В течение 21 года ученые отслеживали изменения цвета океана с помощью спектрорадиометра изображений среднего разрешения (MODIS) на борту спутника Aqua.
Цвет океанов Земли значительно изменился за последние два десятилетия, и эти изменения являются результатом изменения климата, вызванного деятельностью человека. Они не могут быть объяснены только естественной изменчивостью и затронули более 56 процентов океанов нашей планеты, что превышает общую площадь суши на нашей планете.
Цвет океанов Земли является отражением организмов и минералов, обитающих в его водах. Это означает, что, хотя эти цветовые вариации могут показаться незаметными человеческому глазу, они, несомненно, указывают на то, что морские экосистемы находятся в постоянном движении. Хотя пока до конца не ясно, какие конкретные изменения происходят в этих экосистемах, команда, стоящая за выводами, уверена, что причиной является человеческая деятельность и ее воздействие на климат.
"Я проводила моделирование, которое в течение многих лет подсказывало мне, что эти изменения в цвете океана произойдут", - сказала Стефани Дуткевич, соавтор исследования и старший научный сотрудник Отдела наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института и Центра науки о глобальных изменениях. заявление. "Видеть, как это происходит на самом деле, не удивительно, но пугает. И эти изменения согласуются с антропогенными изменениями нашего климата".
Как океан приобретает свой цвет?
Цвет океана можно использовать в качестве показателя для оценки того, что обитает в его верхних слоях. Темно-синие воды, например, указывают на отсутствие жизни, в то время как зеленые воды указывают на присутствие растительноподобных микробов, называемых фитопланктоном, которые содержат зеленый пигмент хлорофилл.
Фитопланктон собирает солнечный свет и использует углекислый газ для производства сахаров посредством фотосинтеза, формируя таким образом основу океанической пищевой сети. Ими питаются мелкие существа, такие как криль, которые питают более крупных рыб, которые, в свою очередь, питают морских птиц и млекопитающих.
Помимо питания океанов, этот процесс фотосинтеза также означает, что фитопланктон играет жизненно важную роль в улавливании и хранении углекислого газа из атмосферы. Поскольку углекислый газ является основным парниковым газом, ученые внимательно следят за фитопланктоном на поверхности океана, чтобы увидеть, как колонии этого микроорганизма реагируют на изменение климата.
Традиционно это делается путем мониторинга зеленого пигмента, хлорофилла, который помогает фитопланктону и растениям собирать солнечный свет. Изменения в хлорофилле можно увидеть по соотношению синего и зеленого света, отражающегося от поверхности океана, - баланс, который можно отследить с помощью космических спутников.
Однако, по мнению экспертов, определение тенденции, обусловленной изменением климата, исключительно с помощью изменений в хлорофилле заняло бы около 30 лет. Итак, в 2019 году ученые определили, что, отслеживая меньшие вариации других цветов океана, они могли бы сократить этот показатель на некоторое время, чтобы обнаружить сигналы изменения климата всего за 20 лет мониторинга.
"Я подумал, не имеет ли смысла искать тенденцию во всех этих других цветах, а не только в хлорофилле?" - сказал Б.Б. Каэл, ведущий автор исследования и научный сотрудник Национального центра океанографии. "Стоит посмотреть на весь спектр, а не просто пытаться оценить одно число по фрагментам спектра.
"Это дает дополнительные доказательства того, как деятельность человека влияет на жизнь на Земле на огромном пространственном пространстве".
Наблюдение за цветом океана из космоса
Чтобы прийти к своим текущим выводам, Каэл и его коллеги-исследователи проанализировали измерения цвета океана, собранные спектрорадиометром изображений среднего разрешения (MODIS) на борту спутника Aqua.
В течение 21 года MODIS наблюдала за океанами в семи длинах волн света, включая две длины волн, используемые, в частности, для отслеживания хлорофилла. Прибор воспринимает океан как смесь тонких длин волн, от синего до зеленого и даже красного, в отличие от изолированного лазурного оттенка, к которому привыкли наши глаза. Это означает, что он может обнаруживать изменения, слишком тонкие, чтобы их можно было увидеть только человеческим зрением.
Cael оценил семь океанических цветов, измеренных MODIS в период с 2002 по 2022 год, наблюдая за тем, как они менялись в отдельных регионах в течение каждого года, чтобы получить представление о естественных вариациях.
Затем масштабирование этих данных по годам позволило исследователю увидеть, как происходили изменения в общей сложности за 20 лет. Это выявило для Cael четкую тенденцию, которая отсутствовала при простой годовой изменчивости. Чтобы определить, была ли эта тенденция результатом изменения климата, Каэль сравнил ее с двумя моделями цвета океана. В одном случае учитывается добавление парниковых газов, а в другом - нет.
В конечном счете, спутниковые данные соответствовали прогнозу модели парниковых газов о 20-летней тенденции изменения цвета океана примерно в половине поверхностных вод мирового океана. Это показало, что тенденция, наблюдаемая в MODIS, была не просто случайным изменением, и предложило новый и более быстрый способ обнаружения изменений в морских экосистемах, вызванных изменением климата.
"Цвет океанов изменился, и мы не можем сказать, как именно. Но мы можем сказать, что изменения в цвете отражают изменения в сообществах планктона, которые повлияют на все, что питается планктоном", - сказал Дуткевич. "Это также изменит то, сколько углерода будет поглощаться океаном, потому что разные виды планктона обладают разными способностями к этому.
"Итак, мы надеемся, что люди отнесутся к этому серьезно. Не только модели предсказывают, что эти изменения произойдут. Теперь мы можем видеть, как это происходит, и океан меняется".
