Jak globalne ocieplenie zmienia barwę oceanów?

Dwudziestoletnia seria danych satelitarnych uzyskanych za pomocą czujnika MODIS-Aqua stanowi niezbite dowody na to, że globalne ocieplenie wywiera istotny wpływ na zmiany barwy wód oceanicznych. Znaczące podwyższenie temperatur oraz zwiększone stężenie dwutlenku węgla przyczyniają się do ekspansji populacji fitoplanktonu. Taki wzrost populacji wpływa na zmiany kolorystyczne oceanów obserwowane z satelitów. Uzyskane wyniki podkreślają głęboki wpływ zmiany klimatu na ekosystemy morskie, z dalekosiężnymi implikacjami dla bioróżnorodności oraz światowego rybołówstwa.

Metodyka badania

Badanie opublikowane w czasopiśmie Nature, zostało przeprowadzone przez międzynarodowy zespół naukowców, w skład którego wchodzili eksperci z Massachusetts Institute of Technology (MIT), Uniwersytetu Southampton oraz wielu innych instytucji badawczych. Ta interdyscyplinarna współpraca pozwoliła na połączenie wiedzy i zasobów różnych ośrodków badawczych, co przyczyniło się do osiągnięcia kompleksowych wyników.

Naukowcy przeanalizowali dane zebrane przez satelitę MODIS na pokładzie satelity Aqua z ostatnich dwóch dekad. Satelita, wyposażony w zaawansowane czujniki, rejestrował tzw. odbiciowość światła (remote-sensing reflectance, R_rs), która jest wskaźnikiem stanu ekosystemów powierzchniowych oceanów. Analiza obejmowała kilka pasm fal świetlnych, od niebieskiego do czerwonego, co pozwoliło na uzyskanie wieloaspektowego obrazu zmian w kolorze oceanów. Proces analizy danych obejmował szczegółowe przetwarzanie surowych danych satelitarnych, korektę atmosferyczną oraz kalibrację czujników. Następnie naukowcy zastosowali zaawansowane modele statystyczne, aby zidentyfikować długoterminowe trendy w odbiciowości światła. Skupiono się na identyfikacji subtelnych zmian w różnych pasmach fal, co pozwoliło na precyzyjne określenie zmian w strukturze ekosystemów morskich.

Wyniki badania 

Analiza danych satelitarnych wykazała, że 56 proc. globalnej powierzchni oceanów odnotowuje znaczące zmiany w odbiciowości światła (R_rs), co świadczy o ewolucji struktury ekosystemów powierzchniowych. Najbardziej wyraźne zmiany zaobserwowano na szerokościach geograficznych poniżej 40°, co odpowiada strefom tropikalnym i subtropikalnym. Odkrycie to stanowi istotną zmianę w stosunku do wcześniejszych badań, które postulowały konieczność posiadania ponad 30 lat danych do wykrycia trendów klimatycznych wpływających na fitoplankton. Dzięki zastosowaniu nowych metodologicznych podejść, możliwe stało się zaobserwowanie tych zmian już po 20 latach badań. Choć zmiana koloru wód oceanicznych nie jest zauważalna gołym okiem, satelitarne techniki teledetekcyjne umożliwiają precyzyjne mapowanie i dokumentowanie tych zmian.

Zieleniące się oceany

Fitoplankton (mikroskopijne organizmy), stanowi podstawę wodnej sieci pokarmowej, będąc kluczowym źródłem pożywienia dla małych ryb, zooplanktonu i skorupiaków, takich jak np. kryl. Te z kolei są zjadane przez większe gatunki pelagiczne, jak tuńczyk czy wieloryby. Bez fitoplanktonu oceaniczny łańcuch pokarmowy by się załamał. Fitoplankton odgrywa również ważną rolę w obiegu węgla, pochłaniając dwutlenek węgla z atmosfery w procesie fotosyntezy i magazynując go w swoich ciałach. Kiedy fitoplankton umiera i rozkłada się, część tego węgla opada na dno oceanu, przenosząc rocznie około dziesięciu gigaton węgla z atmosfery do głębin.

Fitoplankton obejmuje co najmniej sto tysięcy różnych gatunków, różniących się kolorem, rozmiarem, składem i funkcją. Choć większość jest nieszkodliwa, nagły wzrost niektórych gatunków, spowodowany zmianami temperatury lub napływem składników odżywczych, może prowadzić do szkodliwych zakwitów glonów. Te zaś mogą zatruwać lub udusić ryby, a nawet powodować niewydolność oddechową i inne choroby u ludzi. Cieplejsze wody oceaniczne sprzyjają rozwojowi fitoplanktonu, wydłużając ich okresy rozrodcze i zwiększając ich liczebność. Wzrost temperatury wpływa również na inne aspekty ekosystemu morskiego, takie jak rozmieszczenie gatunków ryb. W poszukiwaniu optymalnych warunków termicznych ryby migrują, co dodatkowo zakłóca równowagę ekosystemów.

Dwutlenek węgla jako katalizator

Oprócz cieplejszych wód, zwiększone stężenie dwutlenku węgla w atmosferze również ma wpływ na zmiany w populacji fitoplanktonu. Fitoplankton wykorzystuje dwutlenek węgla w procesie fotosyntezy, co oznacza, że wyższe stężenia CO₂ sprzyjają ich wzrostowi. Ta zależność może prowadzić do zwiększenia biologicznej aktywności w oceanach, a co za tym idzie, do dalszych zmian w ich kolorze. Wysokie stężenie dwutlenku węgla wpływa także na zakwaszenie oceanów, co ma dalsze negatywne skutki dla organizmów morskich, takich jak koralowce i skorupiaki, które są wrażliwe na zmiany pH wody.

Globalne ocieplenie a globalne implikacje

Zmiany w barwie oceanów mogą mieć znaczące konsekwencje dla globalnego systemu klimatycznego. Zmiany te oddziałują bezpośrednio na proces absorpcji promieniowania słonecznego przez oceany, co ma dalekosiężny wpływ na globalne wzorce pogodowe oraz klimat. Zwiększenie populacji fitoplanktonu, odpowiedzialne za zmianę kolorystyki wód, wpływa również na zmiany w albedo powierzchni oceanów, czyli ich zdolności do odbijania światła słonecznego z powrotem do atmosfery. Takie zmiany mogą radykalnie wpływać na cyrkulację oceaniczną i atmosferyczną, co bywa kluczowe dla równowagi klimatycznej na Ziemi. Poza aspektami klimatycznymi, te zmiany mają również potencjalny wpływ na zdrowie publiczne oraz na sektory gospodarki związane z oceanami, takie jak rybołówstwo i turystyka.

Zdj. główne: NASA/The Aqua Satellite, Courtesy Of NASA/Goddard Space Flight Center/Jeff Schmaltz/The MODIS Land Rapid Response Team