Değişimi ölçmek sabır gerektirir

İnsan ve ekosistem sağlığını korumak için cıva gibi kirleticilerin çevre içinde nasıl hareket ettiğini ve dönüşümünü anlamak şarttır. İnsanın Merkür'e maruz kalmasının birincil yollarından biri, Merkür'ün en nörotoksik formunda biriktiği deniz ürünleridir: metilmercury. Son çalışmamız, yayınlandı İletişim Dünya ve ÇevreLa Jolla, CA'daki Scripps Pier'den deniz suyunda dört yıllık cıva ölçümlerini analiz etti ve sadece sürekli, yüksek frekanslı izleme yoluyla tespit edilebilecek önemli interannual ve mevsimsel kalıpları ortaya çıkardı. Yine de, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki uzun vadeli çevresel izleme programları, değişen politikalar ve federal finansman kesintilerinden kaynaklanan tehditlerle karşı karşıya kaldığı için giderek daha fazla risk altında. Bu yazıda, uzun süreli izlemenin neden sadece değerli olmadığını vurgulamak için sizi çalışmamızın perde arkasına götürüyoruz; Çevresel değişimi anlamak ve yanıtlamak için gereklidir.

Tam resmi görmek sabır gerektirir

Sadece bir avuç parça ile 1.000 parçalı bir bulmacayı anlamaya çalıştığınızı hayal edin. Tahminler yapabilirsiniz, ancak daha fazla olmadan resim eksik kalır. Desenler sadece daha fazla parça yerine otururken, görüntü keskinleşir ve hikaye mantıklı olmaya başlar.

Scripps Pier'de cıva analizi için su numuneleri toplamaya başladığımızda böyle hissettirdi.

Haftalık örneklemenin ilk yıllarında, veriler sinyalden daha fazla gürültü gibi hissetti. Konsantrasyonlar net bir mantık olmadan yukarı ve aşağı gidiyor gibi görünüyordu. Cesaret kırıcıydı, ama biz onunla sıkıştık. Haftadan haftalarca, doktora öğrencisi Hannah Adams, mavi vagonunu iskeleye çevirdi, ekipman hıçkırıkları, gelgitleri ve hava koşullarıyla savaştı ve her veri noktasını sadakatle topladı ve korudu. Çaba sürdürüldü ve bazen monotondu, ancak üçüncü yıla ulaştığımızda nihayet bir model ortaya çıktı – cıva konsantrasyonları zirveye çıktı ve alanda gözlemlediğimiz çevresel değişimlerle birlikte düştü. Bir bulmaca izini izlemek gibiydi!

Her seferinde bir adım, resim odaklanıyor

Kaliforniya kıyı sularındaki Mercury dinamiklerini araştırmaya başladığımızda, bunun zaman alacağını biliyorduk. Amacımız bölgedeki ilk uzun vadeli Deniz Merkür Tipiation zaman serilerini inşa etmekti. Laboratuarımızdan sadece birkaç adımda bulunan ve Güney Kaliforniya Kıyı Okyanusu gözlem sistemi gibi bir kıyı izleme çabaları ağına gömülü olan Scripps Pier ile başlamak için bariz bir yerdi. Güneşli San Diego havası da zarar görmedi. Yine de, ideal koşullarla bile, anlamlı kalıpları ortaya çıkarabilen bir veri kümesinin oluşturulmasının yıllarca tutarlı çaba gerektireceğini biliyorduk.

2020'de Schartup Laboratuvarı'na doktora öğrencisi olarak katılan Hannah Adams için bu, hayatına haftalık örneklemenin-yağmur veya parlaklık, pil sorunları veya kırık iskele merdivenleri, yüksek gelgit veya fırtına sonrası kaos-dokuma anlamına geliyordu. Zamanla, rutin sadece bir görevden daha fazlası haline geldi; Sitenin kendisi ile bir ilişki haline geldi. Hannah, okyanus desenleri, gelgit döngüleri, okyanus şişmeleri veya çiçeklenme döngülerindeki ince değişikliklerin örneklemeyi nasıl bozabileceğini veya su kolonunun bileşimini nasıl etkileyebileceğini öğrendi. Tekrarlama, deneme yanılma yoluyla, hiçbir elektronik tablonun öğretemeyeceği bir anlayış, site için bir “his” kazandı. Örneğin, okyanusun bir fırtınadan bir gün sonra bile örnekleme için çok kaba kaldığını veya ilkbahar ve yaz aylarında bir deniz aslanıyla karşılaşma olasılığınız daha yüksek olduğunu öğrendi. Bu çalışma hakkında ferahlatıcı eski bir okul vardı, kendini çevreye daldırmak, yakından gözlemlemek ve kalıpların kendilerini ortaya çıkarmasına izin vermek. Bilgisayarlar, büyük veriler, hızlı sonuçlar ve sürekli dijital dikkat dağıtıcı bir çağda, bazen anlayışın sadece mevcut olmaktan ve zaman içinde yavaş değişimi gözlemlemekten kaynaklandığını hatırlattı.

Yine de, yüz haftadan fazla örneklemeden sonra, veriler sinir bozucu bir şekilde sonuçsuz kaldı. Merkür konsantrasyonları rastgele dalgalanıyor gibi görünüyordu. Ama devam ettik. Ardından, 150. haftada parçalar bağlanmaya başladı. Gürültü gibi görünen açık bir mevsimsel sinyal haline geldi: Merkür konsantrasyonları kışın zirveye çıktı ve yaz aylarında düştü. Bu değişimler, fırtına odaklı karıştırma, akış ve okyanus türbülansı gibi çevre koşullarındaki değişikliklerle uyumlu. Hem heyecan hem de rahatlama anıydı, sadece yaklaşımımızı değil, aynı zamanda uzun vadeli, yavaş bilimin öncülünü de doğrulayan bir andı. Kalıcımız ödemişti.

Tabii ki, desen görünür hale geldiğinde, Hannah bilgisayarını çıkardı, e -tablolarını tozladı ve verilerin arkasındaki itici güçleri ölçmek ve daha iyi anlamak için trend ayrışması ve regresyon modellemesi gibi veri analiz araçlarını uyguladı.

Bir ekip (ve hükümet) alır

Böyle bir veri kümesi oluşturmak solo bir çaba değildir. Başlangıçta, haftalık örneklemenin iki el setinden yararlandığını fark ettik ve kesintisiz devam etmek için laboratuvara katılan herkesi eğittik. Zamanla, grubumuzdan geçen hemen hemen her kişi bir örnek, iki veya üç örnek almaya yardımcı oldu. Bu eğrideki her veri noktası sadece veri değil, paylaşılan zaman, arkadaşlık, öğrenme ve çaba. Bir eğitim alanı, bir takım ritüeli ve nesiller boyu öğrencileri birbirine bağlayan bir konu haline geldi.

Kendi ekibimizin ötesinde, bu çalışma diğer uzun vadeli çabalar üzerine inşa edildi. Verilerimize bağlam vermek için Ulusal Okyanus ve Atmosfer İdaresi ve Amerika Birleşik Devletleri Jeoloji Araştırması tarafından desteklenen halka açık veri kümelerine güvendik. Hükümet destekli izleme programlarından onlarca yıllık yağış, akış, rüzgar ve dalga verileri olmadan çalışmalarımız mümkün olmazdı.

İskeleye haftalık bir gezi olarak başlayan şey daha büyük bir şey haline geldi – Merkür'ün kıyı sularında nasıl davrandığını yakalayan bir veri kümesi ve umarım ekosistem sağlığının çok daha büyük bir bilimsel bulmacasının küçük bir parçası. Bunun gibi uzun vadeli izleme projeleri, değişimi nasıl anlayabildiğimizdir. Ve çevresel veri toplama desteği giderek kırılgan hale geldikçe, bu çabaları devam ettirmek için mücadele etmemiz önemlidir.

Tam resmi görmek

Amacımız, doğal iklim değişkenliğinin kıyı sularındaki cıva konsantrasyonlarını nasıl etkilediğini anlamaktı. İnsan emisyonlarının deniz suyu konsantrasyonları üzerindeki rolüne çok dikkat edilmiş olsa da, cıva seviyeleri de yağış, dalga hareketi, karıştırma ve akış gibi yerel ve iklimsel süreçlerle şekillenir. Bu doğal sürücülerin emisyonlardan ve biriktirme eğilimlerinden çözülmesi, hem hızlı hem de yavaş işlemleri yakalayan veriler gerektirir. Frekans ve sürenin önemli olduğu yer burasıdır. Sadece mevsimsel olarak, hatta aylık olarak örneklemiş olsaydık, Merkür'deki büyük fırtına olaylarına, mevsimsel kalıplara ve hatta her yıl arasında küçük farklara bağlı daha kısa vadeli sivri uçları kaçırırdık. Haftalık örnekleme, dalga yüksekliği ve yağışını yüzey suyu cıva konsantrasyonlarının ana itici güçleri olarak tanımlamamıza izin verdi. Bu bilgileri, 20 yıllık arşivlenmiş akış ve şamandıra verilerini kullanarak geçmiş koşulları modelleyerek analizimizi genişletmek için kullandık. Bu daha geniş zamansal lens, yerel iklim değişkenliğinin cıva düzeyinde dalgalanmalarda nasıl önemli bir rol oynadığını, zaman zaman emisyon azaltmalarının etkilerini taklit ederek veya gizleyerek incelememizi sağladı. Sonunda, çalışmamız sadece uzun vadeli, sık verilerin neyin ortaya çıkabileceğini vurgulamaktadır: çevre sistemlerinin karmaşıklığı ve değişimi yorumlamadan önce bir yerin doğal ritimlerini anlama ihtiyacı. Bu detay seviyesi olmadan, verilerin anlatmaya çalıştığı hikayeyi yanlış okumak riskiyle karşı karşıyayız.

Hannah Adams bir ay içinde doktorasını savunacak. Amerika Birleşik Devletleri'nde araştırmaya verilen desteğin devam ettiğini ve büyümesini umuyoruz, böylece diğer öğrencilerin mavi vagonu iskeleye indirebilmeleri, oynak deniz aslanlarıyla bir an paylaşabilmeleri ve sudaki bir gün kaybolan düşük cıva seviyelerinin bu kirleticiyi azaltma çabalarının işe yaradığına dair açık kanıtlar gösteriyor.