Die Farbe der Ozeane der Erde hat sich in den letzten zwei Jahrzehnten erheblich verändert und diese Veränderungen sind das Ergebnis des vom Menschen verursachten Klimawandels. Sie können nicht allein durch natürliche Schwankungen erklärt werden und betreffen mehr als 56 Prozent der Ozeane unseres Planeten, also mehr als die gesamte Landfläche unseres Planeten. Gleichzeitig nimmt die Zahl der Planktonart Noctiluca scintillans zu, was die marinen Ökosysteme zerstört, die Sauerstoffversorgung verringert und die Nahrungskette verändert.
Die Farbe der Ozeane der Erde spiegelt den Zustand der Organismen und Mineralien wider, die in ihren Gewässern vorkommen. Dies bedeutet, dass diese Farbänderungen zwar für das menschliche Auge kaum wahrnehmbar sind, jedoch durchaus ein Hinweis darauf sind, dass sich die marinen Ökosysteme im Wandel befinden. Obwohl noch nicht genau klar ist, welche Veränderungen in diesen Ökosystemen stattfinden, ist das Team hinter diesen Erkenntnissen davon überzeugt, dass menschliche Aktivitäten und ihre Auswirkungen auf das Klima die Ursache sind.
„Ich habe jahrelang Modelle erstellt, die mir gezeigt haben, dass diese Veränderungen der Ozeanfarbe bevorstehen“, sagte Stephanie Dutkiewicz, Co-Autorin der Studie und leitende Wissenschaftlerin in der Abteilung für Erd-, Atmosphären- und Planetenwissenschaften und im Zentrum für Globale Veränderungswissenschaften des MIT, in einer Erklärung. Dass dies tatsächlich passiert, ist nicht überraschend, sondern beängstigend. Und diese Veränderungen stehen im Einklang mit den vom Menschen verursachten Veränderungen unseres Klimas.
Die Farbe des Ozeans kann als Indikator dafür dienen, was in seinen oberen Schichten lebt. Dunkelblaues Wasser weist beispielsweise auf die Abwesenheit von Leben hin, während grünes Wasser auf die Anwesenheit von pflanzlichen Mikroben, sogenanntem Phytoplankton, hinweist, die das grüne Pigment Chlorophyll enthalten.
Phytoplankton sammelt Sonnenlicht und nutzt Kohlendioxid, um durch Photosynthese Zucker zu erzeugen. Dadurch bildet es die Grundlage des Nahrungsnetzes im Ozean. Sie ernähren sich von kleinen Lebewesen wie Krill, die von größeren Fischen gefressen werden.
Dieser Prozess der Photosynthese bedeutet nicht nur, dass er die Ozeane mit Nährstoffen versorgt, sondern bedeutet auch, dass Phytoplankton für die Aufnahme und Speicherung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre von entscheidender Bedeutung ist. Da Kohlendioxid ein wichtiges Treibhausgas ist, überwachen Wissenschaftler das Phytoplankton an der Meeresoberfläche genau, um zu sehen, wie Kolonien dieser Mikroorganismen auf den Klimawandel reagieren.
Die NASA und Joshua Stevens verwenden Landsat-Daten des U.S. Geological Survey und MODIS-Daten der LANCE/EOSDIS Rapid Response. NASA
Traditionell geschieht dies durch die Überwachung des grünen Pigments Chlorophyll, das Phytoplankton und Pflanzen hilft, Sonnenlicht zu sammeln. Veränderungen des Chlorophylls lassen sich am Verhältnis des von der Meeresoberfläche reflektierten blauen und grünen Lichts erkennen, ein Gleichgewicht, das von Weltraumsatelliten überwacht werden kann.
Experten gehen jedoch davon aus, dass es etwa 30 Jahre dauern wird, bis man einen Klimawandeltrend allein anhand von Chlorophyllveränderungen erkennen kann. Im Jahr 2019 stellten Wissenschaftler fest, dass sie den Zeitraum bis zur Erkennung von Anzeichen des Klimawandels verkürzen könnten, wenn sie auch kleinere Veränderungen anderer Meeresfarben verfolgen würden, und zwar in nur 20 Jahren Überwachung.
„Ich dachte, ist es nicht sinnvoll, nach einem Trend in all diesen anderen Farben zu suchen, nicht nur in Chlorophyll?“ „, sagte B.B. Keil, Hauptautor der Studie und Wissenschaftler am National Oceanography Center. „Man muss das gesamte Spektrum betrachten und nicht nur versuchen, eine Zahl aus ihren Teilen zu schätzen.“
Um zu ihren aktuellen Ergebnissen zu gelangen, analysierten Keil und seine Forscherkollegen Messungen der Meeresfarbe, die vom Instrument Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) an Bord des Aqua-Satelliten gesammelt wurden.
21 Jahre lang beobachtete MODIS die Ozeane in sieben Wellenlängenbereichen des Lichts, darunter zwei Wellenlängenbereiche, die insbesondere zur Beobachtung von Chlorophyll verwendet werden. Das Instrument sieht den Ozean als eine Mischung subtiler Wellenlängen, von Blau über Grün bis hin zu Rot, im Gegensatz zu dem isolierten Azurton, den unsere Augen im Laufe der Evolution wahrnehmen. Dies bedeutet, dass es Veränderungen erkennen kann, die zu subtil sind, um sie mit dem menschlichen Auge allein wahrzunehmen.
Keil bewertete sieben von MODIS zwischen 2002 und 2022 gemessene Meeresfarben und untersuchte, wie sie sich im Laufe jedes Jahres in einzelnen Regionen veränderten, um Einblicke in natürliche Variationen zu gewinnen.
Durch die Verkleinerung dieser jährlichen Daten konnte der Forscher sehen, wie sich die Veränderungen über 20 Jahre entwickelt haben. Für Kayle offenbarte sich dadurch ein klarer Trend, der bei der einfachen jährlichen Variabilität nicht vorhanden war. Um festzustellen, ob der Trend auf den Klimawandel zurückzuführen war, verglich Keil ihn mit zwei Farbmustern der Ozeane. Bei einem wird der Ausstoß von Treibhausgasen berücksichtigt, bei dem anderen nicht.
Letztendlich bestätigten Satellitendaten die Vorhersagen von Treibhausgasmodellen, wonach sich die Farbe der Ozeane in etwa der Hälfte der Oberflächenmeere der Welt in den nächsten 20 Jahren verändern wird. Dies zeigte, dass der in MODIS beobachtete Trend mehr als nur eine zufällige Schwankung war und eine neue und schnellere Möglichkeit bot, durch den Klimawandel verursachte Veränderungen in Meeresökosystemen zu erkennen.
„Die Farbe der Ozeane hat sich verändert, und wir können nicht genau sagen, wie. Aber wir können sagen, dass die Farbveränderungen Veränderungen in den Planktongemeinschaften widerspiegeln, die sich auf alles auswirken, was sich von Plankton ernährt“, sagte Dutkiewicz. „Außerdem wird sich dadurch ändern, wie viel Kohlenstoff der Ozean absorbiert, da verschiedene Planktonarten unterschiedliche Fähigkeiten dazu haben.“
Je nach Jahreszeit kommt es in den Gewässern des Golfs von Oman zu spektakulären Phytoplanktonblüten, die sogar aus dem Weltraum sichtbar sind. Diese durch den Monsunzyklus verursachte Blüte färbt den Ozean grün. Doch hinter dieser Schönheit verbirgt sich eine verborgene Bedrohung: die Ausbreitung einer Planktonart namens Noctiluca scintillans, die die marinen Ökosysteme zerstört, indem sie den Sauerstoff verbraucht und die Nahrungskette verändert. Während NASA-Satelliten diese dramatischen Veränderungen verfolgen, decken Wissenschaftler eine sich entfaltende Geschichte der sich verändernden Meeresbedingungen und ihrer weitreichenden Folgen auf.
Der Golf von Oman ist ein trichterförmiges Gewässer zwischen Oman und Iran. Es verbindet das Arabische Meer im Westen mit der Straße von Hormus und dem Persischen Golf im Osten. Diese strategisch wichtige Wasserstraße ist nicht nur eine wichtige internationale Schifffahrtsroute, sondern unterstützt auch eine lebendige traditionelle Fischereiwirtschaft, die für die Wirtschaft mehrerer Länder in der Region von entscheidender Bedeutung ist. Eines der auffälligsten Merkmale der Bucht sind die häufigen Phytoplanktonblüten – ein plötzlicher Anstieg der Zahl mikroskopisch kleiner pflanzenähnlicher Organismen, die die Grundlage der aquatischen Nahrungskette bilden. Diese Blüten treten typischerweise saisonal auf, wenn Bedingungen wie Temperatur, Sonnenlicht und Nährstoffe für das Wachstum des Phytoplanktons am günstigsten sind.
Ein Foto des Ozeans aus dem Weltraum. NASA
Die größte Blütezeit findet normalerweise im Winter und frühen Frühling (Januar bis März) sowie im Sommer (Juni bis August) statt. Im Winter und im frühen Frühling spielen Monsunwinde eine Schlüsselrolle dabei, Oberflächengewässer von der Küste wegzudrücken. Dies führt zum Auftrieb, einem Prozess, der kühleres, nährstoffreiches Wasser an die Oberfläche bringt und das Wachstum von Phytoplankton fördert. Diese Blüten können so groß sein, dass sie vom Weltraum aus sichtbar sind. Im Februar und März haben NASA-Satelliten Bilder der großen Algenblüte aufgenommen, die über den Golf von Oman ins Arabische Meer trieb und so einen atemberaubenden Blick von oben auf das Naturphänomen bot.
Wie Landpflanzen nutzt Phytoplankton Chlorophyll und andere lichtsammelnde Pigmente zur Photosynthese und absorbiert Kohlendioxid, um Zucker als Brennstoff zu produzieren. Chlorophyll im Wasser verändert die Art und Weise, wie es Sonnenlicht reflektiert und absorbiert, wodurch Wissenschaftler die Menge und den Standort des Phytoplanktons kartieren können.
Ein Foto des Ozeans aus dem Weltraum. NASA
Bei den grünen Spiralen handelt es sich wahrscheinlich um Noctiluca scintillans, eine Art Meeresplankton, das zwar schön sein mag, dessen Vorhandensein jedoch schwerwiegende Folgen für das Leben im Ozean haben könnte. Bakterien verbrauchen Sauerstoff, indem sie abgestorbenes Phytoplankton abbauen. Dies kann zu Hypoxie führen und den Sauerstoffgehalt manchmal so weit senken, dass Fische und andere Meereslebewesen sterben können.
In den letzten Jahrzehnten hat sich in den Gewässern des Arabischen Meeres bereits ein Wandel vollzogen: Von einem Überfluss an Kieselalgen – einer für das marine Nahrungsnetz wichtigen Phytoplanktonart – ist nun ein Vorherrschen von Noctiluca zu beobachten. Im Gegensatz zu Kieselalgen können Noctiluca in Gewässern gedeihen, die stärker geschichtet sind und weniger gelöste Nährstoffe enthalten. Diese Veränderung hatte negative Folgen, darunter eine Zunahme der Quallen- und Salpenpopulation sowie eine Abnahme der Ruderfußkrebse und Flossenfische.
