Meget af overfladehavet vil ændre farve i slutningen af ​​det 21. århundrede:undersøgelse

Klimaændringer forårsager betydelige ændringer af planteplankton i verdenshavene, og en ny MIT -undersøgelse viser, at disse ændringer i de kommende årtier vil påvirke havets farve, intensiverer sine blå og grønne områder. Satellitter bør registrere disse ændringer i farvetone, give tidlig advarsel om omfattende ændringer af marine økosystemer.

Skriver ind Naturkommunikation , forskere rapporterer, at de har udviklet en global model, der simulerer vækst og interaktion mellem forskellige arter af planteplankton, eller alger, og hvordan sammensætningen af ​​arter forskellige steder vil ændre sig, når temperaturen stiger rundt om i verden. Forskerne simulerede også den måde, planteplankton absorberer og reflekterer lys, og hvordan havets farve ændres i takt med at global opvarmning påvirker sammensætningen af ​​fytoplanktonsamfund.

Forskerne kørte modellen i slutningen af ​​det 21. århundrede og fandt ud af, at i år 2100, mere end 50 procent af verdens oceaner vil ændre farve på grund af klimaforandringer.

Undersøgelsen tyder på, at blå områder, såsom subtropiske, bliver endnu mere blå, afspejler endnu mindre fytoplankton - og livet generelt - i disse farvande, sammenlignet med i dag. Nogle regioner, der er grønnere i dag, såsom nær polerne, kan blive endnu dybere grøn, efterhånden som varmere temperaturer brygger større blomster af mere forskelligartet planteplankton.

"Modellen antyder, at ændringerne ikke ser store ud for det blotte øje, og havet vil stadig se ud som om det har blå områder i subtroperne og grønnere områder nær ækvator og poler, "siger hovedforfatter Stephanie Dutkiewicz, en hovedforsker ved MIT's Department of Earth, Atmosfærisk, og planetariske videnskaber og det fælles program om videnskab og politik for global forandring. "Det grundlæggende mønster vil stadig være der. Men det vil være nok anderledes, at det vil påvirke resten af ​​fødevarenettet, som planteplankton understøtter."

Dutkiewicz's medforfattere omfatter Oliver Jahn fra MIT, Anna Hickman fra University of Southhampton, Stephanie Henson fra National Oceanography Center Southampton, Claudie Beaulieu fra University of California i Santa Cruz, og Erwan Monier fra University of California at Davis.

Klorofyltælling

Havets farve afhænger af, hvordan sollys interagerer med det, der er i vandet. Vandmolekyler alene absorberer næsten alt sollys bortset fra den blå del af spektret, som reflekteres tilbage. Derfor, relativt golde områder med åbent hav fremstår som dybblå fra rummet. Hvis der er organismer i havet, de kan absorbere og reflektere forskellige bølgelængder af lys, afhængigt af deres individuelle egenskaber.

Fytoplankton, for eksempel, indeholder klorofyl, et pigment, der hovedsageligt absorberes i de blå dele af sollys for at producere kulstof til fotosyntese, og mindre i de grønne portioner. Som resultat, mere grønt lys reflekteres tilbage ud af havet, giver algerige regioner en grønlig nuance.

Siden slutningen af ​​1990'erne har satellitter har taget kontinuerlige målinger af havets farve. Forskere har brugt disse målinger til at udlede mængden af ​​klorofyl, og i forlængelse heraf, planteplankton, i en given havregion. Men Dutkiewicz siger, at klorofyl ikke nødvendigvis afspejler det følsomme signal om klimaændringer. Eventuelle betydelige svingninger i klorofyl kan meget vel skyldes global opvarmning, men de kan også skyldes "naturlig variation" - normal, periodiske stigninger i klorofyl på grund af naturlige, vejrrelaterede fænomener.

"En El Niño- eller La Niña -begivenhed vil medføre en meget stor ændring i klorofyl, fordi det ændrer mængden af ​​næringsstoffer, der kommer ind i systemet, "Siger Dutkiewicz." På grund af disse store, naturlige ændringer, der sker hvert par år, det er svært at se, om tingene ændrer sig på grund af klimaændringer, hvis du bare ser på klorofyl. "

Modellering af havlys

I stedet for at se på afledte skøn over klorofyl, holdet spekulerede på, om de kunne se et klart signal om klimaændringernes effekt på planteplankton ved at se på satellitmålinger af reflekteret lys alene.

Gruppen justerede en computermodel, som den tidligere har brugt til at forudsige fytoplanktonændringer med stigende temperaturer og forsuring af havet. Denne model tager oplysninger om planteplankton, såsom hvad de spiser, og hvordan de vokser, og inkorporerer disse oplysninger i en fysisk model, der simulerer havets strømme og blanding.

Denne gang, forskerne tilføjede et nyt element til modellen, der ikke er inkluderet i andre havmodelleringsteknikker:evnen til at estimere de specifikke bølgelængder af lys, der absorberes og reflekteres af havet, afhængigt af mængden og typen af ​​organismer i en given region.

"Sollys kommer i havet, og alt, hvad der er i havet, vil absorbere det, som klorofyl, "Siger Dutkiewicz." Andre ting vil absorbere eller sprede det, som noget med en hård skal. Så det er en kompliceret proces, hvordan lys reflekteres tilbage ud af havet for at give det sin farve. "

Da gruppen sammenlignede resultaterne af deres model med faktiske målinger af reflekteret lys, som satellitter tidligere havde taget, de fandt de to enige godt nok om, at modellen kunne bruges til at forudsige havets farve, efterhånden som miljøforholdene ændrer sig i fremtiden.

"Det fine ved denne model er, vi kan bruge det som et laboratorium, et sted, hvor vi kan eksperimentere, for at se, hvordan vores planet vil ændre sig, "Siger Dutkiewicz.

Et signal i blues og greener

Da forskerne skruede op for de globale temperaturer i modellen, med op til 3 grader Celsius i 2100-hvad de fleste forskere forudser vil ske under et business-as-usual-scenario med relativt ingen handling for at reducere drivhusgasser-fandt de ud af, at lysbølgelængder i det blå/grønne bølgebånd reagerede hurtigst.

Hvad mere er, Dutkiewicz observerede, at dette blå/grønne bølgebånd viste et meget klart signal, eller skift, specifikt på grund af klimaændringer, finder sted meget tidligere end hvad forskere tidligere har fundet, da de så til klorofyl, som de forventede ville udvise en klimadrevet ændring i 2055.

"Klorofyl ændrer sig, men du kan ikke rigtig se det på grund af dets utrolige naturlige variation, "Siger Dutkiewicz." Men du kan se en betydelig, klimarelateret skift i nogle af disse bølgebånd, i signalet, der sendes ud til satellitterne. Så det er her, vi skal kigge efter satellitmålinger, for et reelt signal om forandring. "

Ifølge deres model, klimaændringer ændrer allerede sammensætningen af ​​fytoplankton, og i forlængelse heraf, farven på havene. Ved slutningen af ​​århundredet, vores blå planet kan se synligt ændret ud.

"Der vil være en mærkbar forskel i farven på 50 procent af havet ved udgangen af ​​det 21. århundrede, "Siger Dutkiewicz." Det kan potentielt være ganske alvorligt. Forskellige typer af planteplankton absorberer lys forskelligt, og hvis klimaforandringer flytter et samfund af fytoplankton til et andet, det vil også ændre de typer af madbaner, de kan understøtte. "