Interaction of mercury with beached plastics with special attention to zonation, degradation status and polymer type

To study the interaction of mercury (Hg) with plastics in coastal marine environments, a total of 353 plastic items were collected from 4 beaches located on the Spanish Mediterranean coast, with different characteristics. Concentrations ranged from 5 to 8216 nmol kg−1 and were greater on beaches more influenced by the mining activity. A preference of Hg for polymers such as polyurethane (PUR) and poly(vinyl chloride) (PVC), and for certain colours such as black, red and brown was observed. The state of degradation proved crucial, as Hg levels increased with the aging of the plastic. Although new commercial plastic items already contain Hg associated with their manufacturing process, they are able to adsorb even more once in the marine environment, by being in contact with larger quantities of this element in the ocean microlayer and acting as vectors of this element to the beaches. Once there, plastics are transported by winds and tides to the middle and high part of the beach, where the sunlight results in the volatilization of Hg to the atmosphere, decreasing the levels of this element in plastics.publishe

Observación de oportunidad de un Giro argelino al sur de Cabo de Palos (Mediterráneo sudoccidental)

Large anticyclonic eddies can detach from the Algerian Current, forming open-sea Algerian Eddies. These mesoscale structures have been intensively studied by means of sea surface temperature and altimetry data, and using numerical models. However, few studies describe an in situ sampling of their whole vertical structure. Furthermore, the area extending from Cape La Nao (western edge of the Balearic Channels) to the Almería-Orán Front has received very little attention, and it could be considered that there is a gap in our present oceanographic knowledge of this part of the western Mediterranean. An Algerian Eddy lasting for several months was detected in December 2021 to the south of Cape Palos. In order to analyse this eddy, an opportunity sampling was designed taking advantage of the periodic monitoring campaign RADMED 0222. This sampling revealed that the eddy had a baroclinic character, affecting the whole water column. These results suggest that this eddy was generated at the Algerian Current, finally affecting an area close to the eastern Spanish coast. The presence of these structures in this region of the western Mediterranean could alter the southward progression of the Northern Current and even the presence and structure of the Almería-Orán Front.Giros anticiclónicos de gran tamaño pueden desprenderse de la Corriente Argelina, llegando a formar giros en mar abierto. Estas estructuras de mesoescala han sido estudiadas intensamente mediante datos de temperatura superficial del mar, datos de altimetría, y modelos numéricos. Sin embargo, hay pocos trabajos que describan mediante medidas in situ la estructura vertical de estos giros. Al margen de esta circunstancia, la zona que se extiende desde el Cabo La Nao (en el extremo occidental de los Canales Baleares) hasta el Frente Almería-Orán, ha recibido poca atención, pudiéndose considerar que existe una laguna en nuestro conocimiento sobre la oceanografía de esta zona. Un giro anticiclónico fue detectado en diciembre de 2021 al sur de Cabo de Palos, pudiéndose observar durante varios meses. Para analizar este giro se diseñó un muestreo de oportunidad, aprovechando la campaña rutinaria RADMED0222. Este muestreo mostró la estructura baroclina del giro, la cual afectaba a toda su extensión vertical. Los resultados obtenidos también sugieren que el giro se formó en la Corriente Argelina, afectando finalmente a una zona próxima a la costa española. La presencia de este tipo de estructuras en esta región del Mediterráneo Occidental podría afectar a la progresión hacia el sur de la Corriente Septentrional, e incluso a la presencia y estructura del Frente Almería-Orán

Observations in the Spanish Mediterranean Waters: A Review and Update of Results of 30-Year Monitoring

The Instituto Español de Oceanografía (IEO, Spanish Institute of Oceanography) has maintained different monitoring programs in the Spanish Mediterranean waters (Western Mediterranean) since 1992. All these monitoring programs were unified in 2007 under the current program RADMED (series temporales de datos oceanográficos en el Mediterráneo), which is devoted to the in situ multidisciplinary sampling of the water column of coastal and open-sea waters by means of periodic oceanographic campaigns. These campaigns, together with a network of tide-gauges, are part of the IEO Observing system (IEOOS). In some cases, the temperature and salinity time series collected in the frame of these monitoring programs are now more than 30 years long, whereas sea level time series date to the beginning of the 1940s. This information has been complemented with international databases and has been analyzed in numerous works by the Grupo mediterráneo de Cambio Climático (GCC; Mediterranean Climate Change Group) for more than 20 years. These works have been devoted to the detection and quantification of the changes that climate change is producing on the physical, chemical, and biological properties of the Spanish Mediterranean waters. In this work, we review the results obtained by the GCC since 2005 in relation to the changes in the physical properties of the sea: water column temperature, salinity, and density, heat content, mixed layer depth, and sea level. Time series and results are updated from the last works, and the reliability of the existing time series for the detection of climatologies and long-term trends are analyzed. Furthermore, the different sources of uncertainty in the estimation of linear trends are considered in the present work. Besides this review and update of the results obtained from the data collected in the frame of the IEOOS, we conduct a review of the existing monitoring capabilities from other institutions in the Spanish Mediterranean waters and a review of results dealing with climate change in the Spanish Mediterranean obtained by such institutions. In particular, we include a review of the results obtained by SOCIB (Servicio de Observación y Predicción Costero de las Islas Baleares; Balearic Islands costal observing and forecasting system) in relation to the study of marine heat waves and the warming of the sea surface, and the results corresponding to the intense warming of the Catalan continental shelf at L’Estartit oceanographic station. All these results evidence that the surface Spanish Mediterranean waters are warming up at a rate higher than that affecting the global ocean (>2 °C/100 years). This warming and a salinity increase are also observed along the whole water column. Marine heat waves are increasing their intensity, frequency, and duration since 1982, and coastal sea level is increasing at a rate of 2.5 mm/yr. The salinity increase seems to have compensated for the warming, at least at surface and intermediate waters where no significant trends have been detected for the density. This could also be the reason for the lack of significant trends in the evolution of the mixed layer depth. All these results highlight the importance of monitoring the water column and the necessity of maintaining in situ sampling programs, which are essential for the study of changes that are occurring throughout the Spanish Mediterranean waters

First attempt to assess the viability of bluefin tuna spawning events in offshore cages located in an a priori favourable larval habitat

Publicado

Ecology and management of the common dolphinfish (Coryphaena hippurus) in a warming Mediterranean

[eng] The common dolphinfish or mahi-mahi (Coryphaena hippurus) is a large pelagic and highly migratory fish distributed in tropical and subtropical waters around the globe. The Mediterranean Sea population supports traditional small-scale fisheries targeting juvenile individuals, based on the use of fish aggregating devices (FADs), mainly in the Balearic Islands, Sicily, Malta and Tunisia, thus being of high importance for local culture and economy. However, in these areas the adults are only observed during the spawning season, suggesting a reproductive migration. The goal of this thesis is to revise and expand the knowledge on the Mediterranean dolphinfish population, focusing on the effects of a warming Mediterranean. For over two decades, several researchers have conducted invaluable biological and fishery studies on this species in the area. This thesis aims to go one step further, first exploring the effects of environmental drivers on biological and ecological traits, and then using this knowledge to develop novel technologies and methodologies for the assessment of the Mediterranean stock, which remains unassessed at this point. Among the main results, it can be highlighted that the models incorporating temperature have improved the reproductive traits and growth estimates. Specifically, studies developed in this thesis show that the spawning peak occurs systematically before the annual temperature peak in a wide latitudinal range of dolphinfish populations and that the duration of the spawning is related to the mean annual temperature, allowing us to predict the seasonal spawning patterns from temperature. In addition, a validated temperature-dependent growth model based on juveniles targeted by the artisanal fishery based on FADs has allowed to assess the length at catch of the recruits at the opening date of the fishery under several climate change projections from the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) and also under a marine heatwave. Results suggest that in warmer scenarios there might be an increase in the mean size, as well shifts in length distributions with a higher percentage of shorter individuals in long-term climatic projections. These results could be applied both to short-term management actions considering environmental conditions and to mid/long-term management, projecting potential effects under future environmental conditions derived from sea warming. With regards to the Mediterranean dolphinfish fisheries management, an automated process based on artificial intelligence has been developed to obtain larger amounts of high-resolution fish length data for the fish that are in boxes previously to be sold in the auction. These data will serve to validate previous studies and as input for assessment models opening research avenues that use length distribution as an input variable. A multi-annual five-fleets generalized depletion model, adapted to the fishery dynamics of the countries exploiting this fishery, has also been developed. This method has been adopted by the General Fisheries Commission of the Mediterranean (GFCM) to assess the Mediterranean dolphinfish stock, providing accurate reference points for the first time for this stock. These results also suggest that the stock is not under risk of overfishing, 2 showing stability in recruitment and exploitation rates, although the precautionary approach suggests not increasing the fishing effort until a quantitative evaluation of the population is available. Finally, we propose future lines of research, which should focus on mechanistic approaches to understand the environmental relationship with biological and ecological traits across all life stages. Improving the knowledge of environmental requirements for early life stages is also crucial for understanding the sources of early mortality and betterunderstanding recruitment dynamics, which is also essential to explain capture fluctuations throughout the time series. Furthermore, research on movement ecology is critical to unraveling migratory patterns that determine the dynamic of captures by different countries, their behavior in relation to the FADs and the catch-effort relationship.[cat] La llampuga o mahi-mahi (Coryphaena hippurus) es una espècie considerada gran pelàgic i altament migratòria, distribuïda en aigües tropicals i subtropicals arreu del món. La població del Mediterrani sustenta pesqueries tradicionals d’arts menors dirigides a individus juvenils, basades en l’ús de dispositius concentradors de peixos (capcers), principalment a les illes Balears, Sicília, Malta i Tunísia. Aquestes pesqueries tenen una gran rellevància en la cultura i economia locals d’aquests països. No obstant, en aquestes regions sols s’observen individus adults durant l’època de posta, el que suggereix una migració reproductiva. El principal objectiu d’aquesta tesi és revisar i ampliar el coneixement de la població de llampuga del Mediterrani, amb especial èmfasi en els efectes de l’escalfament global i fenòmens associats. En les darreres dècades, s’han realitzat nombrosos estudis sobre la biologia i pesqueries d’aquesta espècie a la regió. Aquesta tesi pretén anar un pas enllà explorant en primer lloc els efectes ambientals sobre alguns trets biològics i ecològics de l’espècie i emprar aquest coneixement i generar millors eines per aconseguir una gestió sostenible de l’estoc Mediterrani, que segueix fora una avaluació formal a dia d’avui. Entre els principals resultats, cal destacar que la incorporació de la temperatura en els models desenvolupats per aquesta espècie ha millorat l’estima dels patrons reproductius i de creixement. Concretament, els estudis desenvolupats en el marc d’aquesta tesi mostren que el pic de posta ocorre sistemàticament amb anterioritat al pic de anual de temperatura en diferents poblacions de llampuga en un ampli rang de latituds i que la duració de la posta està relacionada amb la temperatura mitjana anual, fet que permet predir el patró estacional de posta a partir de la temperatura. A més, un model validat de creixement depenent de temperatura basat en juvenils explotats per la pesqueria ha permès avaluar les talles de captura de reclutes a la data d’inici de la pesqueria sota diferents projeccions de canvi climàtic segons el Panell Intergovernamental sobre el Canvi Climàtic (IPCC) i també d’onades de calor marines. Els resultats suggereixen que en escenaris d’escalfament hi haurà un increment de la talla mitjana i una desviació en la distribució de talles, amb uns percentatges més elevats d’individus de talles més petites en projeccions climàtiques a llarg termini. Aquests resultats són aplicables tant en accions de gestió a curt termini, considerant la variabilitat ambiental, com per a una gestió a mig i llarg termini, al predir els potencials efectes sota condicions ambientals futures derivades de l’augment de temperatura. Quant a la gestió de les pesqueries de llampuga a la Mediterrània, s’ha desenvolupat un procés automatitzat basat en intel·ligència artificial per a obtenir dades massives en alta resolució de talles individuals dels peixos disposts en les caixes prèviament a la seva venta a la llotja. Aquestes dades serviran per a validar estudis previs, així com per alimentar models d’avaluació pesquera, obrint així noves oportunitats en investigacions que requereixen distribucions de talles com a variable clau. També s’ha desenvolupat un model de depleció generalitzat, multi-anual i multi-flota, adaptat a les dinàmiques de les pesqueries dels diferents països que exploten aquesta espècie. Aquest mètode s’ha adoptat per la Comissió General de Pesca del Mediterrani (CGPM), permetent avaluar l’estoc de llampuga al Mediterrani, obtenint els primers punts de referència d’explotació per a aquest estoc. Aquests resultats suggereixen que no existeix risc de sobrepesca a l’estoc, mostrant una estabilitat tant en les taxes d’explotació com de reclutament, encara que amb l’enfocament precautori seria recomanable no incrementar l’esforç pesquer fins a disposar d’una avaluació quantitativa de la població. Finalment, es proposen futures línies d’investigació, que s’haurien de centrar en aproximacions mecanicistes per comprendre les relacions ambientals amb els trets biològics i ecològics de l’espècie en tots els seus estadis vitals. Incrementar el coneixement dels requeriments ambientals per als primers estadis de desenvolupament també resulta crucial per comprendre la mortalitat en les primeres etapes de vida, així com la dinàmica de reclutament, essencial per poder explicar fluctuacions en les captures al llarg de les sèries temporals. A més, investigar sobre l’ecologia del moviment resulta clau per revelar els patrons migratoris, aportar informació per entendre millor les variacions de captures dels diferents països i les relacions entre captura i esforç, així com el comportament de l’espècie envers als capcers.[spa] La lampuga, dorado, o mahi-mahi (Coryphaena hippurus) es una especie considerada gran pelágico y altamente migratoria, distribuida en aguas tropicales y subtropicales alrededor del mundo. La población del Mediterráneo sustenta pesquerías tradicionales de artes menores dirigidas a individuos juveniles, basadas en el uso de dispositivos de concentración de peces (DCPs), principalmente en las islas Baleares, Sicilia, Malta y Túnez. Estas pesquerías tienen una gran importancia en la cultura y economía local de estos países. Sin embargo, en estas regiones solo se observan individuos adultos durante la época de puesta, lo que sugiere una migración reproductiva. El principal objetivo de esta tesis es revisar y ampliar el conocimiento de la población de lampuga del Mediterráneo, con especial énfasis en los posibles efectos del calentamiento de los océanos. En las últimas dos décadas se han realizado numerosos estudios sobre la biología y pesquerías de esta especie en la región. Esta tesis pretende ir un paso más allá, explorando en primer lugar los efectos ambientales sobre los rasgos biológicos y ecológicos de la especie y generar nuevas herramientas útiles para la gestión del stock Mediterráneo, que sigue sin evaluación formal a día de hoy. Entre los principales resultados, la incorporación de la temperatura en los modelos desarrollados para esta especie ha mejorado la estima de los patrones reproductivos y de crecimiento. Concretamente, los estudios desarrollados en el marco de esta tesis muestran que el pico de puesta ocurre sistemáticamente con anterioridad al pico anual de temperatura en distintas poblaciones de lampuga en un amplio rango de latitudes y que la duración de la puesta está relacionada con la temperatura media anual, lo que permite predecir el patrón estacional de puesta a partir de la temperatura. Además, un modelo validado de crecimiento dependiente de temperatura basado en juveniles explotados por la pesquería ha permitido evaluar las tallas de captura de reclutas en la fecha de apertura de la pesquería bajo distintas proyecciones de cambio climático según el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC) y también en olas de calor marinas. Los resultados sugieren que en escenarios de calentamiento podría haber un incremento de la talla media y una desviación en la distribución de tallas, con un porcentaje más elevado de individuos de tallas más pequeñas en proyecciones climáticas a largo plazo. Estos resultados son aplicables tanto en acciones de gestión a corto plazo, considerando la variabilidad ambiental, como para una gestión a medio y largo plazo, al predecir los potenciales efectos bajo condiciones ambientales futuras derivadas del cambio climático. En cuanto a la gestión de las pesquerías del Mediterráneo, se ha desarrollado un proceso automatizado basado en inteligencia artificial para obtener datos masivos en alta resolución de tallas individuales de los peces dispuestos en las cajas previamente a su venta en lonja. Estos datos servirán para validar estudios previos, así como para alimentar modelos de evaluación pesquera, abriendo así nuevas oportunidades en las investigaciones que requieren distribuciones de tallas como variable esencial. También 6 se ha desarrollado un modelo de depleción generalizado multianual y multi-flota, adaptado a las dinámicas de las pesquerías de los distintos países que explotan esta especie. Este método se ha adoptado por la Comisión General de Pesca del Mediterráneo (CGPM) permitiendo evaluar el stock de lampuga del Mediterráneo, obteniendo los primeros puntos de referencia precisos para este stock. Estos resultados también sugieren que no existe riesgo de sobrepesca en el stock, mostrando una estabilidad tanto en las tasas de explotación como de reclutamiento, aunque aplicando el enforque precautorio no sería recomendable incrementar el esfuerzo pesquero hasta disponer de una evaluación cuantitativa de la población. Finalmente, se proponen futuras líneas de investigación, que deberían enfocarse en aproximaciones mecanicistas para entender las relaciones ambientales con los rasgos biológicos y ecológicos de la especie en todos sus estadios vitales. Incrementar el conocimiento de los requisitos ambientales para los estadios tempranos de vida también resulta crucial para comprender la mortalidad en estas primeras etapas de vida, así como la dinámica de reclutamiento, lo que es esencial para explicar fluctuaciones en las capturas a lo largo de las series temporales. Además, investigar en la ecología del movimiento es clave para revelar los patrones migratorios, dar posibles explicaciones a los patrones en las capturas de los distintos países, y las relaciones entre captura y esfuerzo, así como el comportamiento de la especie en relación con los DCPs

Automatic, operational, high-resolution monitoring of fish length and catch numbers from landings using deep learning

Informed fishery management decisions require primary input data such as the fluctuations in the number of fish landed and fish length. Obtaining these data can be costly if conducted by hand, which is the case for length data in most fisheries. This cost often implies reduced sample sizes, which may introduce biases and lead to information loss at, for example, the boat level. The recent boost in artificial intelligence applied to fisheries provides a promising way to improve the assessment and management of stocks. We present an operational system using a deep convolutional network (Mask R-CNN) coupled with a statistical model that automatically estimates the number and the mean fork length of dolphinfish (Coryphaena hippurus) caught in a Mediterranean fishery with a resolution of each landed fish box from each boat. The system operates on images of fish boxes collected automatically at the centralized fish auction. The statistical model corrects for biases due to undetected fish using the convolutional network and estimates the mean fork length of the fish in a box from the number of fish and the box weight, allowing for high-resolution monitoring of fishery dynamics during the entire fishing season. The system predictions were empirically validated and showed good accuracy and precision. Our system could be readily incorporated into assessment schemes. We discuss how this type of monitoring system opens new opportunities for improving fishery management.This work was conducted with the collaboration of “Fundación Biodiversidad”, from the Spanish Ministry of Ecological Transition through the program Pleamar (co-financed with FEMP, EU). OPMallorcaMar and “Federació Balear de Confraries de Pescadors” are thanked for their support and collaboration. The Regional Directorate of Fisheries and Agriculture (Government of the Balearic Islands) is also thanked for its involvement