Dlaczego zmienia się kolor oceanów

Jak wykazali wspierani przez NASA naukowcy z amerykańskiego Massachusetts Institute of Technology (MIT), brytyjskiego National Oceanography Center oraz innych ośrodków, w ciągu ostatnich 20 lat istotnej zmianie uległ kolor oceanów, a ten globalny trend jest prawdopodobnie konsekwencją wywołanych przez człowieka zmian klimatu, ponieważ nie można go wytłumaczyć wyłącznie naturalną zmiennością z roku na rok.

Choć dla ludzkiego oka zmiany koloru wód są słabo dostrzegalne, wyraźnie widzi je aparatura badawcza. Objęły już ponad 56 proc. światowych oceanów, czyli obszar większy niż całkowita powierzchnia lądów na Ziemi.

Oceany coraz bardziej zielone

W szczególności tropikalne regiony oceanów w pobliżu równika z czasem stawały się coraz bardziej zielone. Wskazuje to, że ekosystemy na powierzchni oceanu również muszą się zmieniać, ponieważ kolor oceanu dosłownie odzwierciedla organizmy i substancje znajdujące się w jego wodach.

Choć dokładna natura zmian w ekosystemach i jej wpływ na kolor wód nie są na razie znane, naukowcy są pewni, że przyczyną jest zmiana klimatu spowodowana przez człowieka.

„Prowadzę symulacje, które od lat mówią mi, że te zmiany koloru oceanu nastąpią – powiedziała współautorka badania Stephanie Dutkiewicz z MIT oraz Center for Global Change Science. - Obserwowanie, jak to się naprawdę dzieje, 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 na ogromnej przestrzeni wpływa na życie na Ziemi – dodał główny autor, dr B.B. Cael z National Oceanography Center w Southampton (Wielka Brytania). - 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.

Ogólnie rzecz biorąc, wody o barwie ciemnoniebieskiej odzwierciedlają bardzo małą obecność organizmów żywych; natomiast bardziej zielone wody wskazują na obecność ekosystemów, a głównie fitoplanktonu — glonów i sinic, które występują obficie w górnej części oceanu i zawierają zielony barwnik - chlorofil, dzięki któremu wykorzystują światło słoneczne 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 oraz ptaków i ssaków morskich. Fitoplankton pozwala oceanom również na wychwytywanie i magazynowanie dwutlenku węgla.

Monitorowanie fitoplanktonu w wodach oceanów pozwala zobaczyć, jak reaguje on na zmiany klimatyczne. Naukowcy prześledzili zmiany dotyczące chlorofilu na podstawie stosunku ilości światła niebieskiego do zielonego odbijanego od powierzchni oceanu, co można monitorować z kosmosu.

Jednak już kilka lat temu Stephanie Henson, która jest współautorką obecnego badania, opublikowała wraz z innymi artykuł, w którym wykazała, że gdyby naukowcy śledzili sam chlorofil, wykrycie jakiegokolwiek trendu zajęłoby co najmniej 30 lat ciągłego monitorowania. Duże, naturalne wahania zawartości chlorofilu z roku na rok przeważyłyby nad wpływem zmian wywołanych przez człowieka na stężenia chlorofilu. Oddzielenie sygnałów wskazujących na zmiany klimatu od normalnego „szumu” trwałoby całe dekady.

W 2019 roku Stephanie Dutkiewicz i jej współpracownicy opublikowali artykuł, pokazując za pomocą nowego modelu, że naturalne zróżnicowanie innych kolorów oceanów jest znacznie mniejsze w porównaniu z chlorofilem, dzięki czemu każdy sygnał zmian spowodowanych zmianami klimatycznymi powinien być łatwiejszy do wykrycia. Przewidywali, że takie zmiany powinny być zauważalne w ciągu 20, a nie 30 lat monitorowania.

Jakie są oceany?

W bieżącym badaniu dr 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 dla dwóch kolorów, których naukowcy tradycyjnie używają do oszacowania zawartości chlorofilu. Większa 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 wszystkie siedem kolorów oceanów zmierzonych przez satelitę w latach 2002-2022. Najpierw przyjrzał się, jak bardzo tych siedem kolorów zmieniało się z regionu na region w ciągu danego roku, co dało mu wyobrażenie o ich naturalnej zmienności. Następnie przeanalizował, jak te coroczne zmiany koloru oceanu zmieniały się w ciągu dwóch dekad. Analiza wykazała wyraźny trend, powyżej normalnej zmienności rok do roku.

Aby sprawdzić, czy ten trend ma związek ze zmianami klimatycznymi, Cael wykorzystał model Dutkiewicz z roku 2019. Model ten symulował ziemskie oceany w dwóch scenariuszach: jeden przy obecności gazów cieplarnianych, a drugi bez niego. W ciągu 20 lat ta tendencja powinna była spowodować zmiany koloru oceanów na około 50 proc. powierzchni oceanów świata – czyli prawie dokładnie to, co Cael odkrył w swojej analizie rzeczywistych danych satelitarnych.

„Sugeruje to, że trendy, które obserwujemy, nie są przypadkowymi zmianami w ziemskim systemie – powiedział Cael. - Jest to zgodne z antropogeniczną zmianą klimatu”. Uzyskane przez zespół wyniki pokazują, że nieograniczające się do chlorofilu monitorowanie kolorów oceanów może być skuteczniejszym i szybszym sposobem wykrywania spowodowanych zmianami klimatycznymi zmian w ekosystemach morskich.

"Kolor oceanów się zmienił – wskazała Dutkiewicz. - Nie możemy wytłumaczyć, jak. Ale możemy powiedzieć, że zmiany koloru odzwierciedlają zmiany w zbiorowiskach planktonu, które będą miały wpływ na wszystko, co żywi się planktonem. Zmieni się także wychwytywanie dwutlenku węgla przez oceany, ponieważ różne rodzaje planktonu mają do tego różną zdolność. Mamy więc nadzieję, że ludzie potraktują to poważnie. Nie tylko modele przewidują, że te zmiany nastąpią. Widzimy, że to się dzieje, że oceany się zmieniają”