Промените в климата причиняват значителни промени във фитопланктона в световните океани и ново проучване на MIT установява, че през следващите десетилетия тези промени ще повлияят на цвета на океана, засилвайки неговите сини и зелени региони. Сателитите трябва да откриват тези промени в оттенъка, осигурявайки ранно предупреждение за широкомащабни промени в морските екосистеми.
Writing in Nature Communications, изследователите съобщават, че са разработили глобален модел, който симулира растежа и взаимодействието на различни видове фитопланктон или водорасли и как сместа от видове на различни места ще се променя с повишаване на температурите около свят. Изследователите също така симулираха начина, по който фитопланктонът поглъща и отразява светлината и как цветът на океана се променя, тъй като глобалното затопляне засяга състава на фитопланктонните общности.
Изследователите проведоха модела до края на 21-ви век и откриха, че до 2100 г. повече от 50 процента от световните океани ще променят цвета си поради изменението на климата..
Проучването предполага, че сините региони, като субтропиците, ще станат още по-сини, отразявайки още по-малко фитопланктон - и живота като цяло - в тези води, в сравнение с днешния. Някои региони, които са по-зелени днес, като например близо до полюсите, могат да станат още по-тъмнозелени, тъй като по-високите температури предизвикват по-големи цъфтежи на по-разнообразен фитопланктон.
"Моделът предполага, че промените няма да изглеждат големи с просто око и океанът все още ще изглежда така, сякаш има сини региони в субтропиците и по-зелени региони близо до екватора и полюсите", казва водещият автор Стефани Дуткевич, главен изследовател в катедрата по земни, атмосферни и планетарни науки на Масачузетския технологичен институт и Съвместната програма за науката и политиката на глобалната промяна. "Този основен модел все още ще бъде там. Но ще бъде достатъчно различен, за да засегне останалата част от хранителната мрежа, която поддържа фитопланктон."
Съавторите на Dutkiewicz включват Оливър Ян от Масачузетския технологичен институт, Анна Хикман от Университета в Саутхемптън, Стефани Хенсън от Националния океанографски център Саутхемптън, Клоди Болио от Калифорнийския университет в Санта Круз и Ерван Моние от Университета на Калифорния в Дейвис.
Брой на хлорофил
Цветът на океана зависи от това как слънчевата светлина взаимодейства с всичко, което е във водата. Водните молекули сами абсорбират почти цялата слънчева светлина, с изключение на синята част от спектъра, която се отразява обратно. Следователно относително безплодните региони на открития океан изглеждат като наситено сини от космоса. Ако има някакви организми в океана, те могат да абсорбират и отразяват различни дължини на вълната на светлината, в зависимост от техните индивидуални свойства.
Фитопланктонът, например, съдържа хлорофил, пигмент, който абсорбира предимно сините части на слънчевата светлина, за да произвежда въглерод за фотосинтеза, и по-малко в зелените части. В резултат на това повече зелена светлина се отразява обратно от океана, придавайки на богатите на водорасли региони зеленикав оттенък.
От края на 90-те години на миналия век сателитите правят непрекъснати измервания на цвета на океана. Учените са използвали тези измервания, за да изведат количеството хлорофил и в допълнение фитопланктона в даден океански регион. Но Дуткевич казва, че хлорофилът не отразява непременно чувствителния сигнал за изменението на климата. Всякакви значителни промени в хлорофила може много добре да се дължат на глобалното затопляне, но те също могат да се дължат на "естествена променливост" - нормални, периодични повишения на хлорофила, дължащи се на природни, свързани с времето явления.
"Събитие на Ел Ниньо или Ла Ниня ще доведе до много голяма промяна в хлорофила, защото променя количеството хранителни вещества, които влизат в системата", казва Дуткевич. "Поради тези големи, естествени промени, които се случват на всеки няколко години, е трудно да се види дали нещата се променят поради изменението на климата, ако просто гледате хлорофил."
Моделиране на океанска светлина
Вместо да търси изведени оценки за хлорофила, екипът се чудеше дали могат да видят ясен сигнал за ефекта на изменението на климата върху фитопланктона само чрез сателитни измервания на отразената светлина.
Групата настрои компютърен модел, който е използвала в миналото, за да предскаже промените на фитопланктона с повишаване на температурите и подкиселяването на океана. Този модел взема информация за фитопланктона, като например какво консумират и как растат, и включва тази информация във физически модел, който симулира теченията и смесването на океана.
Този път изследователите добавиха нов елемент към модела, който не е включен в други техники за моделиране на океана: способността да се оценят специфичните дължини на светлината, които се абсорбират и отразяват от океана, в зависимост от количеството и вида на организмите в даден регион.
"Слънчевата светлина ще влезе в океана и всичко, което е в океана, ще го абсорбира, като хлорофил", казва Дуткевич. "Други неща ще го абсорбират или разпръскват, като нещо с твърда обвивка. Така че това е сложен процес, как светлината се отразява обратно от океана, за да му придаде цвета."
Когато групата сравнява резултатите от своя модел с действителните измервания на отразената светлина, които сателитите са направили в миналото, те откриват, че двамата са съгласни достатъчно добре, че моделът може да се използва за предсказване на цвета на океана при промяна на условията на околната среда в бъдещето.
"Хубавото на този модел е, че можем да го използваме като лаборатория, място, където можем да експериментираме, за да видим как нашата планета ще се промени", казва Дуткевич.
Сигнал в синьо и зелено
Тъй като изследователите повишиха глобалните температури в модела, с до 3 градуса по Целзий до 2100 г. - това, което повечето учени прогнозират, ще се случи при обичайния сценарий на относително никакви действия за намаляване на парниковите газове - установиха че дължините на светлината в синьо-зелената вълнова лента реагират най-бързо.
Нещо повече, Dutkiewicz отбеляза, че тази синьо-зелена вълнова лента показва много ясен сигнал или изместване, дължащо се специално на изменението на климата, което се случва много по-рано от това, което учените са открили преди, когато са търсили хлорофил, който те прогнозират ще покаже промяна, предизвикана от климата до 2055 г.
"Хлорофилът се променя, но всъщност не можете да го видите поради невероятната му естествена променливост", казва Дуткевич."Но можете да видите значителна промяна, свързана с климата в някои от тези вълнови ленти, в сигнала, изпращан до сателитите. Така че това е мястото, където трябва да търсим в сателитните измервания, за истински сигнал за промяна."
Според техния модел, изменението на климата вече променя състава на фитопланктона, а оттам и цвета на океаните. До края на века нашата синя планета може да изглежда видимо променена.
"Ще има забележима разлика в цвета на 50 процента от океана до края на 21-ви век", казва Дуткевич. "Това може да бъде потенциално доста сериозно. Различните видове фитопланктон поглъщат светлината по различен начин и ако изменението на климата измести една общност от фитопланктон към друга, това също ще промени видовете хранителни мрежи, които могат да поддържат."
