Kolor oceanu znacznie się zmienił w ciągu ostatnich 20 lat, a globalny trend jest prawdopodobnie konsekwencją zmian klimatycznych wywołanych przez człowieka, podają naukowcy z MIT, Narodowego Centrum Oceanografii w Wielkiej Brytanii i innych miejscach.
W badaniu, które ukazało się dzisiaj w Nature, zespół pisze, że wykrył zmiany koloru oceanu w ciągu ostatnich dwóch dekad, których nie można wytłumaczyć wyłącznie naturalną zmiennością z roku na rok. Te przesunięcia kolorów, choć subtelne dla ludzkiego oka, wystąpiły na ponad 56 procentach światowych oceanów – przestrzeni większej niż całkowity obszar lądów na Ziemi.
W szczególności naukowcy odkryli, że regiony oceanów tropikalnych w pobliżu równika z czasem stawały się coraz bardziej zielone. Zmiana koloru oceanu wskazuje, że ekosystemy na powierzchni oceanu również muszą się zmieniać, ponieważ kolor oceanu jest dosłownym odzwierciedleniem organizmów i materiałów w jego wodach.
W tym momencie naukowcy nie mogą powiedzieć, jak dokładnie zmieniają się ekosystemy morskie, aby odzwierciedlić zmieniający się kolor. Ale są pewni jednego: zmiana klimatu spowodowana przez człowieka jest prawdopodobnie motorem.
„Prowadzę symulacje, które mówią mi od lat, że te zmiany koloru oceanu będą miały miejsce” – mówi współautorka badania Stephanie Dutkiewicz, starszy naukowiec w Departamencie Nauk o Ziemi, Atmosferze i Planetarności MIT oraz Centrum dla globalnej nauki o zmianach. „To, że faktycznie dzieje się to naprawdę, nie jest zaskakujące, ale przerażające. Zmiany te są zgodne z wywołanymi przez człowieka zmianami naszego klimatu”.
„Dostarcza to dodatkowych dowodów na to, jak działalność człowieka wpływa na życie na Ziemi w ogromnym zakresie przestrzennym” — dodaje główny autor BB Cael PhD ’19 z Narodowego Centrum Oceanografii w Southampton w Wielkiej Brytanii. „To kolejny sposób, w jaki ludzie wpływają na biosferę”.
Współautorami badania są także Stephanie Henson z Narodowego Centrum Oceanografii, Kelsey Bisson z Oregon State University i Emmanuel Boss z University of Maine.
Ponad hałasem
Kolor oceanu jest wizualnym produktem tego, co znajduje się w jego górnych warstwach. Ogólnie rzecz biorąc, ciemnoniebieskie wody odzwierciedlają bardzo mało życia, podczas gdy bardziej zielone wody wskazują na obecność ekosystemów, a głównie fitoplanktonu – roślinopodobnych drobnoustrojów, które występują obficie w górnej części oceanu i zawierają zielony barwnik chlorofil. Pigment pomaga planktonowi zbierać światło słoneczne, które wykorzystuje do wychwytywania dwutlenku węgla z atmosfery i przekształcania go w cukry.
Fitoplankton jest podstawą morskiej sieci pokarmowej, która utrzymuje coraz bardziej złożone organizmy, aż do kryla, ryb, ptaków morskich i ssaków morskich. Fitoplankton jest również potężnym mięśniem w zdolności oceanu do wychwytywania i magazynowania dwutlenku węgla. Dlatego naukowcy chcą monitorować fitoplankton w oceanach powierzchniowych i zobaczyć, jak te podstawowe społeczności mogą zareagować na zmianę klimatu. W tym celu naukowcy prześledzili zmiany w chlorofilu na podstawie stosunku ilości światła niebieskiego do zielonego odbijanego od powierzchni oceanu, co można monitorować z kosmosu
Ale około dekadę temu Henson, który jest współautorem obecnego badania, opublikował wraz z innymi artykuł, który wykazał, że gdyby naukowcy śledzili sam chlorofil, wykrycie jakiegokolwiek trendu zajęłoby co najmniej 30 lat ciągłego monitorowania który był napędzany w szczególności zmianami klimatycznymi. Zespół argumentował, że powodem było to, że duże, naturalne zmiany w chlorofilu z roku na rok przytłoczyłyby jakikolwiek antropogeniczny wpływ na stężenia chlorofilu. Dlatego wybranie znaczącego sygnału wywołanego zmianami klimatycznymi wśród normalnego szumu zajęłoby kilka dziesięcioleci.
W 2019 roku Dutkiewicz i jej współpracownicy opublikowali osobny artykuł, pokazując za pomocą nowego modelu, że naturalne zróżnicowanie innych kolorów oceanów jest znacznie mniejsze w porównaniu z chlorofilem. Dlatego każdy sygnał zmian spowodowanych zmianami klimatycznymi powinien być łatwiejszy do wykrycia w porównaniu z mniejszymi, normalnymi zmianami innych kolorów oceanów. Przewidywali, że takie zmiany powinny być widoczne w ciągu 20, a nie 30 lat monitorowania.
„Więc pomyślałem, czy nie ma sensu szukać trendu we wszystkich tych innych kolorach, a nie tylko w chlorofilu?” mówi Cael. „Warto przyjrzeć się całemu widmu, zamiast próbować oszacować jedną liczbę na podstawie bitów widma”.
Siła siódemki
W bieżącym badaniu Cael i zespół przeanalizowali pomiary koloru oceanu wykonane przez Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) na pokładzie satelity Aqua, który monitoruje kolor oceanu od 21 lat. MODIS wykonuje pomiary w siedmiu widzialnych długościach fal, w tym w dwóch kolorach, których naukowcy tradycyjnie używają do oszacowania zawartości chlorofilu.
Różnice w kolorze odbierane przez satelitę są zbyt subtelne, aby ludzkie oko mogło je rozróżnić. Znaczna część oceanu wydaje się naszym oczom niebieska, podczas gdy prawdziwy kolor może zawierać mieszankę subtelniejszych długości fal, od niebieskiego do zielonego, a nawet czerwonego.
Cael przeprowadził analizę statystyczną, wykorzystując łącznie wszystkie siedem kolorów oceanów zmierzonych przez satelitę w latach 2002-2022. Najpierw przyjrzał się, jak bardzo siedem kolorów zmieniło się w zależności od regionu w ciągu danego roku, co dało mu wyobrażenie o ich naturalnych odmianach. Następnie oddalił, aby zobaczyć, jak te roczne zmiany koloru oceanu zmieniały się na dłuższym odcinku dwóch dekad. Ta analiza wykazała wyraźny trend, powyżej normalnej zmienności rok do roku.
Aby sprawdzić, czy ten trend ma związek ze zmianami klimatycznymi, przyjrzał się następnie modelowi Dutkiewicza z 2019 r. Model ten symulował ziemskie oceany w dwóch scenariuszach: jeden z dodatkiem gazów cieplarnianych, a drugi bez niego. Model gazów cieplarnianych przewidywał, że w ciągu 20 lat powinien pojawić się znaczący trend, który powinien spowodować zmiany koloru oceanów w około 50 procentach powierzchni oceanów na świecie – prawie dokładnie to, co Cael odkrył w swojej analizie rzeczywistych satelitów dane.
„To sugeruje, że trendy, które obserwujemy, nie są przypadkowymi zmianami w systemie Ziemi” – mówi Cael. „Jest to zgodne z antropogeniczną zmianą klimatu”.
Wyniki zespołu pokazują, że monitorowanie kolorów oceanów poza chlorofilem może dać naukowcom wyraźniejszy i szybszy sposób wykrywania zmian w ekosystemach morskich spowodowanych zmianami klimatycznymi.
„Zmienił się kolor oceanów” – mówi Dutkiewicz. „I nie możemy powiedzieć w jaki sposób. Ale możemy powiedzieć, że zmiany koloru odzwierciedlają zmiany w społecznościach planktonu, które wpłyną na wszystko, co żywi się planktonem. Zmieni się również ilość węgla pochłanianego przez ocean, ponieważ różne rodzaje planktonu mają różne możliwości, aby to zrobić. Mamy więc nadzieję, że ludzie potraktują to poważnie. Nie tylko modele przewidują, że te zmiany nastąpią. Teraz możemy zobaczyć, jak to się dzieje, a ocean się zmienia.
Badania te były częściowo wspierane przez NASA.