Basin sill depth and episodic flushing influence bathypelagic nekton communities and goose-beaked whale foraging in the Southern California Bight

Resumo Técnico: A Profundidade da Soleira da Bacia e o Fluxo Episódico Influenciam as Comunidades de Necton Batipelágicos e o Forrageamento de Baleias-nariz-de-ganso no Sul da Califórnia

Definição do Problema
O Sul da Califórnia (SCB) contém um mosaico complexo de bacias submarinas onde comunidades de necton batipelágicos (>1000 m) e predadores de mergulho profundo, especificamente as baleias-nariz-de-ganso (Ziphius cavirostris), interagem. Embora os motores físicos da variabilidade da camada superficial do oceano estejam bem documentados, os mecanismos que moldam a distribuição espaço-temporal do necton de nível trófico médio e sua disponibilidade para predadores permanecem pouco compreendidos. Especificamente, não está claro como a variabilidade hidrográfica em escala de bacia — impulsionada pela profundidade das soleiras, troca de massas de água e eventos de fluxo episódicos — estrutura os agrupamentos de necton e influencia o sucesso de forrageamento de predadores neste ambiente profundo e heterogêneo.

Metodologia
O estudo utilizou um conjunto de dados de monitoramento multianual e multi-instrumental coletado em três locais distintos no SCB (2017–2023) para resolver a variabilidade espaço-temporal de escala fina (horas a estações) na composição das massas de água, distribuição de necton e presença de predadores.

• Locais de Estudo: Três locais foram selecionados para representar regimes batimétricos e hidrográficos contrastantes:
  • Site W (Bacia de Santa Cruz): Profunda, exposta a condições de oceano aberto com soleiras profundas que facilitam a troca.
  • Site E (Bacia de Tanner): Profundidades de soleira moderadas com troca intermediária.
  • Site H (Bacia de San Nicolas): Uma bacia em forma de tigela com soleiras rasas que restringem a troca de águas profundas.
• Instrumentação:
  • Hidrografia: Sensores MicroCAT (SBE 37 ODO) mediram temperatura conservativa ($\Theta$), salinidade absoluta ($S_A$) e oxigênio dissolvido (DO) em intervalos de ~15 minutos.
  • Retroespalhamento de Necton: Ecossonadores WBAT (Transceiver Autônomo de Banda Larga) de 70 kHz mediram o retroespalhamento acústico ($s_A$) e a força do alvo (TS) individual para estimar a densidade de presas e a distribuição de tamanho.
  • Presença de Predadores: Hidrofones registraram cliques de ecolocalização de Z. cavirostris.
  • DNA ambiental (eDNA): Coletas de CTD coletaram amostras de água (500 m até próximo ao fundo) para análise de eDNA de cefalópodes para resolver a composição taxonômica.
• Abordagens Analíticas:
  • Análise de Parâmetros Ótimos (OMP): Utilizada para estimar as contribuições fracionárias de massas de água (NPIW, AAIW, UCDW) com base em $\Theta$ e $S_A$.
  • Análise Espectral: Identificou periodicidades nos dados hidrográficos e de retroespalhamento (escalas de maré a sazonais).
  • Modelos Aditivos Generalizados (GAMs): Avaliaram as relações entre preditores ambientais (densidade $\sigma_0$, DO) e o retroespalhamento de necton.
  • Identificação de Eventos de Fluxo: Definido como reduções rápidas em $\Theta$ ($\le -0,1^\circ$C em 6 h) concomitantes com aumentos em $S_A$ e DO.

Principais Resultados

1. Diferenciação Hidrográfica: Apesar de intervalos estreitos em temperatura (<0,67°C) e salinidade (<0,056 g kg⁻¹), existiam condições hidrográficas distintas entre os locais. O Site H exibiu hipóxia severa persistente (DO $\le$ 0,5 mL L⁻¹) devido às soleiras rasas, enquanto o Site W manteve DO mais elevado. O Site E mostrou condições intermediárias e variáveis com fluxo episódico.
2. Estrutura da Comunidade de Necton:
   • Assinaturas Acústicas: As distribuições de mediana da força do alvo (TS) diferiram significativamente entre os locais. O Site E apresentou o maior TS mediano com uma distribuição bimodal, enquanto o Site H apresentou o menor.
   • Composição Taxonômica: A análise de eDNA revelou agrupamentos específicos por local. Os Sites E e W foram dominados por Gonatidae (72–74%), enquanto o Site H suportou uma comunidade mais diversa com contribuições significativas de Histioteuthidae (33,1%), provavelmente refletindo adaptação às condições hipóxicas.
3. Dinâmicas Temporais:
   • Escalas de Maré: As marés internas impulsionaram a redistribuição de manchas de necton existentes em frequências semidiurnas e diurnas.
   • Escalas Sazonais/Interanuais: O retroespalhamento total de necton foi modulado por forçantes físicas sazonais e interanuais.
4. Eventos de Fluxo Episódico: Cinco eventos de fluxo foram identificados nos Sites E e W (nenhum no Site H). Esses eventos envolveram a intrusão lateral de Água Profunda Circumpolar Superior (UCDW) mais fria, densa e oxigenada.
   • Resposta Biológica: O evento de fluxo de outubro de 2017 no Site E coincidiu com um aumento na fração de UCDW, um subsequente aumento no retroespalhamento de necton e um aumento retardado nas detecções acústicas de Z. cavirostris.
   • Mecanismo: O fluxo parece exigir uma sequência específica de forçante de superfície (declínio da SST, downwelling, seguido de upwelling), em vez de apenas a intensidade do upwelling, para elevar as isopicnais até a profundidade da soleira.
5. Acoplamento Predador-Presa: A presença de Z. cavirostris no Site E acompanhou as mudanças na abundância de necton e no TS. A presença do predador atingiu o pico no inverno/início da primavera, quando a abundância de necton e os modos de TS estavam altos, e declinou no final do verão, quando o retroespalhamento de necton era mínimo.

Significância e Alegações
O artigo conclui que o oceano profundo no SCB não é um ambiente uniforme, mas um mosaico de habitats batipelágicos heterogêneos. O estudo afirma que a batimetia da bacia, especificamente a profundidade da soleira, governa a frequência e a magnitude da troca de águas profundas, que, por sua vez, estrutura as comunidades de necton de nível trópico médio.

• Limitação de Oxigênio: A pesquisa sugere que a renovação de oxigênio via fluxo episódico é biologicamente crítica principalmente sob condições basais próximas à hipóxia, como evidenciado pela comunidade distinta no Site H hipóxico em comparação aos Sites E e W com fluxo.
• Forrageamento de Predadores: Os achados indicam que o sucesso de forrageamento de Z. cavirostris está ligado à disponibilidade dinâmica de agregados de necton, que são modulados por escalas físicas aninhadas: a batimetria da bacia estabelece a hidrografia de base, enquanto os processos de maré, sazonais e de fluxo episódico impulsionam a variabilidade de curto prazo na disponibilidade de presas.
• Contribuição Metodológica: Ao integrar acústica passiva, acústica ativa e eDNA, o estudo demonstra a utilidade de monitoramentos multi-instrumentais para resolver dinâmicas físico-biológicas de escala fina no mar profundo, onde medições coincidentes são raras.

Os autores mantêm um tom modesto em relação aos mecanismos causais, observando que o número limitado de eventos de fluxo observados restringe a interpretação dos drivers físicos e que trabalhos futuros exigem observações de banda larga e de profundidade total para melhor resolver a resolução taxonômica e de tamanho.