداشته شده است، اما در واقع واقعیتی است که اکنون بسیاری از مردم در سراسر کشور، به ویژه در غرب با آن روبرو هستند.

گرمای شدید و خشکسالی های طولانی تر از حد معمول باعث آتش سوزی های شدیدتر می شود. آتش‌سوزی‌ها نه تنها بر زندگی، خانه‌ها و معیشت مردم تأثیر می‌گذارند، بلکه می‌توانند اکوسیستم‌ها را از مزارع پر جنب و جوش پر از درختچه‌ها و درختان سبز به گورستانی از اسکلت‌های گیاهان زخمی تغییر دهند.

دانشمندان USGS در حال مطالعه این دگرگونی‌های اکوسیستم از آسمان و زمین برای درک بهتر علت، عواقب و مزایای آتش‌سوزی جنگلی برای کمک به پیشگیری و مدیریت رویدادهای بزرگتر و فاجعه‌بار هستند.

رانش زمین

این وحشت مکار، یکی از رایج‌ترین و مخرب‌ترین مخاطرات طبیعی در شمال غربی اقیانوس آرام، در تمام 50 ایالت و قلمرو ایالات متحده رخ می‌دهد، خسارتی بین 1 تا 2 میلیارد دلار به بار می‌آورد و به طور متوسط سالانه 25 قربانی را به دنبال دارد. نام های زیادی از جمله جریان زباله، جریان زمین، ریزش سنگ، جریان گل و لای، لغزش گل، لغزش و ریزش وجود دارد، اما مهم نیست که آنها را چه می نامید، رانش زمین می تواند هالووین شما را تحت الشعاع قرار دهد.

گسترش توسعه‌های شهری و تفریحی به مناطق دامنه تپه منجر به ایجاد جمعیت بیشتری می‌شود که هر ساله در معرض خطر رانش زمین قرار می‌گیرند. دانشمندان USGS این پدیده های لغزنده را مطالعه می کنند تا به جوامع کمک کنند ایمن بمانند. زمین لغزش معمولاً در ارتباط با سایر بلایای طبیعی بزرگ مانند زلزله، آتشفشانها، آتش‌سوزی‌ها و سیل‌ها رخ می‌دهد، اما عوامل مؤثر دیگری از جمله فرسایش رودخانه‌ها، یخچال‌های طبیعی یا امواج اقیانوس وجود دارد.

سیل

در اقدامی شایسته پوزئیدون عرفانی و قدرتمند، رودخانه های جوی می توانند با رها کردن مقدار زیادی آب، ویران کنند. اگرچه خدای یونانی آب مسئولیت این رویداد شدید آب و هوایی و سیل و رانش زمین را بر عهده نگرفته است، اما احتمالاً او را شگفت زده می کند که چگونه رودخانه های طولانی و باریک جوی می توانند به سواحل غربی اکثر قاره ها و خشکی ها برخورد کنند.

از آنجایی که تغییرات آب و هوایی (به خودی خود یک پدیده شبح آور) باعث رویدادهای آب و هوایی مکرر و شدیدتر مانند طوفان های شدید می شود، ما باید تأثیرات رودخانه های جوی قبلی را مطالعه کرده و از این اطلاعات برای اطلاع رسانی استراتژی های مدیریت سیل در آینده استفاده کنیم. USGS و شرکای آن “ARkStorm” را ایجاد کردند، یک سناریوی فاجعه طوفان در کالیفرنیا که اثرات بالقوه فیزیکی، اجتماعی و اقتصادی ناشی از طوفان‌های شدید را که می‌تواند با سیل و رانش زمین به دنبال داشته باشد را نشان می‌دهد.

طوفان ها، گردبادها و طوفان های موسمی

این هالووین از دانشمندان دیوانه ای که هیولاها را در آزمایشگاه خلق می کنند نترسید. در عوض، به دانشمندان USGS اعتماد کنید تا به شما هشدار و توصیه هایی در مورد چگونگی ایمن ماندن در برابر برخی از خطرناک ترین خطرات طبیعت ارائه کنند. اگرچه طوفان‌ها و طوفان‌های استوایی بزرگ‌ترین تهدید آب‌وهوایی برای فلوریدا کیز و آب‌های ساحلی آن به شمار می‌روند، ساحل غربی نسبت به آن حساس است: طوفان استوایی، که می‌تواند درختان و خانه‌ها را پاره کند و باعث ویرانی گسترده برای جوامع شود.

USGS علم و اطلاعات جامعی را ارائه می دهد که تصمیم گیرندگان، پاسخ دهندگان اضطراری، مدیران منابع و جوامع می توانند برای کمک به آنها در برابر طوفان ها استفاده کنند.

آیا محدودیتی برای تنوع زیستی جهانی در اقیانوس های ما وجود دارد؟ این سوال بحث‌برانگیز دهه‌ها بحث‌هایی را در اکولوژی تکاملی برانگیخته است. مطالعات قبلی بیشتر بر روی منحنی‌های تنوع فسیلی جهانی برای روشن کردن این سوال تکیه کرده‌اند، اما این روش دارای محدودیت‌های متعددی است، زیرا تنوع متغیر قابل‌توجهی را در میان مناطق جغرافیایی یا سوگیری‌های سوابق فسیلی در نظر نمی‌گیرد. در این مطالعه، نویسندگان مدل‌های لجستیکی و نمایی منطقه‌ای تنوع را به یک مدل جهانی از جغرافیای دیرینه و حرکت صفحه، برای بازسازی پویایی تنوع جهانی در طول فانروزوییک، همراه کردند. این روش‌های پیچیده و فراگیر شامل زمان تکاملی در مناطق هستند.

مدل دیرینه جغرافیایی مورد استفاده در اینجا، مدل‌های موجود را از آثار قبلی که مجموعه داده‌های بازسازی جهانی را منتشر کرده بودند، ادغام می‌کند (به منابع انتشار مراجعه کنید). این بازسازی‌های دیرینه‌جغرافیایی برای توصیف و ارائه پالئوتوپوگرافی و دیرینه‌ابهیمتری زمین برای یک سری برش‌های زمانی از 541 میلیون سال پیش تا امروز مورد استفاده قرار گرفتند (شکل). مدل‌های متنوع‌سازی شامل انقراض‌های عظیمی بود که از منحنی‌های تنوع فسیلی تولید شده توسط کارهای قبلی استخراج شده بود. شرایط Palaeoenvironmental دمای آب دریا و تولید کربن آلی صادراتی با استفاده از مدل سیستم زمین، cGENIE41، برای بازه زمانی مشابه بازسازی‌های مدل Palaeogeographical شبیه‌سازی شد.

دو مدل تنوع منطقه ای تنوع برای توصیف پویایی تنوع منطقه ای در طول زمان استفاده شد. تنوع منطقه ای به شبکه های مدل دیرینه جغرافیایی برای محاسبه تنوع جهانی در هر مرحله زمانی درون یابی شد. بازسازی‌های حاصل از اقیانوس‌های فانوزوئیک (شکل)، توالی‌های توزیع فضایی تنوع جانوران دریایی را به‌عنوان تعداد جنس در هر منطقه، برای هر یک از شش دوره زمانی (از a – f) نشان می‌دهد: کامبرین، اردویسین پسین، دونین اولیه، پسین کربونیفر، کرتاسه پسین و امروزی به ترتیب.

عملکرد مدل در بازسازی توزیع های فضایی تنوع بی مهرگان دریایی با مقایسه نتایج مدل لجستیک کالیبره شده امروزی (بنابراین 0 میلیون سال پیش)، با مشاهدات سخت پوستان و نرم تنان (دو مورد از مرتبط ترین گروه های دریایی) مورد ارزیابی قرار گرفت. بی مهرگان)، استخراج شده از سیستم اطلاعات تنوع زیستی اقیانوس (OBIS). نقشه تنوع تولید شده مدل شباهت های قابل توجهی را با توزیع های تنوع مشاهده شده (سوابق وقوع) از OBIS، در امتداد حاشیه های قاره ای نشان می دهد (شکل g-h).

تفاوت های اصلی بین تنوع تولید شده و سوابق وقوع مدل از OBIS، در مناطق اطراف استرالیا و نیوزلند رخ می دهد، جایی که مدل تنوع را دست کم می گیرد. یک دلیل احتمالی برای تفاوت های جزئی بین مدل و داده های OBIS، ممکن است به دلیل محدودیت های پایگاه داده باشد. آنچه که مدل کاربردی و داده‌های OBIS به طور مشابه نشان می‌دهند، کاهش تنوع از استوا به سمت قطب‌های شمال و جنوب است (شکل i-j)، با تنوع بالا در اقیانوس آرام هند-غرب، اقیانوس اطلس کارائیب- اقیانوس آرام شرقی و مدیترانه.

نتایج مدل‌های تنوع بیشتر نشان می‌دهد که تنوع بی‌مهرگان دریایی در طول تاریخ تکاملی، به استثنای نقاط داغ تنوع، زیر اشباع زیست‌محیطی باقی مانده است. نویسندگان دریافتند که مدل تولید شده آن‌ها می‌تواند افزایش تنوع را بدون نوآوری‌های تکاملی (مانند انقلاب دریایی مزوزوئیک) بازتولید کند، که منجر به یک فرضیه جدید پیشنهادی، «فرضیه نقاط داغ تنوع» می‌شود، که بر اساس چگونگی تاریخ محیطی و تکامل دیرینه‌جغرافیایی است. زمین امکان توسعه نقاط مهم تنوع را فراهم کرد.