Zmiana klimatu powoduje znaczące zmiany w stanie fitoplanktonu w oceanach, a nowe badanie MIT wykazało, że zmiany te będą miały ogromny wpływ na kolor oceanu w nadchodzących dziesięcioleciach, intensyfikując jego niebieskie i zielone obszary. Satelity powinny wykrywać te zmiany odcienia i dawać wczesne ostrzeżenie o rozległych zmianach w ekosystemach morskich.
W czasopiśmie Nature Communications naukowcy donoszą, że opracowali globalny model, który naśladuje wzrost i interakcję różnych typów fitoplanktonu lub glonów oraz to, jak zmieni się mieszanka gatunków w różnych miejscach wraz ze wzrostem temperatury na całym świecie. Naukowcy stworzyli również model, w jaki sposób fitoplankton pochłania i odbija światło oraz jak zmienia się kolor oceanu, gdy globalne ocieplenie wpływa na skład społeczności fitoplanktonu.
Naukowcy przetestowali swój model, uruchamiając go do końca XXI wieku i odkryli, że do 2100 roku ponad 50% światowych oceanów zmieni kolor z powodu zmian klimatycznych.
Badanie sugeruje, że obszary niebieskie, takie jak strefy podzwrotnikowe, staną się jeszcze bardziej niebieskie, ponieważ w tych wodach jest mniej fitoplanktonu - i ogólnie życia - w porównaniu z obecnym stanem rzeczy. Niektóre regiony, które są dziś bardziej zielone, na przykład te w pobliżu biegunów, mogą stać się jeszcze bardziej zielone, ponieważ wyższe temperatury prowadzą do namnażania się różnych fitoplanktonu.
„Ten model zakłada, że zmiany te nie będą łatwe do zauważenia gołym okiem, a ocean nadal będzie wyglądał tak, jakby miał niebieskie obszary w strefie podzwrotnikowej i bardziej zielone obszary w pobliżu równika i biegunów” - mówi naczelna autorka Stephanie Datkiewicz z Science Division. Ziemia, atmosfera i planeta w Massachusetts Institute of Technology. „Ten podstawowy schemat pozostanie taki sam. Jednak zmiany głębokości będą na tyle znaczące, że wpłyną na pozostałą część łańcucha pokarmowego fitoplanktonu”.
Kolor oceanów zależy od ilości chlorofilu
Kolor oceanu zależy od interakcji światła słonecznego z tym, co znajduje się w wodzie. Tylko cząsteczki wody pochłaniają prawie całe światło słoneczne, z wyjątkiem niebieskiej części widma - jest ono odbijane. W konsekwencji stosunkowo jałowe obszary otwartego oceanu wydają się z kosmosu ciemnoniebieskie. Jeśli w oceanie są jakieś organizmy, mogą pochłaniać i odbijać fale świetlne o różnej długości, w zależności od ich indywidualnych właściwości.
Film promocyjny:
Na przykład fitoplankton zawiera chlorofil, pigment, który pochłania głównie niebieskie części światła słonecznego, wytwarzając węgiel do fotosyntezy, a w mniejszym stopniu części zielone. W rezultacie więcej zielonego światła odbija się od oceanu, co nadaje obszarom bogatym w glony zielonkawy odcień.
Od późnych lat 90-tych satelity nieustannie mierzyły kolor oceanu. Naukowcy wykorzystali te pomiary, aby określić ilość chlorofilu, a co za tym idzie, fitoplanktonu w określonym obszarze oceanu. Ale Datkevich mówi, że chlorofil niekoniecznie będzie odzwierciedlał wrażliwy sygnał zmiany klimatu. Wszelkie znaczące wahania zawartości chlorofilu mogą być również spowodowane globalnym ociepleniem, ale także „naturalną zmiennością”, normalnymi okresowymi skokami zawartości chlorofilu w wyniku naturalnych zjawisk pogodowych.
„Zdarzenie El Niño lub La Niña spowoduje bardzo duże zmiany w chlorofilu, ponieważ zmienia ilość składników odżywczych wprowadzanych do systemu” - mówi Datkevich. „Przy tych dużych, naturalnych zmianach, które zachodzą co kilka lat, trudno jest stwierdzić, czy zmiany klimatyczne ulegną zmianie, patrząc tylko na chlorofil”.
Symulacja światła oceanu
Zamiast patrzeć na szacunki uzyskanego chlorofilu, zespół zastanawiał się, czy istnieje wyraźny sygnał o wpływie zmian klimatu na fitoplankton, jeśli spojrzeć tylko na satelitarne pomiary światła odbitego.
Zespół udoskonalił model komputerowy, który był używany w przeszłości do przewidywania zmian fitoplanktonu wraz ze wzrostem temperatury i zakwaszeniem oceanów. Model ten pobiera informacje o fitoplanktonie, takie jak spożycie pożywienia i sposób jego wzrostu, i włącza te informacje do modelu fizycznego, który przedstawia prądy oceaniczne i ich mieszanie.
Tym razem jednak naukowcy dodali do modelu nowy element, który nie został uwzględniony w innych metodach modelowania oceanów: możliwość oszacowania określonych długości fal światła, które są pochłaniane i odbijane przez ocean, w zależności od liczby i rodzaju organizmów w danym regionie.
„Światło słoneczne uderza w ocean i wszystko w oceanie pochłania je jak chlorofil” - mówi Datkevich. „Inne rzeczy to pochłoną lub rozproszą. Zatem określenie, jak światło odbije się od oceanu i nada mu kolor, jest trudne.
Okazało się, że model naukowców może posłużyć do przewidywania koloru oceanu przy zmianie warunków środowiskowych w przyszłości. A najlepsze jest to, że można go używać w laboratorium.
Sygnał w niebiesko-zielonych odcieniach
Kiedy naukowcy dodali globalne temperatury do modelu i podnieśli je o 3 stopnie do 2100 r. - jak przewiduje większość naukowców, jeśli nie zostaną podjęte żadne działania w celu zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych - odkryli, że długości fal światła w niebieskiej i zielonej części widma reagowały najszybciej. …
Co więcej, ten niebiesko-zielony zakres długości fal pokazuje bardzo wyraźny sygnał lub przesunięcie związane ze zmianą klimatu: zmiana następuje wcześniej niż oczekiwano, gdy naukowcy przyjrzeli się chlorofilowi.
„Zmienia się chlorofil, ale nie można tego zobaczyć ze względu na niesamowitą naturalną zmienność” - mówi Datkevich. „Jednak w sygnale wysyłanym do satelitów widać znaczące zmiany klimatyczne w niektórych z tych zakresów fal. Dlatego właśnie powinniśmy szukać rzeczywistego sygnału zmian w pomiarach satelitarnych”.
Zgodnie z modelem naukowców, zmiany klimatyczne już teraz zmieniają skład fitoplanktonu, a tym samym kolor oceanów. Pod koniec stulecia nasza błękitna planeta zmieni się dramatycznie.
„Pod koniec XXI wieku nastąpi zauważalna zmiana koloru 50% oceanów. Zmiana będzie dość duża. Różne rodzaje fitoplanktonu pochłaniają światło na różne sposoby, a jeśli zmiana klimatu przenosi jedną społeczność fitoplanktonu na inną, zmieni to również rodzaje sieci pokarmowych, które mogą wspierać.”
Ilya Khel