اکوسیستم های اقیانوسی تغییرات زیست محیطی سریعی را تجربه می کنند و در طول قرن آینده احتمالاً دستخوش تغییرات اساسی شده و به نقاط اوج در عملکرد و در نتیجه در خدماتی که به نوع بشر ارائه می دهند، می رسند. نوآوری های تکنولوژیکی و تغییر بازارها نحوه تعامل ما با محیط دریایی را تغییر داده است ^که منجر به افزایش ترافیک کشتیرانی و اندازه کشتی ها، گسترش بیشتر شیلات در فراساحل ^، اکتشاف نوظهور برای مواد معدنی در اعماق دریا، اکتشاف زیستی و استخراج هیدروکربن می شود ^.. تاب‌آوری اکوسیستم می‌تواند فشارهای ترکیبی ناشی از تغییرات آب و هوایی و فعالیت‌های انسانی را کاهش دهد، اما به وضعیت آنها بستگی دارد (به عنوان مثال، انزوا در مقابل اتصال، توزیع و تنوع، ثبات زمانی، عملکرد)، که درک ما از آن به ندرت فرا رشته‌ای است و همچنین با اختلالات مداوم مواجه می‌شود. عدم تعادل شدید بین شمال و جنوب جهانی این امر پیامدهای جدی برای اداره مؤثر اقیانوس ها دارد، به ویژه از آنجایی که تعاملات آب و هوا-اقیانوس و وضعیت اکوسیستم باید در سراسر و بین حوضه های اقیانوسی به طور یکسان ارزیابی شود. توانایی جامعه علمی برای تدوین اقدامات مبتنی بر دانش برای رسیدگی به بحران‌های آب و هوا و تنوع زیستی عمدتاً به یافتن راه‌هایی برای مقابله با نابرابری‌های جغرافیایی در دسترسی و دسترسی به زیرساخت‌ها، داده‌ها و خدمات علمی وابسته است ^.و توانایی ما برای ایجاد شبکه های انسانی قوی برای پر کردن شکاف جغرافیایی.

در اینجا ما یک “طرح کلی علمی آتلانتیک” را ارائه می دهیم که نشان می دهد چگونه می توانیم این وضعیت را تغییر دهیم. طرح ما بر اهمیت توسعه فناوری‌های نوآورانه، به اشتراک گذاشتن ظرفیت‌های انسانی و فنی (از جمله دسترسی به کشتی‌ها و تجهیزات دریایی) و ترکیب داده‌های زیست محیطی و فعالیت‌های انسانی دریایی تولید شده از منابع مختلف، از جمله صنعت و دانش بوم‌شناختی محلی تأکید می‌کند. اگر بخواهیم بین کشورها به طور مؤثر کار کنیم تا دانش را به «علم قابل عمل» و درک مرتبط با شکل‌دهی سیاست‌های اقیانوسی و رژیم‌های حکومتی در مقیاس حوضه اقیانوس تبدیل کنیم، حیاتی است.

طرح ما بر اساس مشاهدات کل اقیانوس است که توسط (1) یک ناوگان حسگر شناور مستقل با بودجه و مشارکت یک کنسرسیوم بین‌المللی (آرگو شناور)، (2) آرایه‌های نظارت اقیانوس‌شناسی فراآتلانتیک هماهنگ و (3) فناوری‌های نوآورانه مقرون‌به‌صرفه اجرا شده است. و مدل‌های اقیانوسی برای گسترش مقیاس‌های مکانی-زمانی مشاهدات و بنابراین چارچوب فیزیکی اقیانوس‌شناسی برای مطالعات اکوسیستم را فراهم می‌کند. برای غلبه بر نابرابری ها در ظرفیت تحقیق و تجهیزات، طراحی مشترک تحقیقاتی بین اقیانوس اطلس شمالی و جنوبی باید شامل دسترسی مشترک به کشتی های دریایی، داده ها، آموزش و زیرساخت های پشتیبانی باشد. این باید شامل ظرفیت سازی موثر و مشارکت گسترده تر باشد و به موازات برنامه ریزی علمی تکمیل شود. موانع ایجاد شده توسط محدودیت در ساختار بودجه، محدودیت های سفر،

ما شش اولویت را پیش می بریم (شکل  1) که شکاف های اساسی در درک ما از اقیانوس شناسی حوضه و مقیاس منطقه ای (اولویت 1) و انعطاف پذیری اکوسیستم (توزیع، اتصال، پاسخ به تغییرات آب و هوا و عوامل استرس زای متعدد؛ اولویت های 2-4) را هدف قرار می دهد. این به ما امکان می دهد هم ارزیابی یکپارچه از وضعیت و پویایی اکوسیستم ارائه دهیم و هم انعطاف پذیری در برابر تغییرات جهانی در اعماق و باز اقیانوس اطلس را درک کنیم. ما استدلال می‌کنیم که این چهار اولویت تحقیقاتی باید مبتنی بر همکاری نزدیک، توسعه ظرفیت و تعامل معنادار با سهامداران کلیدی (اولویت 6) برای اطلاع‌رسانی به اولویت‌های مدیریت، تجمیع، استانداردسازی و انتشار داده‌ها و محصولات تحقیقاتی از طریق پلتفرم‌های منطقه‌ای و جهانی باشد (اولویت 5) و با جاسازی کار در رابط علم و سیاست در سراسر (اولویت 6). بین 2019 و 2023،www.iatlantic.eu ).

شش اولویت برای اقدام برای ارزیابی اکوسیستم های اعماق و باز اقیانوس که شواهد علمی عملی مورد نیاز برای مدیریت طولانی مدت پایدار آنها را ایجاد می کند.

تصویر در اندازه کامل

اولویت 1- اقیانوس شناسی اطلس و اتصال اکوسیستم

وضعیت اکوسیستم دریایی، پویایی و پراکندگی گونه ها توسط شرایط اقیانوس شناسی هدایت می شود. در اقیانوس اطلس، بزرگترین ویژگی‌های مقیاس اقیانوس، جریان‌های باد رانده و گردش نصف النهاری اقیانوس اطلس (AMOC) هستند – نوار نقاله اقیانوس واژگون که گرما و انرژی را توزیع می‌کند و آب و هوای ما را تنظیم می‌کند. این جریان‌ها به‌طور مستقیم با اجبار و پویایی در مقیاس حوضه در مقیاس‌های زمانی بین سالانه تا دهه‌ای به هم مرتبط و کنترل ^{می‌شوند} . در حالی که تنوع بین سالی یک کاهش بالقوه انسانی درازمدت در قدرت واژگونی را می پوشاند ^، احتمالاً AMOC ضعیف ترین حالت خود را در 1600 سال گذشته تجربه می ^کند .

درک و پیش‌بینی تغییر AMOC نیازمند یک سیستم مشاهده جامع است که باید هم اقیانوس اطلس شمالی و هم جنوبی را پوشش ^دهد . علاوه بر آرایه حسگر اقیانوس شناسی RAPID-MOCHA 20 ساله در اقیانوس اطلس شمالی نیمه گرمسیری، آرایه ها در اقیانوس اطلس شمالی زیرقطبی (آرایه OSNAP 9) ^و نیمه گرمسیری اقیانوس اطلس جنوبی (آرایه های SAMOC/SAMBA ¹⁰ ) نیاز به ارتقا دارند تا اکوسیستم را در بر گیرند. اندازه گیری های فیزیکی و بیوژئوشیمیایی مرتبط با استفاده از پیش‌بینی‌های مبتنی بر اقلیم با وضوح بالا در مورد گردش اقیانوس در گذشته و آینده، با تمرکز بر وضوح‌های گردابی برای پشتیبانی از سوابق رصدی و مطالعات پراکندگی گونه‌ها، می‌توانیم 60 سال گذشته را تحت شرایط واقعی 11 شبیه‌سازی کنیم ^.، بنابراین امکان مقایسه بسیار دقیق با مشاهدات ابزاری ^5 و 12 را فراهم می کند . این مدل‌های گردش عمومی اقیانوسی شامل پیکربندی‌های مقیاس حوضه در 1/20 درجه برای پان آتلانتیک (VIKING20X ⁵ ) و منطقه فعلی آگولهاس (INALT20 ¹³ ) است. 50 سال آینده را می توان با جفت کردن مدل به یک جو فعال، به عنوان مثال شبیه سازی سناریوهای گرمایش جهانی ¹⁴ پیش بینی کرد . برای پرداختن به نقشی که گردش کل حوضه در دینامیک کشندی جریان های نزدیک به پایین ایفا می کند که محیط فیزیکی محلی است که از بنتوس های اعماق دریا پشتیبانی می کند، از خروجی VIKING20X و INALT20 برای هدایت مدل های با وضوح فوق العاده بالا استفاده می کنیم و شبیه سازی می کنیم. هیدروگرافی منطقه ای با وضوح 500 متر پیکسل.

پیش بینی ها تا سال 2070 نشان می دهد که تغییرات اقیانوس شناسی در اقیانوس اطلس چقدر پیچیده است. بیشتر توده‌های آب‌های سطحی نیمه گرمسیری افزایش دما و شوری را نشان می‌دهند، اما توده‌های آب میانی ممکن است بسته به مکان یا گرم‌تر و شورتر یا خنک‌تر و تازه‌تر شوند. به طور بحرانی، شواهدی در حال افزایش است که امواج گرمای زیرسطحی دریا در شدت و فرکانس افزایش خواهد یافت، به طوری که نیمی از مناطق هدف آتلانتیک (شکل  2 ) احتمالاً در 50 سال آینده آنها را تجربه خواهند کرد. ما باید چگونگی تکامل این ناهنجاری‌ها را مطالعه کنیم تا بتوانیم پیامدهای آنها را برای عملکرد اکوسیستم درک کنیم ^.

A iAtlantic study regions mapped alongside transatlantic oceanographic monitoring arrays and Argo float locations and the track of iAtlantic’s 2021 “iMirabilis2” research and capacity building expedition. B Images illustrating focal species, ecosystems or key processes in each region: (I) Subpolar Mid-Atlantic Ridge (MAR) open ocean ecosystem off Iceland—a humpback whale breaching offshore Iceland (Image Credit: Stefán Ragnarsson, Hafrannsóknastofnun); (II) Abyssal plain, submarine canyon and cold-water coral banks from the Rockall Trough to the Porcupine Abyssal Plain—a cold-water coral reef framework on Rockall Bank (Image Credit: J Murray Roberts, University of Edinburgh, JC073); (III) Cold-water coral and hydrothermal vent ecosystems, central Mid-Atlantic Ridge—vent mussel beds at Lucky Strike, Mid-Atlantic ridge (Image Credit: Ifremer⁹⁷; (IV) Deep-sea canyons and open-ocean ecosystems, NW Atlantic—rocky substrate of the Gully canyon supporting diverse cold-water coral and sponge epifauna (Image Credit: Fisheries and Oceans Canada); (V) Subtropical open-ocean ecosystems of the Sargasso Sea—a humpback whale migrating through clumps of Sargassum weed (Image Credit: Andrew Stevenson, Whales Bermuda); (VI) Eastern tropical North Atlantic, Cabo Verde—here Saharan dust blown offshore Mauritania/Senegal is deposited around Cabo Verde where it helps fuel primary productivity (NASA MODIS Rapid Response Team, M. Scott); (VII) Equatorial deep/open ocean fracture zones—catch from a scientific trawl in the Romanche Fracture Zone (Image Credit: André Barreto, University of the Itajaí Valley (UNIVALI)); (VIII) Continental slope, margin and cold seep ecosystems from Angola to the Congo Lobe—cold-water coral reef in the hypoxic waters off Angola (Image Credit: MARUM—Center for Marine Environmental Sciences, University of Bremen); (IX) Abyssal plains and deep-sea ridge ecosystems of the Benguela Current from the Walvis Ridge to South Africa—bathymetric image showing the Walvis Ridge, stretching SW from the coast of Namibia (Image Credit: NOAA); (X) Deep-sea continental slope, banks and cold seep ecosystems off Brazil—a submersible illuminates a deep pockmark in Santos Basin (Paulo Sumida, University of São Paulo); (XI) Vitória-Trindade Seamount Chain off Brazil—Creole fishes Paranthias furcifer and the endemic wrasse Clepticus brasiliensis on Vitória Bank (Image Credit: Hudson Pinheiro, California Academy of Sciences); (XII) Cold-water coral banks in the Malvinas Upwelling Current off Argentina—the cut surface of a sediment core collected off Argentina showing abundant fossil cold-water coral fragments. Scale bar 5 cm (Image Credit: MARUM—Center for Marine Environmental Sciences, University of Bremen).

Full size image

Hindcast and forecast modelling can be used to investigate the role of ocean circulation changes on ecosystem connectivity by exploring how marine populations stay connected through the dispersal of their passively drifting pelagic larvae or juveniles. OceanPARCELS¹⁶ combined with biologically realistic larval behaviours^17,18,19,20 can simulate the spreading of several million particles on inter-annual to decadal timescales. By further combining this modelling with genomic approaches, it is possible to quantify demographic connectivity over a species’ range and identify spatial isolates²¹ with particular emphasis on the vulnerability of regional connectivity to changing ocean circulation patterns²². In iAtlantic, this approach is applied to a subset of amphi-Atlantic species such as reef framework-forming cold-water corals, cold seep and hydrothermal vent fauna.

Priority 2—Mapping Atlantic ecosystems

Habitat maps, including mapping confidence, are key tools supporting marine spatial planning and ocean governance. Atlantic maps show major gaps for even basic parameters like depth, with a strong imbalance between the North and South Atlantic. This is critical, as ecological insights increase with observational resolution²³, especially for ecosystems with abrupt transitions (e.g. seabed cliffs, abyssal hills) that change biodiversity patterns²⁴. Since ecological patterns and processes occur across a wide range of scales there is no single optimal scale at which ecosystems should be studied²⁵ and we advocate mapping geomorphology, ecology and biology at a broad range of scales to understand the status and resilience of Atlantic ecosystems. With an area of >100 million km² and an average depth of 3600 m, this is a vast challenge in the Atlantic. The solution is a combination of increased, well-designed, nested mapping efforts, the use of ‘opportunity’ data generated by industry, and the development of innovative technologies to increase efficiency, improve accessibility and reduce costs both in data acquisition and analysis.

We divide the mapping requirements into three groups:

Basin-scale (>1000 km across): Objective approaches to marine landscape classification²⁶ using machine-learning algorithms or automated cluster analyses^27,28 are revealing the broad-scale patterns in seabed habitats while basin-scale species distribution modelling is producing basin-scale predictions of where vulnerable marine ecosystem (VME) indicator and commercially important taxa occur under current and future climate scenarios²⁹.

Regional scale (100–1000 km across): Highly integrated water column and seafloor mapping operations should combine data collection across multiple technologies and platforms. Regional predictive habitat mapping models show clear improvements in species predictions when physical oceanographic variables are included³⁰. Data from beyond the scientific community, notably from industry, needs to be integrated. Automated GIS techniques to discriminate geomorphological features, including cold-water coral reefs, can rapidly increase data processing rates³¹ and are now being applied for the first time to datasets from the South Atlantic.

Local-scale ecosystem structure through ultra-high-resolution mapping (<1–10 km across): It is now possible to conduct centimetre to metre-scale integrated mapping activities in waters >200 m deep. Acoustic surveys of seabed features, including cliffs and overhangs, carried out using ROVs and AUVs, produce 3D ultra-high-resolution bathymetric maps³² with ecological communities assessed using visual and targeted sampling. Photogrammetry using structure-from-motion techniques is increasingly applied to create 3D models of deep ecosystems^33,34 and to study species interactions using point pattern analysis³⁵.

Oceanographic observations and predictive habitat modelling allow species and biodiversity observations to be extrapolated to regional and ocean basin scales. These models can help determine survey and management priorities in the deep and open ocean³⁶ and can be linked to the biological traits³⁷ of key species to understand how important ecosystem services may be distributed over space³⁸.

Technological solutions to ecosystem mapping can be both low- and high-tech. For example, a new low-cost camera system deployed during iAtlantic to survey benthic ecosystems down to 1000 m has conducted >400 surveys on seamounts and portions of the Mid-Atlantic Ridge around the Azores covering >200 km of seabed³⁹ with deployments in the South Atlantic planned for 2023. At the high-tech end, autonomous underwater vehicles (AUV) combined with new sensors can massively increase the range of co-located observations we can make. iAtlantic recently demonstrated the technology to sample environmental DNA (“eDNA”, DNA traces left by organisms when cellular material is shed into their environment via skin, excrement, etc.) during acoustic habitat surveys using a novel Robotic Cartridge Sampling Instrument (RoCSI). AUV surveys can also return many thousands of photographs a day, far beyond human processing⁴⁰ requiring artificial intelligence approaches using deep learning to classify taxa during ecosystem assessments⁴¹ with parallel computing drastically reducing the time and costs of data processing⁴² .

با استفاده از این فناوری‌های نوآورانه، در کنار روش‌های تثبیت‌شده، می‌توان با چالش عظیم کار در سراسر اقیانوس در مقیاس حوضه، منطقه‌ای و محلی مقابله کرد.

اولویت 3- محرک های تغییر اکوسیستم و نقاط اوج

با شناسایی ریسک‌های مبتنی بر مکان و نقاط اوج، مدیران می‌توانند نظارت و اقدامات کاهشی را با افزایش احتمال تغییر اکوسیستم افزایش دهند. این امر به توسعه رصدخانه های بستر دریا کمک کرده است (مثلا EMSO، رصدخانه های چند رشته ای کف دریا و ستون آب ⁴³ اروپا ) که به ارزیابی تغییرات آب و هوایی ⁴⁴ و نظارت بر تغییرات اکوسیستم طی سال ها – دهه ⁴⁵ کمک می کند . تغییر وضعیت اکوسیستم ممکن است با سیگنال‌های هشدار اولیه ⁴⁶ از جمله کاهش زمان بازیابی بین حالت‌های مختلف، افزایش واریانس مکانی و زمانی و افزایش خود همبستگی ژنتیکی اعلام شود ^.. با این حال، فقدان نظارت و ارزیابی استاندارد، درک ما را از ثبات، انعطاف‌پذیری و نقاط اوج در اعماق و باز ^{اقیانوس محدود می‌کند} . بنابراین، ما از یک رویکرد تجربی مبتنی بر مکان برای تعیین کمیت محرک‌های تغییر اکوسیستم و جستجوی نقاط شکست با استفاده از داده‌های سری زمانی متنوع و کمتر متعارف حمایت می‌کنیم. هنگامی که با استفاده از رویکردهای آماری دقیق و استاندارد شده در این مکان ها تجزیه و تحلیل می شود، مجموعه ای از خروجی ها و روندهای هماهنگ را می توان تولید کرد تا تغییرات مهم مقیاس حوضه را که رخ داده است و بنابراین ممکن است به نقاط اوج آینده دست یابد یا خیر.

در اقیانوس اطلس، سری‌های زمانی بیولوژیکی از مجموعه داده‌های مربوط به باکتری‌ها و تولیدکنندگان اولیه تا گونه‌های شاخص VME، نهنگ‌ها، ماهی تن و کوسه‌ها را شامل می‌شود. آنها شامل سوابق شیلات، یدک‌کشی پلانکتون، بررسی‌های تکراری دوربین و داده‌های رصدخانه‌هایی از جمله EMSO-Azores، رصدخانه پایدار دشت Porcupine Abyssal (PAP-SO)، مطالعه سری زمانی آتلانتیک برمودا (BATS) و رصدخانه اقیانوس کابو ورد (CVOO) می‌شوند. در اقیانوس اطلس جنوبی کمتر از شمال سری های زمانی عمیق و باز اقیانوس وجود دارد. از آنجایی که بودجه (جدول تکمیلی  1 را ببینید ) و ظرفیت انسانی برای تغییر آن محدود است، ما برای رویکردهای جدید برای بازسازی سری‌های زمانی در اقیانوس اعماق و باز با داده‌های ضعیف بحث می‌کنیم. برنامه آتلانتیک پنج رویکرد را برای ساخت سری های زمانی در مکان هایی که بررسی های کلاسیک بوم شناختی وجود نداشت، اتخاذ کرد.

1. (1)فتوگرامتری ساختار از حرکت (SfM) برای ایجاد بازسازی‌های زمانی سه‌بعدی جوامع اعماق زمین از بررسی‌های مکرر ROV. در میدان دریچه هیدروترمال Lucky Strike در خط الراس میانی آتلانتیک، نقاط ارجاع جغرافیایی از تصاویر در مقاطع زمانی مشخص برای بازسازی کل ساختمان دریچه با استفاده از SfM ³³ تراز شده اند . تکامل ساختارهای پیچیده و تغییرات جامعه را می توان در مقیاس سانتی متری مطالعه کرد. یافته‌های اخیر پایداری قابل‌توجه جامعه دریچه‌ای را در طول 25 سال ^50 ، 51 نشان می‌دهد ، که نشان می‌دهد آن‌ها می‌توانند بیش از آنچه قبلا تصور می‌شد در برابر اختلالات معدن آسیب‌پذیر باشند.
2. (2)مدل‌های بازپس‌گیری را می‌توان برای درک پویایی جمعیت گونه‌های مهمی که در حوضه‌های اقیانوسی مهاجرت می‌کنند، اما به ندرت مشاهده می‌شوند، استفاده کرد. به عنوان مثال، تجزیه و تحلیل یک کاتالوگ علمی-شهری از تصاویر نهنگ گوژپشت ( Megaptera novaeangliae ) استاندارد شده توسط تلاش‌های نظرسنجی نشان می‌دهد که فراوانی نهنگ در آب‌های برمودا از سال 2011 به صورت خطی افزایش یافته است و از 790 نفر در سال 2016 تا 2016 تا 2016 تغییر کرده است. ^52 ، 53. این امر اهمیت برمودا را برای مهاجرت گوژپشت ها تایید می کند و ممکن است تا حدی منعکس کننده ممنوعیت کمیسیون بین المللی نهنگ (IWC) در مورد صید تجاری نهنگ در سال 1986 باشد. این ممنوعیت احتمالاً افزایش مشاهدات پستانداران دریایی در ایسلند و نوا اسکوشیا را نیز توضیح می دهد. دانش بوم‌شناختی محلی (LEK) از برمودا همچنین منجر به کار توصیف آواز نهنگ‌ها و حضور آکوستیک در برمودا ⁵⁴ شد که بحث‌هایی را در مورد حفاظت از گونه‌های سینه در آب‌های برمودا، از جمله ابزارهای مدیریت مبتنی بر منطقه (ABMTs) برانگیخت. ادغام LEK پتانسیل بالایی برای ارتقاء و استفاده در مناطق اقیانوس باز که نظارت ضعیفی دارند از جمله اقیانوس اطلس جنوبی دارد.
3. (3)هیدروآکوستیک ستون آب که از پروفیل‌های جریان داپلر آکوستیک (ADCP) به دست می‌آید، عمدتاً برای جمع‌آوری داده‌های جریان ستون آب استفاده می‌شود. اما سوابق پس پراکندگی صوتی آنها همچنین می تواند برای استخراج پروکسی های زیست توده پلانکتون در طول زمان مورد استفاده قرار ^گیرد . ADCPها باید به طور معمول در زیرساخت‌های دریایی مستقر شوند و امکان همکاری‌های صنعتی بیشتر را برای افزایش چنین سری‌های زمانی در مناطق اعماق و باز اقیانوسی باز کند.
4. (4)پراکسی‌های ژئوشیمیایی و پالئو ابزارهای مهمی برای بازسازی محرک‌های تغییر اکوسیستم فراتر از دوره‌های رصدی اکولوژیکی هستند. با استفاده از مرجان های آب سرد فسیلی، پورتیلو راموس و همکاران. برای مثال، توانستند اهمیت تغییرات در شار مواد غذایی را برای ظهور و سقوط این اکوسیستم‌ها در اقیانوس اطلس نشان دهند ^. اوبراین و همکاران ⁵⁷ از روزن داران اعماق دریا از هسته های رسوبی اقیانوس اطلس شمالی در عرض جغرافیایی میانی و زیرقطبی برای نشان دادن تغییرات قوی در اکوسیستم های اعماق دریا در 150 سال گذشته استفاده کردند، با پاسخ های اوج در مناطقی که تغییرات زیادی در گردش سطح، دما و/یا بهره وری تجربه کردند.
5. (5)DNA محیط باستانی (aDNA) از روش‌های eDNA و رمزگذاری بر روی هسته‌های رسوبی برای بازتولید تغییرات زمانی در پلانکتون‌های پلاژیک استفاده می‌کند. سلوی و همکاران با استفاده از هسته های پنج سایت در اقیانوس اطلس شمالی. ⁵⁸ شواهد واضحی از aDNA از coccolithophore همه جا حاضر Emiliania huxleyi ارائه کرد که پتانسیل این روش را نشان می‌دهد اما همچنین اهمیت به حداقل رساندن آلودگی را در طول جمع‌آوری و ذخیره‌سازی نمونه برجسته می‌کند.

همانطور که مجموعه داده‌های سری زمانی زیست‌محیطی اقیانوسی عمیق‌تر و بازتر مورد بررسی قرار می‌گیرند، یک محرک تغییر غالب است: دما. برای مثال، افزایش دما باعث گسترش زیستگاه تخم‌ریزی کاپلین به سمت شمال در اطراف ایسلند، افزایش اتصال به گرینلند (Kristinn Guðnason، منتشر نشده) می‌شود، در حالی که گونه‌های زئوپلانکتون‌هایی با شباهت به آب گرم در حال حاضر جامعه بر فراز شیب اسکاتلندی در شرق کانادا را مشخص ^{می‌کنند} . این روندها یک گذار واضح را در اواخر دهه 1990 و اوایل دهه 2000 نشان می دهد که مربوط به تغییرات شدید در فرآیندهای اقیانوس شناسی در مقیاس حوضه است (مانند AMOC، نوسان چند دهه اقیانوس اطلس و دینامیک چرخش زیر قطبی 60، ^61 ) .. چنین تغییراتی ممکن است باعث ایجاد نوساناتی مانند نوساناتی شود که در جوامع متنوع بیولوژیکی مرتبط با مرجان‌های آب سرد در غرب اسکاتلند مشاهده می‌شود که بر اساس وضعیت نوسانات اقیانوس اطلس شمالی بین شباهت‌های آب سردتر و گرم‌تر تغییر ^{می‌کنند} . در اقیانوس اطلس جنوبی، کاهش گسترده صید گونه‌های آب سردتر ماهی‌های زیرزمینی در حاشیه نصف النهار ⁶³ برزیل و گونه‌های آب سردتر از ماهیان دریایی مهاجر بزرگ در سراسر اقیانوس اطلس جنوبی نیز ممکن است به ناهنجاری‌های حرارتی مثبت مرتبط باشد، اگرچه اثرات فشار ماهیگیری نمی‌تواند تخفیف داده شده و ممکن است هم افزایی باشد.

اولویت 4- تأثیر عوامل استرس زا متعدد

علاوه بر گرم شدن اقیانوس ها، اسیدی شدن و در برخی مناطق، کاهش سطح اکسیژن، تغییر در شوری، کیفیت غذا و عرضه به داخل اقیانوس، بسیاری از اکوسیستم های اعماق دریا و پلاژیک تحت تأثیر افزایش فشار ماهیگیری قرار می گیرند و با چشم انداز اعماق دریا مواجه می شوند. استخراج معادن که توده های رسوبی را که بسیار سمی هستند ^در مناطق وسیعی ^65 و 66 توزیع می کند .

درک ما از اثرات این عوامل استرس زای متعدد بر عملکردهای اکوسیستم، مانند معدنی شدن مجدد مواد مغذی، چرخه کربن و بارش مواد معدنی، در اعماق و باز اقیانوس، محدود است و تا حد زیادی محدود به شمال شرقی اقیانوس اطلس، عمدتاً از کوه‌های دریایی و دره‌ها، یا از آزمایشات تک استرس بر روی مرجان های آب سرد مطالعات اثرات هم افزایی یا تحقیقات از اکوسیستم های دریایی عمیق و باز اقیانوس نادر است ⁶⁷ . اطلاعات بسیار کمی در مورد تأثیرات روی مراحل لاروی گونه‌های شاخص کیستون یا VME وجود دارد، اما حفظ اتصال لارو برای طول عمر و بازسازی اکوسیستم دریایی حیاتی است ^.. این امر از مدیریت قوی مبتنی بر اکوسیستم جلوگیری می کند زیرا موجودات زنده در اعماق و باز اقیانوس اطلس، مانند مرجان های آب سرد، از آسیب پذیرترین ها در برابر تغییرات آب و هوایی و بهره برداری از منابع هستند ^.

We argue for both in situ and ex situ approaches to examine the effects of different climate and anthropogenic stressors on key deep pelagic and benthic species. We will need to study larval, juvenile and adult stages to understand how multiple stressors could impact ecosystem functions and services. We will need to study experimental organisms from a wide range of depths including the mesopelagic to hadopelagic zones and in many cases wide geographic distributions, allowing us to extrapolate results to equivalent regions. In this Blueprint we propose four in situ and ex situ approaches spanning North and South Atlantic.

1. (1)In situ regional ecosystem studies across natural gradients: Natural environmental gradients provide proxies for variations in stressors under climate change⁷⁰. Both pelagic and benthic ecosystem functions must be compared across latitudinal gradients and across eutrophic to oligotrophic systems. As climate change reduces nutrient input to the upper ocean, phytoplankton assemblages should shift from fast-sinking diatoms to slow-sinking picoplankton^71,72, metabolism in the water column should increase leading to reductions in both quantity and quality of organic matter arriving at the seafloor^71,73. This will significantly impact the benthic community composition, structure and ecosystem function. Given natural variability in pelagic productivity and POC flux across the Atlantic, and the strong relationship between ecosystem processes and POC flux⁷⁴, we expect that deep-sea assemblages will be impacted differently in oligotrophic and eutrophic deep-sea basins. It will be important to assess how potential regime shifts in upper ocean ecosystems caused by global warming and overfishing (e.g. shifts from fish to squid-dominated ecosystems) are likely to alter the flux of fish vs. squid carrion to the seafloor and the response of benthic and demersal scavenger communities.

   At bathyal depths, cold-water corals create important biogenic habitats throughout the Atlantic where a deep aragonite saturation horizon (ASH) allows the dead skeletal frameworks of scleractinian corals to persist for millennia^75,76. As ocean acidification causes the ASH to shoal, vast areas of deep-sea reef habitat will be exposed to waters corrosive to these skeletons and the reefs they form^77,78. Thus, as well as addressing the implications of multiple stressors on living corals and their larvae, we argue it is also essential to assess their implications on the biogenic structures these corals form^79,80در اینجا مقایسه بین حوضه ای بین کانی شناسی مرجانی در اقیانوس آرام، با خاکستر کم عمق طبیعی آن، و اقیانوس اطلس که با مطالعات عوامل استرس زا درجا ادغام شده است، مورد نیاز است.

2. (2)مطالعات خارج از محل برای ارزیابی اثرات استرس‌زای متعدد بر روی گونه‌های کف سخت (مراحل زندگی لارو بالغ و دریایی) : مطالعاتی برای مقابله با اثرات ذرات معلق (هم از معدن‌کاری کف دریا و هم از ماهیگیری) در ترکیب با عوامل استرس‌زای تغییرات آب و هوایی ضروری است. اولین مطالعات مدل‌سازی نشان می‌دهد که ستون‌های چند فلزی استخراج سولفید عظیم کف دریا در اطراف آزور تا 6 ماه باقی می‌مانند، تا 20 کیلومتر در 800 متر از ستون آب پراکنده می‌شوند و تا 150 کیلومتر مربع را می‌پوشانند و به مناطق زیادی می‌رسند که از VME پشتیبانی ^{می‌کنند} . و فعالیت های ماهیگیری ⁶⁶. مطالعاتی برای بررسی تأثیرات روی مرجان‌های آب سرد، اسفنج‌ها، صدف‌های دریچه‌ای و لاروهای دریایی آن‌ها باید گسترش یابد و بر اساس نتایج اولیه‌ای که نشان می‌دهد قرار گرفتن در معرض زباله‌های معدن اثرات سمی شدیدی دارد که منجر به مرگ و میر قابل توجهی در هشت کورال‌های تشکیل‌دهنده زیستگاه در اعماق دریا می‌شود. ⁶⁴ . برای چنین آزمایش‌هایی، اشتراک‌گذاری تخصص در نگهداری از این موجودات و لاروهای آنها در آکواریوم‌های تحقیقاتی ضروری است.
3. (3)مطالعات خارج از محل برای ارزیابی اثرات استرس زای متعدد بر روی اکوسیستم های نرم رسوب: اگرچه اکوسیستم‌های رسوبی نرم اقیانوس پرتگاه 60 درصد از سطح زمین را پوشش می‌دهند، ما کمی از آسیب‌پذیری آن‌ها در برابر شرایط متغیر اقیانوس درک می‌کنیم. اثرات منفرد و تجمعی افزایش دما و کیفیت مواد آلی بر روی اکوسیستم‌های رسوبی نرم باید با استفاده از آزمایش‌های جوجه‌کشی در اکوسیستم‌های اوتروفیک و الیگوتروفیک ارزیابی شوند. با افزودن دیاتومه های نشاندار شده ایزوتوپی با قابلیت های مختلف (مثلاً تازه در مقابل تخریب شده) به رسوبات، تغییرات در کانی سازی کربن و ادغام کربن پلانکتون در طبقات مختلف کف دریا (میکروها، ماکروفون) را می توان اندازه گیری کرد تا ببینیم این عوامل استرس زا چگونه بر کانی سازی کربن تأثیر می گذارند. ، جداسازی و پویایی وب غذا.
4. (4)مطالعات خارج از محل ارزیابی اثرات عوامل استرس‌زای متعدد بر اکوسیستم‌های دریایی باز در اعماق اقیانوس : زیست‌شناسی اعماق پلاژیک هنوز مطالعه نشده است، با این حال این موجودات نقش مهمی در عملکرد اکوسیستم اقیانوس باز دارند. اکنون می توان با دقت از پلاژیک عمیق نمونه برداری کرد و از mesocosms برای حفظ موجودات مزوپلاژیک در طول اندازه گیری های اکوفیزیولوژیک استفاده کرد. مطالعه اثرات ترکیبی تغییرات آب و هوایی و بارگیری توده های رسوبی و استفاده از گونه های دریایی عمیق که به راحتی قابل دسترسی هستند (مانند چتر دریایی Periphylla periphylla ) در محیط های آبدره برای انجام آزمایش ها بسیار مهم خواهد بود.

اولویت 5- مدیریت و حفاظت مکانی و زمانی

اثرات اکوسیستم تغییرات آب و هوا و فعالیت های انسانی به طور مساوی در سراسر فضای دریایی توزیع نمی شود، بنابراین رویکردهای مدیریتی باید متناسب با موقعیت ها و سناریوهای صریح فضایی تنظیم شوند ^81 ، 82یعنی مدیریت منطقه محور. ابزارهای مدیریت مبتنی بر منطقه (ABMT) شامل برنامه‌ریزی فضایی دریایی (MSP)، مناطق حفاظت شده دریایی (MPAs)، از جمله شبکه‌ها، اقدامات مدیریت پویا، مناطق دریایی مدیریت شده محلی شامل مناطق بومی، اجتماعی و خصوصی و ابزارهای بخشی مانند بسته شدن برخی از مناطق است. مناطق آسیب پذیر به ماهیگیری، کشتیرانی یا معدن. بسته به اهداف مدیریت اکولوژیکی، اجتماعی-اقتصادی یا فرهنگی، انواع مختلفی از ABMT و مقررات سختگیرانه ممکن است به کار گرفته شوند. به عنوان مثال، MPAها ممکن است از ذخایر دریایی کاملاً محافظت شده تا مناطقی که در آنها استفاده سازگار با اهداف MPA مجاز است، متغیر باشد.

علاوه بر اطلاعات پایه مناسب، اجرای موفقیت آمیز یک ABMT به شناسایی و درک صحیح ذینفعان مختلف، عملکردها، انتظارات و علایق آنها بستگی ^دارد . ABMT باید با مشارکت کامل و باز همه ذینفعان از جمله جوامع محلی، با بکارگیری تکنیک های مناسب برای هماهنگی و همکاری گروهی چند کنشگر توسعه یابد ^84 ، 85 .

برنامه ریزی سیستماتیک حفاظت (SCP)، یا فرآیندهای مشابه، اغلب برای پشتیبانی از توسعه شفاف و مبتنی بر داده ABMT ها استفاده می شود. SCP چارچوبی را برای کمک به برآورده کردن ارزش های اجتماعی و حمایت از ایجاد مشارکت موثر ذینفعان فراهم می کند ⁸⁶ . تلاش‌های قبلی با استفاده از SCP، مزایای یک رویکرد سیستماتیک برای برنامه‌ریزی و مدیریت بین بخشی را نشان داده است. ^{87 ، 88 ، 89} . بان و همکاران ⁹⁰ مزایای کلیدی برنامه ریزی سیستماتیک را در رابطه با رویکردهای خاص بخش یا موردی، از جمله شفافیت، فراگیر بودن، یکپارچگی و کارایی توصیف می کند. اخیراً Combes و همکاران. ⁹¹از این رویکرد برای شناسایی مناطق با اولویت بالقوه برای حفاظت در سراسر اقیانوس اطلس شمالی و ون دندرن و همکاران استفاده کردند. ⁹² یک رویکرد مبتنی بر داده را برای ارائه گزینه های مدیریتی برای محافظت از VME ها توسعه داد.

SCP نیازمند شناسایی اهداف و مقاصد مدیریتی و حفاظتی در کنار داده های فعالیت های زیست محیطی و انسانی است. ابزارهای پیشرفته سیستم اطلاعات جغرافیایی مبتنی بر وب (به عنوان مثال GeoNode) می توانند از این فرآیند پشتیبانی کنند و به داده های مناطق مورد علاقه، از جمله مناطق حفاظت شده و مناطقی که ممکن است در آینده به صورت تجاری مورد بهره برداری قرار گیرند، اجازه ذخیره و تجسم را می دهند. پروژه iAtlantic یک GeoNode اقیانوس اطلس ( www.geonode.iatlantic.eu ) را توسعه داد و یک سایت جامعه داده تمام اقیانوس اطلس را در پورتال GEOSS ( www.geoportal.org) راه اندازی کرد.). GeoNode offers all stakeholders an interface to explore and view geospatial data, without requiring technical expertise or providing full access to the original data, facilitating data sharing and communication of management options whilst respecting commercial sensitivities or academic embargos. The ultimate goal is to produce transparent ocean basin scale management scenarios for the whole Atlantic based on FAIR (Findable, Accessible, Interoperable, Reusable) and Open Data practices. Robust data sharing and dissemination channels, such as the GEOSS portal, connect local, regional and global data infrastructures and services e.g. the South African Environmental Observation Network (SAEON⁹³), PANGAEA, and the European Marine Observation and Data network (EMODnet⁹⁴), aligning Northern and Southern data providers and services along mutually agreed standards.

Priority 6—Capacity building, policy, stakeholder engagement and outreach

There are many international initiatives, directives and agreements to tackle issues threatening the health of ocean ecosystems (see Supplementary Note 1). Here we summarise the relevance of our Blueprint to the UN Sustainable Development Goals notably SDG14—Life Below Water—which aims to “conserve and sustainably use the oceans, seas and marine resources”, and SDG17 to “strengthen the means of implementation and revitalise the Global Partnership for Sustainable Development”. SDG14 calls for an increase in scientific knowledge, research capacity and marine technology transfer to improve ocean health and to enhance the contribution of marine biodiversity to economic development, particularly in developing nations. Our Blueprint is centred around international partnership, recognising that sharing knowledge, expertise, technology and funding while encouraging and promoting public, public–private and civil society partnerships is vital. In particular such partnerships must leverage data collection and acquisition in the South Atlantic, supported and enabled by appropriate capacity development and research infrastructure investment for local science communities and networks⁹⁵ .

بنابراین اولویت بندی توسعه ظرفیت های انسانی و فنی ضروری است. ظرفیت سازی و انتقال فناوری ستون های کلیدی مذاکرات پیمان تنوع زیستی فراتر از صلاحیت ملی سازمان ملل است و بخشی جدایی ناپذیر از SDGs است. نهادهای منطقه‌ای و بخشی به منظور مدیریت بهتر فعالیت‌های مربوطه و انجام وظایف خود، نیاز فوری به اطلاعات جدید تولید شده توسط برنامه‌های تحقیقات علمی دارند. این امر به ویژه با توجه به اینکه اقیانوس اطلس یک اقیانوس به سرعت در حال تغییر و پویا است، اهمیت دارد. ظرفیت سازی همچنین در بیانیه بلم در مورد همکاری تحقیقاتی و نوآوری اقیانوس اطلس و چارچوب جنوب-جنوب برای همکاری علمی و فنی در اقیانوس اطلس جنوبی و گرمسیری و اقیانوس اطلس 96 ضمنی است ^.. از طریق این دستور «تمام اقیانوس اطلس»، بودجه تحقیقاتی اتحادیه اروپا می تواند برای کار در آتلانتیک جنوبی پرداخت کند، و به رفع نابرابری هایی که در غیر این صورت مانع مشارکت معنادار بین کارگران در شمال و جنوب جهانی می شود، کمک می کند. این امر به ویژه با توجه به هزینه های مالی قابل توجه کار در اقیانوس های اعماق و باز (جدول تکمیلی  1 ) مهم است، جایی که یک سفر 30 روزه و کار بعدی بین 800 هزار یورو تا 1.7 میلیون یورو است و یک برنامه 4 ساله مانند آتلانتیک 30 یورو هزینه دارد. -40 میلیون با احتساب تمام هزینه های سفر دریایی. این هزینه ها باید زمانی در نظر گرفته شوند که برنامه های سیاستی مبتنی بر علم برای مدیریت تنوع زیستی در مناطق خارج از صلاحیت ملی در حال توسعه هستند.

نرخ‌های بی‌سابقه تغییرات جهانی و رشد سریع فعالیت‌های انسانی، اکوسیستم‌های اقیانوسی را تغییر می‌دهند که از مرزهای قضایی فراتر می‌روند و به روش‌های پیچیده در فضا و زمان متفاوت هستند. چالش های مدیریت پایدار در مقیاس حوضه اقیانوسی گسترده است و با توزیع نابرابر ظرفیت های انسانی و فنی بین شمال و جنوب جهانی مانع می شود.

ما وارد دورانی می شویم که جوامع علمی و سیاست بین المللی می توانند همکاری های قوی و عملی مورد نیاز برای مقابله با این چالش ها را ایجاد کنند. ما حوزه‌های اولویت‌دار را برای کمک به بهبود درک خود از اقیانوس‌شناسی و وضعیت اکوسیستم در اعماق و اقیانوس باز ترسیم کرده‌ایم و نشان می‌دهیم که چگونه توانمندسازی جوامع محلی در مرز اقیانوس اطلس از طریق اشتراک ظرفیت‌های انسانی و فنی می‌تواند به توسعه این رویکرد در سطح جهانی کمک کند. توسعه فناوری‌های مقرون‌به‌صرفه و ایجاد روابط قابل اعتماد با شرکای صنعتی می‌تواند به دموکراتیک کردن دستیابی و دسترسی به داده‌های دریایی کمک کند. به طور مشابه، پیشرفت‌های اخیر در محاسبات و تجزیه و تحلیل داده‌ها به ما اجازه می‌دهد تا سری‌های زمانی حیاتی را توسعه دهیم و به ما امکان می‌دهد محرک‌های تغییر اکوسیستم و نقاط اوج را کشف کنیم.

در سرتاسر، Blueprint ما بر اهمیت داده‌های با کیفیت بالا، منبع باز و قابل همکاری در حمایت از برنامه‌ریزی سیستماتیک حفاظت و مدیریت فضایی در مقیاس حوضه اقیانوس تأکید می‌کند. به ویژه، ما خواستار ایجاد ظرفیت و شبکه هدفمند برای حمایت از تحقیقات فراگیر، بین رشته ای و بین المللی هستیم. در نهایت، ما استدلال می کنیم که اقیانوس اطلس و جامعه علمی-سیاست آن بستر آزمایشی ایده آلی را برای همکاری بین المللی فراهم می کند که فراتر از کلیات به اقدامات خاصی که برای دستیابی به توسعه پایدار در اعماق و اقیانوس باز نیاز داریم، حرکت می کند.