تحلیل هوش مصنوعی از گسترش بی‌سابقه جلبک‌های دریایی در اقیانوس‌های جهان

اقیانوس در حال تجربه یک دگرگونی عظیم و نامرئی است و هوش مصنوعی لازم بود تا سرانجام تصویر کامل آن دیده شود. برای دهه‌ها، دانشمندان شکوفه‌های جلبکی محلی را ردیابی می‌کردند، اما یک معیار جامع جهانی دور از دسترس باقی مانده بود. اکنون، یک مطالعه مهم نشان داده است که شکوفه‌های جلبکی شناور با سرعتی بی‌سابقه در حال گسترش در اقیانوس‌های جهان هستند.[1]

این تحقیق که توسط دانشگاه فلوریدای جنوبی و اداره ملی اقیانوسی و جوی (NOAA) رهبری شد، از یادگیری عمیق برای پردازش داده‌های ماهواره‌ای دو دهه استفاده کرد. با تجزیه و تحلیل ۱.۲ میلیون تصویر گرفته شده بین سال‌های ۲۰۰۳ تا ۲۰۲۲، هوش مصنوعی مقیاس، سرعت و توزیع جلبک‌های دریایی در سراسر جهان را نقشه‌برداری کرد.[2]

ادعای اصلی که توسط این شواهد مطرح شده، حیرت‌آور است: شکوفه‌های جلبکی شناور اکنون مساحت تجمعی ۴۳.۸ میلیون کیلومتر مربع (۱۶.۹ میلیون مایل مربع) را اشغال کرده‌اند. این وسعت بیش از چهار برابر مساحت ایالات متحده است و نشان‌دهنده یک تغییر اساسی در ترکیب بیولوژیکی سطح اقیانوس است.[3][5]

این مطالعه بین دو نوع متمایز از شکوفه‌ها تمایز قائل می‌شود: جلبک‌های ریز (Microalgae) و جلبک‌های درشت (Macroalgae). جلبک‌های ریز یا کف‌های فیتوپلانکتونی، موجودات تک‌سلولی میکروسکوپی هستند که پایه شبکه غذایی دریایی را تشکیل می‌دهند. داده‌ها نشان می‌دهند که این کف‌های سطحی از سال ۲۰۰۳ تاکنون افزایش جهانی متوسط اما از نظر آماری قابل توجهی معادل ۱.۰٪ در سال داشته‌اند.[6]

با این حال، چشمگیرترین شواهد بر جلبک‌های درشت متمرکز است—جلبک‌های دریایی بزرگ و چندسلولی مانند سارگاسوم (Sargassum). در مناطق کلیدی مانند اقیانوس اطلس گرمسیری و اقیانوس آرام غربی، شکوفه‌های جلبک‌های درشت با نرخ انفجاری ۱۳.۴٪ سالانه گسترش یافته‌اند.[3][5]

داده‌ها یک شتاب متمایز «چوب هاکی» در زیست‌توده جلبک‌های درشت را نشان می‌دهند که تقریباً از سال ۲۰۰۸ آغاز شده است. در اقیانوس هند، که از شمال به خشکی محدود شده و گردش آب کندتری دارد، حجم جلبک‌های شناور بیش از سه برابر شده است، روندی که محققان آن را بسیار نگران‌کننده توصیف می‌کنند.[1][5]

سازوکار تکنولوژیکی پشت این کشف، یک پیشرفت بزرگ در رصد زمین است. از لحاظ تاریخی، تشخیص جلبک‌ها از فضا محدود به شکوفه‌های عظیم و متراکمی بود که به وضوح رنگ آب را تغییر می‌دادند. مدل جدید یادگیری عمیق آموزش داده شد تا سیگنال‌های بصری و طیفی ظریفی را که اغلب کمتر از یک درصد از یک پیکسل تصویر را اشغال می‌کنند، تشخیص دهد.[2][4]

با ترکیب داده‌ها از چندین حسگر ماهواره‌ای، هوش مصنوعی توانست بین انواع مختلف جلبک‌ها تمایز قائل شود و تداخل‌های پیچیده ساحلی مانند رسوبات، رواناب و پوشش ابر را فیلتر کند. این قابلیت به محققان اجازه داد تا مساحت دقیق شکوفه‌ها را به جای صرفاً ثبت حضور آن‌ها، اندازه‌گیری کنند.[4]

شواهد به ترکیبی از عوامل انسانی اشاره دارد که این گسترش را تغذیه می‌کنند. در حالی که وزن دقیق این عوامل بسته به منطقه متفاوت است، کاتالیزورهای اصلی گرم شدن اقیانوس، تغییر جریان‌های دریایی و آلودگی شدید مواد مغذی هستند.[1][3]

یوتریفیکاسیون (Eutrophication)—ورود نیتروژن و فسفر از رواناب کشاورزی و فاضلاب تصفیه‌نشده—به عنوان یک کود قدرتمند برای گیاهان دریایی عمل می‌کند. هنگامی که این مواد با دمای گرم‌تر سطح که تکثیر سلولی را تسریع می‌کند، ترکیب می‌شوند، اقیانوس یک محیط رشد بهینه برای شکوفه‌های عظیم و پایدار فراهم می‌کند.[1]

از نظر اکولوژیکی، این گسترش یک شمشیر دولبه پیچیده است. در اقیانوس باز، توده‌های عظیم جلبک‌های درشت به عنوان اکوسیستم‌های شناور حیاتی عمل می‌کنند. آن‌ها زیستگاه‌های حیاتی برای پرورش، غذا و پناهگاه برای طیف گسترده‌ای از حیات دریایی، از جمله لاک‌پشت‌های دریایی در معرض خطر و گونه‌های ماهی مهم تجاری، فراهم می‌کنند.[2][3]

بحران زمانی آغاز می‌شود که این توده‌های قاره‌ای شکل توسط جریان‌ها به آب‌های ساحلی رانده می‌شوند. هنگامی که جلبک‌های درشت به ساحل می‌رسند، روی سواحل انباشته شده و شروع به پوسیدن می‌کنند. زیست‌توده در حال فساد، اکسیژن آب را کاهش می‌دهد و «مناطق مرده» محلی ایجاد می‌کند که حیات دریایی را خفه کرده و صخره‌های مرجانی نزدیک ساحل را از بین می‌برد.[1][6]

شواهد اقتصادی نیز به همان اندازه تلخ است. جلبک‌های دریایی در حال پوسیدن، گاز سولفید هیدروژن آزاد می‌کنند که بوی نامطبوعی تولید کرده و می‌تواند باعث بیماری‌های تنفسی در انسان شود. برای جوامع ساحلی که به شدت به گردشگری وابسته هستند، رویدادهای شدید ساحلی هر ساله منجر به ده‌ها میلیون دلار درآمد از دست رفته و هزینه‌های پاکسازی می‌شود.[1][4]

با وجود قدرت داده‌های ماهواره‌ای، محققان به حوزه‌های عدم قطعیت شفاف اذعان دارند. مدل‌های هوش مصنوعی در نقشه‌برداری روندهای تاریخی بسیار دقیق هستند، اما پیش‌بینی زمان و مکان دقیق رسیدن آن‌ها به سواحل در آینده همچنان یک چالش است. تعامل پیچیده الگوهای باد محلی و جریان‌های کوچک، پیش‌بینی کوتاه‌مدت را دشوار می‌کند.[3][6]

علاوه بر این، دانشمندان هنوز در تلاشند تا نقاط دقیق بحرانی را که باعث می‌شوند یک محیط دریایی پایدار ناگهان یک شکوفه عظیم ایجاد کند، درک کنند. در حالی که محرک‌های گسترده گرما و مواد مغذی واضح هستند، آستانه‌های شیمیایی خاص مورد نیاز برای جرقه زدن نرخ رشد ۱۳ درصدی سالانه هنوز در حال بررسی است.[5]

نتیجه‌گیری کلی این مطالعه این است که اقیانوس جهانی در حال تجربه یک «تغییر رژیم» است. محققان هشدار می‌دهند که ما در حال گذار از یک اقیانوس تاریخی کم‌جلبک درشت به یک سیستم غنی از جلبک درشت هستیم، یک خط پایه جدید که اکوسیستم‌های دریایی را برای دهه‌های آینده به طور اساسی تغییر خواهد داد.[1][5]

در آینده، آژانس‌های فضایی و اقیانوس‌شناسان قصد دارند این تحلیل گذشته‌نگر هوش مصنوعی را به یک ابزار پیش‌بینی بلادرنگ تبدیل کنند. با تغذیه مداوم داده‌های تله‌متری ماهواره‌ای زنده به مدل یادگیری عمیق، مقامات امیدوارند که هشدارهای پیشرفته چند هفته‌ای را قبل از رسیدن یک شکوفه عظیم به ساحل، به شهرداری‌های ساحلی ارائه دهند.[4]