Дослідження показують разючі зміни відтінків океану

Колір океану суттєво змінився за останні 20 років, і ця глобальна тенденція, ймовірно, є наслідком зміни клімату, спричиненої діяльністю людини, повідомляють вчені Массачусетського технологічного інституту, Національного океанографічного центру Великобританії та інших країн.

У дослідженні, опублікованому 12 липня в журналі Nature, команда пише, що вони виявили зміни кольору океану за останні два десятиліття, які неможливо пояснити лише природною змінністю від року до року. Ці зміни кольору, хоч і непомітні для людського ока, відбулися на 56 відсотках світового океану — площі, яка перевищує загальну площу суші на Землі.

Зокрема, дослідники виявили, що тропічні океанічні регіони поблизу екватора з часом стали зеленішими. Зміна кольору океану вказує на те, що екосистеми на поверхні океану також повинні змінюватися, оскільки колір океану є буквальним відображенням організмів і матеріалів у його водах. На цей час дослідники не можуть сказати, як саме змінюються морські екосистеми, щоб відобразити зміну кольору. Але вони майже впевнені в одному: рушійною силою є зміна клімату, спричинена діяльністю людини.

Щоб відстежити зміни кольору океану, вчені проаналізували вимірювання кольору океану, зроблені спектрорадіометром із середньою роздільною здатністю (MODIS) на борту супутника Aqua, який спостерігав за кольором океану протягом 21 року. Авторство зображення: NASA та Джошуа Стівенс, використовуючи дані Landsat Геологічної служби США та дані MODIS від LANCE/EOSDIS Rapid Response.

«Я проводила симуляції, які роками повідомляли мені, що ці зміни кольору океану відбудуться», — каже співавтор дослідження Стефані Дуткевич, старший науковий співробітник Департаменту Землі, атмосфери та планет Массачусетського технологічного інституту та Центру для науки про глобальні зміни. «Побачити, як це відбувається насправді, не дивно, а лякає. І ці зміни узгоджуються зі змінами нашого клімату, спричиненими людиною».

«Це дає додаткові докази того, як людська діяльність впливає на життя на Землі у величезному просторі, — додає провідний автор Б. Кейл, доктор філософії ’19 з Національного океанографічного центру в Саутгемптоні, Великобританія. — Це ще один спосіб, яким люди впливають на біосферу».

Серед співавторів дослідження також Стефані Хенсон з Національного океанографічного центру, Келсі Біссон з Університету штату Орегон та Еммануель Босс з Університету Мен.

Над шумом

Колір океану є візуальним продуктом того, що лежить у його верхніх шарах. Як правило, темно-сині води відображають дуже мало життя, тоді як більш зелені води вказують на присутність екосистем і, головним чином, фітопланктону — рослиноподібних мікробів, які поширені у верхній частині океану та містять зелений пігмент хлорофіл. Пігмент допомагає планктону збирати сонячне світло, яке вони використовують для захоплення вуглекислого газу з атмосфери та перетворення його на цукор.

Фітопланктон є основою морської харчової мережі, яка підтримує все більш складні організми, аж до криля, риби, морських птахів і морських ссавців. Фітопланктон також є потужним м’язом здатності океану вловлювати та зберігати вуглекислий газ. Тому вчені прагнуть спостерігати за фітопланктоном на поверхні океанів і бачити, як ці важливі спільноти можуть відреагувати на зміну клімату. Для цього вчені відстежили зміни в хлорофілі на основі співвідношення кількості синього та зеленого світла, відбитого від поверхні океану, яке можна спостерігати з космосу.

Але близько десяти років тому Хенсон, який є співавтором нинішнього дослідження, разом з іншими опублікував статтю, яка показала, що якби вчені відстежували лише хлорофіл, знадобилося б принаймні 30 років постійного моніторингу, щоб виявити будь-яку тенденцію. що було викликано саме зміною клімату. Причина, як стверджувала команда, полягала в тому, що великі природні коливання хлорофілу з року в рік перевищать будь-який антропогенний вплив на концентрацію хлорофілу. Тому знадобиться кілька десятиліть, щоб серед звичайного шуму вибрати значущий сигнал, спричинений зміною клімату.

У 2019 році Дуткевич та її колеги опублікували окрему статтю, показуючи за допомогою нової моделі, що природна варіація інших кольорів океану набагато менша порівняно з хлорофілом. Тому будь-який сигнал про зміни, спричинені зміною клімату, має бути легше виявити порівняно з меншими, нормальними варіаціями інших кольорів океану. Вони передбачили, що такі зміни повинні стати очевидними протягом 20, а не 30 років моніторингу.

«Тож я подумав: чи не має сенсу шукати тренд у всіх цих інших кольорах, а не в одному лише хлорофілі?» Келл каже. «Варто розглядати весь спектр, а не просто намагатися оцінити одне число з частин спектра».

Сила семи

У поточному дослідженні Кейл і команда проаналізували вимірювання кольору океану, зроблені спектрорадіометром із середньою роздільною здатністю (MODIS) на борту супутника Aqua, який спостерігав за кольором океану протягом 21 року. MODIS проводить вимірювання на семи видимих ​​довжинах хвиль, включаючи два кольори, які дослідники традиційно використовують для оцінки хлорофілу.

Відмінності в кольорі, які вловлює супутник, надто ледве помітні, щоб їх людське око розрізнило. Значна частина океану виглядає блакитною для нашого ока, тоді як справжній колір може містити суміш більш тонких довжин хвиль, від синього до зеленого і навіть червоного.

Cael провів статистичний аналіз, використовуючи разом усі сім кольорів океану, виміряних супутником з 2002 по 2022 рік. Спочатку він подивився, наскільки сім кольорів змінилися від регіону до регіону протягом певного року, що дало йому уявлення про їхні природні варіації. Потім він зменшив масштаб, щоб побачити, як ці річні коливання кольору океану змінювалися протягом більш тривалого періоду в два десятиліття. Цей аналіз виявив чітку тенденцію, що перевищує звичайну річну мінливість.

Щоб з’ясувати, чи пов’язана ця тенденція зі зміною клімату, він звернувся до моделі Дуткевича з 2019 року. Ця модель імітувала океани Землі за двома сценаріями: один із додаванням парникових газів, а інший – без нього. Модель парникових газів передбачила, що значна тенденція має проявитися протягом 20 років і що ця тенденція повинна спричинити зміни кольору океану в приблизно 50 відсотках поверхні світового океану — майже точно те, що Кеел виявив у своєму аналізі реальних супутникових даних.

«Це свідчить про те, що тенденції, які ми спостерігаємо, не є випадковими змінами в земній системі», — говорить Келл. «Це узгоджується з антропогенними змінами клімату».

Результати команди показують, що моніторинг кольорів океану, окрім хлорофілу, може дати вченим більш чіткий і швидкий спосіб виявлення змін у морських екосистемах, спричинених зміною клімату.

«Колір океанів змінився», — каже Дуткевич. «І ми не можемо сказати, як. Але ми можемо сказати, що зміни кольору відображають зміни в планктонних спільнотах, які вплинуть на все, що живиться планктоном. Це також змінить кількість вуглецю в океані, оскільки різні типи планктону мають різні здібності до цього. Тому ми сподіваємося, що люди сприймуть це серйозно. Ці зміни прогнозують не лише моделі. Тепер ми бачимо, як це відбувається, і океан змінюється». Джерело