Klimatförändringarna orsakar betydande förändringar i fytoplanktonstillståndet i haven, och en ny MIT-studie har visat att dessa förändringar i hög grad kommer att påverka havets färg under de kommande decennierna och intensifiera dess blå och gröna områden. Satelliter bör upptäcka dessa nyansförändringar och ge tidig varning för omfattande förändringar i marina ekosystem.
I tidskriften Nature Communications rapporterar forskare att de har utvecklat en global modell som härmar tillväxten och interaktionen mellan olika typer av fytoplankton, eller alger, och hur blandningen av arter på olika platser kommer att förändras när temperaturen stiger över hela världen. Forskarna modellerade också hur fytoplankton absorberar och reflekterar ljus, och hur havets färg förändras när den globala uppvärmningen påverkar sammansättningen av fytoplanktonsamhällen.
Forskare testade sin modell genom att köra den till slutet av 2000-talet och fann att 2100 mer än 50% av världens hav kommer att ändra färg på grund av klimatförändringar.
Studien antyder att blå områden, såsom subtropen, blir ännu blåare eftersom det finns mindre planteringsplan - och livet i allmänhet - i dessa vatten jämfört med det aktuella läget. Vissa regioner som är grönare idag, till exempel de nära polerna, kan bli ännu grönare, eftersom högre temperaturer leder till spridning av en mängd fytoplankton.
"Denna modell antar att dessa förändringar inte kommer att vara lätta för det blotta ögat att märka, och havet kommer fortfarande att se ut som om det har blå områden i subtropen och grönare områden nära ekvatorn och polerna," säger huvudförfattare Stephanie Datkiewicz från Science Division. Earth, Atmosphere och Planet of the Massachusetts Institute of Technology.”Detta grundläggande schema kommer att förbli detsamma. Men djupförändringarna kommer att vara tillräckligt stora för att påverka resten av fytoplanktonmatkedjan."
Havets färg beror på mängden klorofyll
Havets färg beror på hur solljus interagerar med vad som finns i vattnet. Endast vattenmolekyler absorberar nästan allt solljus, med undantag för den blå delen av spektrumet - det återspeglas. Följaktligen verkar de relativt karga områdena i det öppna havet djupt blått från rymden. Om det finns några organismer i havet kan de absorbera och reflektera ljusvågor av olika längder, beroende på deras individuella egenskaper.
Kampanjvideo:
Fytoplankton innehåller till exempel klorofyll, ett pigment som absorberar mestadels blå delar av solljus, producerar kol för fotosyntes och i mindre grad gröna delar. Som ett resultat reflekteras mer grönt ljus från havet, vilket ger de algerika områdena en grönaktig nyans.
Sedan slutet av 1990-talet har satelliter kontinuerligt uppmätt havets färg. Forskare har använt dessa mätningar för att få mängden klorofyll och därmed fytoplankton i ett specifikt havsområde. Men Datkevich säger att klorofyll inte nödvändigtvis kommer att återspegla en känslig signal om klimatförändringar. Eventuella betydande fluktuationer i klorofyll kan mycket väl orsakas av den globala uppvärmningen, men också av "naturlig variation", normala periodiska vågor i klorofyll på grund av naturligt väderrelaterade fenomen.
"En El Niño- eller La Niña-händelse kommer att orsaka mycket stora förändringar i klorofyll eftersom det ändrar mängden näringsämnen som kommer in i systemet," säger Datkevich. "Med dessa stora, naturliga förändringar som händer med några års mellanrum är det svårt att se om klimatförändringarna kommer att förändras bara genom att titta på klorofyll."
Havsljussimulering
I stället för att titta på uppskattningarna av erhållen klorofyll undrade teamet om det fanns en tydlig signal om klimatförändringens inverkan på fytoplankton om man bara tittade på satellitmätningar av reflekterat ljus.
Teamet har förfinat en datormodell som det tidigare har använt för att förutsäga växtskyddsförändringar med stigande temperaturer och försurning av havet. Den här modellen tar information om fytoplankton, såsom dess livsmedelsintag och hur den växer, och integrerar denna information i en fysisk modell som visar havsströmmar och blandning.
Denna gång har forskare dock lagt till ett nytt element till modellen som inte har införlivats i andra havsmodelleringsmetoder: förmågan att uppskatta specifika våglängder för ljus som absorberas och reflekteras av havet, beroende på antalet och typen av organismer i en viss region.
"Solljus träffar havet, och allt i havet absorberar det som klorofyll," säger Datkevich.”Andra saker kommer att absorbera det eller sprida det. Så det är svårt att bestämma hur ljus kommer att reflektera från havet och ge det färg.
Det visade sig att forskarnas modell kan användas för att förutsäga havets färg när miljöförhållandena förändras i framtiden. Och det bästa med det är att det kan användas på laboratoriet.
Signal i blågröna toner
När forskare lägger till globala temperaturer till modellen och höjde dem med 3 grader till 2100 - som de flesta forskare förutspår om inga åtgärder vidtas för att minska utsläppen av växthusgaser - fann de att ljusets våglängder i de blå och gröna delarna av spektrumet svarade snabbast. …
Dessutom visar den blågröna vågformen en mycket tydlig signal eller förskjutning som är förknippad med klimatförändringar: Skiftet inträffar tidigare än väntat när forskare tittade på klorofyll.
"Klorofyll förändras, men du kan inte se det på grund av den otroliga naturliga variationen," säger Datkevich.”Men du kan se betydande klimatförändringar i några av dessa vågband i signalen som skickas till satelliterna. Så det är här vi ska leta efter den verkliga signalen om förändringar i satellitmätningar.”
Enligt forskarnas modell förändrar klimatförändringar redan sammansättningen av fytoplankton, och därmed färgerna på haven. I slutet av seklet kommer vår blå planet att förändras dramatiskt.
”I slutet av 2000-talet kommer det att bli en märkbar förändring i färgen på 50% av haven. Förändringen blir ganska stor. Olika typer av fytoplankton absorberar ljus på olika sätt, och om klimatförändringarna förskjuter ett fytoplanktonsamhälle till ett annat kommer det också att ändra de typer av livsmedelsbanor de kan stödja.”
Ilya Khel
