Цвет океанов Земли значительно изменился за последние два десятилетия, и эти изменения являются результатом антропогенного изменения климата. Их нельзя объяснить только естественной изменчивостью, и они затронули более 56 процентов океанов нашей планеты, что превышает общую площадь суши на нашей планете. В то же время рост численности планктона вида Noctiluca scintillans, который разрушает морские экосистемы, истощая запасы кислорода и изменяя форму пищевой цепи.
Цвет океанов Земли отражает состояние организмов и минералов, которые находятся в ее водах. Это означает, что хотя эти изменения цвета могут показаться едва заметными для человеческого глаза, они, несомненно, указывают на то, что морские экосистемы находятся в движении. Хотя пока не совсем ясно, какие именно изменения происходят в этих экосистемах, команда, стоящая за этими выводами, уверена, что причиной является деятельность человека и ее влияние на климат.
«Я проводила моделирование, которое годами говорило мне, что эти изменения цвета океана произойдут», — сказала Стефани Дуткевич, соавтор исследования и старший научный сотрудник из отдела наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института и Центра науки о глобальных изменениях, в своем заявлении . «Увидеть, как это происходит на самом деле, не удивительно, а пугающе. И эти изменения соответствуют антропогенным изменениям нашего климата».
Цвет океана можно использовать в качестве индикатора для оценки того, что обитает в его верхних слоях. Например, темно-синие воды указывают на отсутствие жизни, а зеленые воды указывают на присутствие растительных микробов, называемых фитопланктоном, которые содержат зеленый пигмент хлорофилл.
Фитопланктон собирает солнечный свет и использует углекислый газ для создания сахаров посредством фотосинтеза, тем самым формируя основу океанической пищевой сети. Им питаются мелкие существа, такие как криль, которым питаются более крупные рыбы.
Помимо питания океанов, этот процесс фотосинтеза также означает, что фитопланктон жизненно важен для улавливания и хранения 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.
NASA и Джошуа Стивенс используют данные Landsat Геологической службы США и данные MODIS от LANCE/EOSDIS Rapid Response. NASA
Традиционно это делается путем мониторинга зеленого пигмента, хлорофилла, который помогает фитопланктону и растениям собирать солнечный свет. Изменения в хлорофилле можно увидеть в соотношении синего и зеленого света, отраженного от поверхности океана, баланс, который можно отслеживать с помощью космических спутников.
Однако, по словам экспертов, определение тенденции, обусловленной изменением климата, исключительно через изменения хлорофилла займет около 30 лет. Поэтому в 2019 году ученые определили, что, отслеживая также меньшие изменения других цветов океана, они могут сократить этот период времени, чтобы обнаружить сигналы изменения климата всего за 20 лет мониторинга.
«Я подумал, разве не имеет смысла искать тенденцию во всех этих других цветах, а не только в хлорофилле?» — сказал Б. Б. Кейл, ведущий автор исследования и ученый Национального океанографического центра. «Стоит рассматривать весь спектр, а не просто пытаться оценить одно число по его частям».
Чтобы получить свои текущие результаты, Кейл и его коллеги-исследователи проанализировали измерения цвета океана, собранные с помощью спектрорадиометра с умеренным разрешением (MODIS), установленного на борту спутника Aqua.
В течение 21 года MODIS наблюдал за океанами в семи длинах волн света, включая две длины волн, используемые для отслеживания хлорофилла в частности. Инструмент видит океан как смесь тонких длин волн, от синего до зеленого и даже красного, в отличие от изолированного лазурного оттенка, который наши глаза развили для восприятия. Это означает, что он может замечать изменения, слишком тонкие, чтобы их можно было увидеть только человеческим зрением.
Кейл 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 изменениях.
Уменьшение масштаба этих данных за год позволило исследователю увидеть, как изменения прогрессировали в течение 20 лет. Это открыло Кейлу четкую тенденцию, которая не присутствовала в простой годовой изменчивости. Чтобы определить, была ли тенденция результатом изменения климата, Кейл сравнил ее с двумя моделями цвета океана. Одна учитывает добавление парниковых газов, а другая — нет.
В конечном итоге спутниковые данные подтвердили прогноз модели парниковых газов о 20-летней тенденции изменения цвета океана примерно в половине поверхностней океанов мира. Это показало, что тенденция, наблюдаемая в MODIS, была больше, чем случайным изменением, и предложило новый, а также 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 цвета отражают изменения в сообществах планктона, которые повлияют на все, что питается планктоном», — сказал Дуткевич. «Это также изменит то, насколько океан будет поглощать углерод, потому что разные типы планктона обладают разными способностями делать это».
В водах Оманского залива в зависимости от времени года происходит впечатляющее цветение фитопланктона, видимое даже из космоса. Вызванное муссонными циклами, это цветение окрашивает океан в зеленый цвет. Но за этой красотой скрывается скрытая угроза: рост численности планктона вида Noctiluca scintillans, который разрушает морские экосистемы, истощая запасы кислорода и изменяя форму пищевой цепи. По мере того как спутники НАСА отслеживают эти драматические изменения, учёные раскрывают разворачивающуюся историю изменения состояния моря и его далеко идущих последствий.
Оманский залив представляет собой водный участок в форме воронки, расположенный между Оманом и Ираном. Он соединяет Аравийское море на западе с Ормузским проливом и Персидским заливом на востоке. Этот стратегический водный путь является не только основным маршрутом международного судоходства, но и поддерживает активное традиционное рыболовство, в котором участвуют домашние хозяйства, и которое имеет жизненно важное значение для экономики нескольких стран региона. Одной из самых поразительных особенностей залива является частое цветение фитопланктона – внезапный всплеск численности микроскопических растительноподобных организмов, которые составляют основу водной пищевой цепи. Это цветение, как правило, происходит по сезонному принципу, когда такие условия, как температура, солнечный свет и питательные вещества, наиболее благоприятны для роста фитопланктона.
Снимок океана из космоса. НАСА
Наибольшее цветение обычно приходится на зиму и раннюю весну (с января по март), а также на лето (с июня по август). Зимой и ранней весной муссонные ветры играют ключевую роль, оттесняя поверхностные воды от побережья. Это вызывает апвеллинг – процесс, который поднимает на поверхность более прохладную, богатую питательными веществами воду и способствует росту фитопланктона. Эти цветения могут быть настолько массивными, что их можно увидеть из космоса. В феврале и марте спутники НАСА запечатлели большое цветение, проплывающее над Оманским заливом в Аравийское море, что позволило получить поразительный вид на это природное явление сверху.
Подобно растениям на суше, фитопланктон использует хлорофилл и другие светособирающие пигменты для осуществления фотосинтеза, поглощая углекислый газ для производства сахаров в качестве топлива. Хлорофилл, содержащийся в воде, изменяет способ отражения и поглощения солнечного света, что позволяет учёным составить карту количества и местонахождения фитопланктона.
Снимок океана из космоса. НАСА
Зеленые спирали, вероятно, относятся к Noctiluca scintillans – разновидности морского планктона, могут быть красивыми, но их присутствие может иметь серьёзные последствия для жизни океана. Бактерии потребляют кислород, расщепляя мёртвый фитопланктон, что может вызвать гипоксию, иногда снижая уровень кислорода настолько, что это может привести к гибели рыбы и других морских обитателей.
В последние десятилетия в водах более обширного Аравийского моря уже произошёл переход от изобилия диатомовых водорослей – разновидности фитопланктона, важного для морской пищевой сети, – к преобладанию Noctiluca. В отличие от диатомовых водорослей, Noctiluca могут процветать в водах, которые более стратифицированы и содержат меньше растворенных питательных веществ. Это изменение имело негативные последствия, в том числе увеличение численности медуз и сальп, а также сокращение численности веслоногих моллюсков и плавниковых рыб.
