Ecosystem structuring by pulses of internal wave breaking

Vertikal blanding i havet er en viktig mekanisme som styrer hvordan marine økosystemer fungerer. Livet i havet bygger på primærproduksjon som forekommer nær overflaten, der sollys tillater vekst av planteplankton. I tillegg er næring nødvending. Den kommer fra bunnen, der vekst av planteplankton skjer når næring fra dypet fraktes opp til lyssonen. Prosessen skjer i all hovedsak om våren, men næringen som blir oppblandet under winterstormene, blir raskt oppbrukt. En annen mekanisme gir imidlertid blanding av næring gjennom hele året. Denne er drevet av brytende indre bølger. Indre bølger er bevegelser på skillet mellom tungt, dypt vann og lettere overflatevann. I Norskehavet blir slike bølger dannet når tidevannet vekselvirker med kontinentalsokkelen. Bølgene som bryter gjennom flere mekanismer, blander inn næring gjennom hele vannsøylen. Slik kan primærproduksjonen foregå gjennom hele våren og sommeren, med tidevann som periodisk og forutsigbar utløser. Overflatesignatur av indre bølger i Norskehavet utenfor Lofoten og Vesterålen kan ofte ses fra satellitt. Området har et særdeles rikt marint liv. Regionen har også kolonier av kaldvannskorall, en art som krever næring i rikelige mengder. I EcoPulse prosjektet blir matematiske modeller anvendt til å undersøkte kriterier til bryting av indre bølger samt hvordan næringspartiklene fraktes opp og ned i vannsøylen. Sammen med feltobservasjoner av havstrømer, tidevann og næringstransport, jobber forskergruppen for å øke forståelsen for betydningen av bølgebryting for det lokale økosystemet og korallrev. Framgang 2021: - Forskjellige mekanismer drevet av undervannsbølger skaper vertikalblanding både grunt og dypt i havet. Avanserte teorier og idealiserte beregninger brukes til å forstå og kvantifisere kriterier for når slik blanding inntreffer ved Hola. Simuleringene ble utført som forteller hvilke deler av vannsøylen som eksponeres for vertikaltransporten. Denne frakter næringsstoffer mellom de bentiske og pelagiske vannlagene. - En syntese mellom informasjonen om indre bølger fra satellitbilder, bølgeteori og regionaler havmodeller framstilles for historiske hendelser av brytende indre bølger ved Hola. - Feltarbeidet ved Hola for å hente inn data om hydrografi, havstrøm, turbulens og næringstransport er avsluttet. - Posisjoner av korallrev på den norske havsokkelen er analysert i sammenheng med havsirkulasjon. Framgang 2022: - Feltarbeidet ble gjentatt med ytterligere målinger ved Hola - numeriske eksperimenter er ferdigstillt Framgamg 2024: - Strømforholdene på kontinentalsokkelen ved Hola blir analysert med data fra regional sirkulasjonsmodell - topografi styrer vertikalblanding og horisontaltransport av partikkler til Hola korallrevet.

We now have a better understanding of what drives the observed strong internal waves at Lofoten Vesterålen, at which conditions they occur and how strong they are. In particular, laboratory and numerical experiments have been shown to match up for breaking criteria of such waves. Regarding the ecosystem functioning at Hola, we have developed an understanding of particle transport pathways in the regions that can explain the abundance of cold water coral at the Hola reef.

The biophysical interactions between tidally driven, breaking internal waves and vertical structuring and functioning of plankton and key benthic species, where the internal waves is a ubiquitous phenomenon of the stratified ocean, are addressed in this project. A hot-spot for the internal waves, near the coral reef at Hola, located in the fishing rich Lofoten-Vesterålen area in Norway, is investigated. Depending on the tide, local currents, hydrography and bottom topography, the nonlinear waves drive a strong turbulence in the entire water column. The waves transport matter and living organisms vertically and horizontally. A national team of complementary expertise in biological processes, nonlinear internal waves, remote sensing and ocean circulation models, from Institute of Marine Research, University of Oslo and the Norwegian Meteorological Institute, join forces to: (i) Develop a new mooring for in-situ observations of the strong internal waves and vertical fluxes of nutrients, extending the LoVe Observatory. The existing infrastructure provides reference measurements where the internal waves do not break. (ii) Data from satellite (synthetic aperture radar and visual) are used to develop spatio-temporal statistics of the internal waves and the potentially associated primary production at the ocean surface, at LoVe and other locations of the Norwegian continental shelf. (iii) By operational ocean circulation models analyse the hydrographic structure and response to tidal and atmospheric forcing, particularly the internal tide and its fronts, with comparison to the in-situ measurements and remote sensing data from LoVe. (iv) By dedicated models of the short nonlinear internal waves, obtain the upward flux of bottom nutrients in breaking conditions and turbulence by the shear and overturning instability. (v) Quantify the role of the additional nutrient source for cold water coral as key benthic species, and ecosystem structure in general.