Изменение климата вызывает значительные изменения в состоянии фитопланктона в Мировом океане, и новое исследование MIT показало, что в ближайшие десятилетия эти изменения сильно повлияют на цвет океана, усиливая его синие и зеленые области. Спутники должны обнаружить эти изменения оттенка и заранее предупредить о широкомасштабных изменениях морских экосистем.
В журнале Nature Communications ученые сообщают, что разработали глобальную модель, которая имитирует рост и взаимодействие различных видов фитопланктона, или водорослей, а также то, как смесь видов в различных местах будет меняться при повышении температуры по всему миру. Исследователи также смоделировали, как фитопланктон поглощает и отражает свет, и как меняется цвет океана, поскольку глобальное потепление влияет на состав сообществ фитопланктона.
Исследователи опробовали свою модель, прокрутив ее до конца 21 века, и выяснили, что к 2100 году больше 50% мировых океанов сменят свой цвет, вследствие изменения климата.
Исследование предполагает, что синие области, такие как субтропики, станут еще более синими, поскольку фитопланктона станет меньше — и жизни в целом — в этих водах, если сравнивать с современным положением дел. Некоторые регионы, которые сегодня более зеленые, вроде тех, что около полюсов, могут стать еще зеленее, так как более высокие температуры приводят к распространению разнообразного фитопланктона..
«Эта модель предполагает, что невооруженному глазу эти изменения будет заметить нелегко, и океан все равно будет выглядеть так, будто у него есть синие области в субтропиках и более зеленые — возле экватора и полюсов», говорит ведущий автор работы Стефани Даткевич из Отделения наук о Земле, атмосфере и планете Массачусетского технологического института. «Эта базовая схема останется прежней. Однако глубинные изменения будут достаточно существенные, чтобы повлиять на остальную пищевую цепочку, которая держится на фитопланктоне».
Содержание
- 1 Цвет океанов зависит от количества хлорофилла
- 2 Моделирование океанского света
- 3 Сигнал в сине-зеленых тонах
Цвет океанов зависит от количества хлорофилла
Цвет океана зависит от того, как солнечный свет взаимодействует с тем, что находится в воде. Только молекулы воды поглощают почти весь солнечный свет, за исключением синей части спектра — она отражается. Следовательно, относительно бесплодные области открытого океана кажутся темно-синими из космоса. Если в океане есть какие-либо организмы, они могут поглощать и отражать световые волны различной длины, в зависимости от их индивидуальных свойств.
Фитопланктон, например, содержит хлорофилл, пигмент, который поглощает в основном синие участки солнечного света, производя углерод для фотосинтеза, и в меньшей степени — зеленые части. В результате, больше зеленого света отражается от океана, что придает областям, богатым водорослями, зеленоватый оттенок.
С конца 1990-х годов спутники постоянно измеряли цвет океана. Ученые использовали эти измерения для получения количества хлорофилла и, соответственно, фитопланктона в конкретном районе океана. Но Даткевич говорит, что хлорофилл не обязательно будет отражать чувствительный сигнал изменения климата. Любые значительные колебания в хлорофилле вполне могут быть вызваны глобальным потеплением, но также — «природной изменчивостью», нормальными периодическими скачками в хлорофилле из-за природных явлений, связанных с погодой.
«Событие уровня Эль-Ниньо или Ла-Нинья вызовет очень большие изменения в хлорофилле, потому что меняет количество питательных веществ, поступающих в систему», говорит Даткевич. «Из-за этих больших, природных изменений, которые случаются каждые несколько лет, трудно понять, изменится ли ситуация из-за изменения климата, если просто смотреть на хлорофилл».
Моделирование океанского света
Вместо того, чтобы смотреть на полученные оценки хлорофилла, команда задалась вопросом, можно ли увидеть четкий сигнал о влиянии изменения климата на фитопланктон, если смотреть только на спутниковые измерения отраженного света.
Группа доработала компьютерную модель, которую использовала в прошлом для прогнозирования изменений фитопланктона при повышении температуры и подкислении океана. Эта модель берет информацию о фитопланктоне, такую как его потребляемая пища, и как он растет, и включает эту информацию в физическую модель, которая демонстрирует океанические течения и перемешивание.
На этот раз, впрочем, ученые добавили в модель новый элемент, который не был включен в другие методы моделирования океана: способность оценивать конкретные длины волн света, которые поглощаются и отражаются океаном, в зависимости от количества и типа организмов определенного региона.
«Солнечный свет попадает в океан, и все, что находится в океане, поглощает его, как хлорофилл», говорит Даткевич. «Другие вещи будут поглощать его или рассеивать. Так что определить, как свет будет отражаться от океана и придавать ему цвет, достаточно трудно.
Выяснилось, что модель ученых может использоваться для прогнозирования цвета океана при изменении условий окружающей среды в будущем. И самое лучшее в этом то, что его можно использовать в лаборатории.
Сигнал в сине-зеленых тонах
Когда ученые добавили в модель глобальные температуры и повысили их на 3 градуса к 2100 году — таков прогноз большинства ученых, если никаких действий по сокращению выброса парниковых газов предприниматься не будет — они обнаружили, что длины волн света в синем и зеленом частях спектра отреагировали быстрее всех.
Более того, этот сине-зеленый волновой диапазон демонстрирует очень четкий сигнал, или сдвиг, связанный с изменением климата: смещение происходит раньше, чем ожидалось, когда ученые смотрели на хлорофилл.
«Хлорофилл меняется, но вы не можете увидеть его из-за невероятной природной изменчивости», говорит Даткевич. «Однако вы можете увидеть значительное изменение климата в некоторых из этих диапазонов волн в сигнале, посылаемом на спутники. Так что именно здесь мы должны искать настоящий сигнал изменений в спутниковых измерениях».
Согласно модели ученых, изменение климата уже меняет состав фитопланктона, а значит и цвет океанов. К концу столетия наша голубая планета сильно изменится.
«К концу 21 века станет заметно изменение в цвете 50% океанов. Изменение будет довольно серьезным. Различные типы фитопланктона по-разному поглощают свет, и если изменение климата сместит одно сообщество фитопланктона другим, это также изменит типы пищевых цепочек, которые они могут поддерживать».
