English
W którąkolwiek spojrzeć stronę, wygrywają wciąż zielone…
Jan Brzechwa Pchła Szachrajka
Nasza planeta nazywana jest błękitną. To oceany, pokrywające 70 proc. jej powierzchni, nadają Ziemi oglądanej z kosmosu taki właśnie kolor. Ale obserwacje satelitarne pozwalają też stwierdzić, że kolor oceanu się zmienia. Jak donoszą naukowcy w pracy opublikowanej na łamach Nature [1], w ciągu ostatnich dwóch dekad ponad 56 proc. powierzchni oceanów zmieniło kolor w stopniu, który wykracza poza normę wynikającą z naturalnych procesów. Jest to obszar większy niż powierzchnia wszystkich lądów. Ale przecież nie o sam kolor wody tu chodzi, ale o zmiany zachodzące w tych ekosystemach niemal na naszych oczach. Czy mityczny wielki błękit może niedługo zamienić się w wielki szmaragd?
Różne kolory wody
Kolor oceanu zazwyczaj odbieramy jako niebieski, ponieważ woda działa jak filtr światła słonecznego, pochłaniając promieniowanie elektromagnetyczne z zakresu światła widzialnego odpowiadającego barwie czerwonej (światło czerwone jest absorbowane przez wodę ok. 100 razy silniej niż niebieskie). Inna barwa wody może być spowodowana zanieczyszczeniami, takimi jak odpady organiczne i substancje humusowe, ścieki przemysłowe czy cząstki pochodzące z erozji gleb. Obecność soli żelaza sprawia, że woda staje się zielononiebieska, żelaza i manganu – żółta do brązowej, siarki – niebieska, siarkowodoru – szmaragdowa. Zielona barwa wody zazwyczaj oznacza obecność fitoplanktonu.
Naukowcy od dawna zaznaczają, że dzisiejsze oceany wyglądają inaczej niż jeszcze kilka dekad temu, co interpretowane jest jako efekt zmiany klimatu. Jednym z najbardziej widocznych przejawów tego zjawiska jest zmiana ich koloru. Jak zauważają eksperci, wody w niższych szerokościach geograficznych – blisko równika – stają się coraz bardziej zielone, podczas gdy inne obszary – zwłaszcza te dalej od równika – w miarę wzrostu temperatur nabierają coraz bardziej niebieskiego odcienia.
Ocean bardziej zielony
Zmiany w kolorze oceanów są na tyle dyskretne, że trudno je wychwycić gołym okiem. Jednak rosnące wykorzystanie hiperspektralnych danych optycznych znacząco poprawiło możliwość obserwacji, a tym samym naszego rozumienia procesów zachodzących w ekosystemach morskich. Naukowcy pod kierunkiem oceanografa dra B.B. Caela wykorzystali dane z satelitów NASA do przeanalizowania zmian barwy ziemskich oceanów. Podstawą ich analiz były dane z 20 lat (z okresu 2002-2022), pozyskane ze spektrofotometru MODIS, znajdującego się na pokładzie satelity Aqua.
MODIS dokonuje pomiarów w siedmiu widzialnych długościach fal, co stanowi pełniejsze spektrum kolorów niż te uchwycone we wcześniejszych badaniach, opartych na modelach komputerowych. Statystycznie potwierdzone wyniki analiz wskazują, że w ciągu ostatnich dwóch dekad ponad 56 proc. oceanów zmieniło kolor w stopniu, który znacznie przekracza naturalne procesy [1].
W oparciu o dane satelitarne naukowcy stworzyli model symulacyjny, który pozwolił na opracowanie dwóch scenariuszy historii Ziemi – jednego bez zmiany klimatycznej, drugiego z jej uwzględnieniem. Porównanie tych wersji wykazało, że zmiany koloru oceanów są zgodne z symulacjami klimatycznymi. Pozwala to na bezpośrednie powiązanie ich ze sobą. Co ciekawe, trendy te nie były łączone ze zmianami temperatury powierzchni wód, ale wynikały z innych czynników, takich jak zmiana głębokości stratyfikacji i miąższości warstw mieszanych w górnych strefach oceanu. Wiadomo, że wpływają one na strukturę taksonomiczną i biomasę planktonu.
Wszystkiemu winny fitoplankton
Chociaż dokładne przyczyny zmian zachodzących w oceanach nie są jeszcze jednoznacznie rozpoznane, naukowcy są zgodni, że ogromną rolę odgrywa tu fitoplankton, który stanowi główny element morskiej sieci pokarmowej. Poszczególne taksony fitoplanktonu wykorzystują do fotosyntezy charakterystyczne dla siebie kombinacje barwników, które absorbują światło o różnych długościach fal, dając różne odbicie. To, że kolor oceanów w pobliżu równika stał się zdecydowanie bardziej zielony, według naukowców wynika z dominacji drobnego fitoplanktonu, który lepiej sobie radzi w sytuacji ograniczenia dostępności składników odżywczych na skutek morskich fal upałów na niskich szerokościach geograficznych. Wahania w dostępności pokarmu mają wpływ na skład taksonomiczny zespołu fitoplanktonu, a ta z kolei powoduje zmianę koloru wody.
Na ogromną skalę zmian stężenia chlorofilu w oceanie wskazuje też raport o stanie klimatu w Europie (ESOTC, ang. European State of the Climate), opublikowany w kwietniu 2024 r. przez unijną służbę klimatyczną Copernicus Climate Change Service (C3S). Ujawnił on, że w kwietniu 2023 r. stężenie tego barwnika w Morzu Norweskim i północnym Atlantyku było o 200-500 proc. wyższe niż średnia z lat 1998-2020, natomiast na zachód od Półwyspu Iberyjskiego o 60-80 proc. niższe (w porównaniu z wynikami z tego samego przedziału czasowego). W Morzu Śródziemnym w maju i czerwcu 2023 r. poziom chlorofilu przekraczał średnią wieloletnią o 50-100 proc.
Zmiana koloru wody może jednak wynikać również z innych czynników, takich jak wzrost zagęszczenia zooplanktonu czy rozpuszczonej materii organicznej. Niezależnie od bezpośredniej przyczyny, każda zmiana właściwości optycznych wody zmienia warunki świetlne, a te z kolei wpływają na zespoły fitoplanktonu i funkcjonowanie całego ekosystemu.
Na Bałtyku też zielono
Satelity dostarczają mnóstwo dowodów na to, jak zespoły fitoplanktonu zmieniają barwę wód powierzchniowych. W lipcu 2018 r. media obiegły zdjęcia satelitarne Obserwatorium Ziemi NASA (NASA Earth Observatory), które przedstawiały spektakularny obraz spiralnego zakwitu cyjanobakterii w Zatoce Fińskiej na Morzu Bałtyckim. Masa mikroskopijnych organizmów została uchwycona w dużym wirze, powstałym w wyniku zderzenia dwóch przeciwstawnych prądów wody.
Według NASA spirala w najszerszym miejscu miała około 25 kilometrów średnicy i była częścią znacznie większego zakwitu glonów, który pokrył duże obszary Zatoki Fińskiej. Spektakularność tego zjawiska nie powinna przyćmić jego konsekwencji dla ekosystemu – masa drobnoustrojów przyczyniła się do powstania ogromnego obszaru pozbawionego tlenu, tzw. martwej strefy. Gromadzenie się dużej masy glonów przy powierzchni odcina dostęp światła do warstw głębszych i powoduje spadek ich natlenienia. Prowadzi to do śmierci wielu organizmów, których rozkład dodatkowo wyczerpuje tlen, nasilając zjawisko.
W miarę jak zakwity planktonu poszerzają swój zasięg, powiększają się także martwe strefy. Według Obserwatorium Ziemi NASA, martwa strefa w Zatoce Fińskiej zaobserwowana w 2018 r zajmowała powierzchnię ok. 70 tys. km2, czyli dwukrotnie więcej niż powierzchnia województwa mazowieckiego. Zakwit na Bałtyku uchwycony w 2019 r. pokrywał 200 tys. km2, czyli tylko trochę mniej niż połowa powierzchni Szwecji. Satelity NASA w zasadzie co roku późnym latem dokumentują wielkie zakwity sinic na Morzu Bałtyckim. Badania przeprowadzone w 2023 r. wykazały, że między 2003 a 2020 rokiem średni rozmiar zakwitów glonów wzrósł na całym świecie o 13 proc.
W tym rejonie morza organizmy fitoplanktonowe naturalnie kwitną każdego lata, kiedy pionowe ruchy wód wynoszą na powierzchnię składniki pokarmowe zgromadzone w niższych warstwach. Jednak w ostatnich dziesięcioleciach obserwuje się zwiększenie częstotliwości i zasięgu tych zjawisk w wyniku intensyfikacji dostaw biogenów pochodzących z działalności człowieka, takiej jak spływy rolnicze. Martwe strefy nie tylko stają się coraz większe, ale także coraz bardziej destrukcyjne. Badanie przeprowadzone w 2018 r. wykazało, że w ciągu ostatniego stulecia poziom tlenu w Morzu Bałtyckim spadł do najniższego od 1500 lat. Dzięki rekordowym temperaturom powierzchni morza w zeszłym roku, które są częściowo efektem działania El Niño, tego lata możemy się spodziewać jeszcze większej ekspansji zakwitów glonów na całym świecie.
Arktyka też się zmienia pod wpływem morskich fal gorąca
Jak zauważają eksperci, podczas gdy w niższych szerokościach geograficznych, blisko równika, wody stają się coraz bardziej zielone, na większych szerokościach intensyfikuje się ich niebieski odcień.
Obserwacje terenowe i modelowanie sugerują, że do zjawiska tego przyczyniają się morskie fale gorąca (ang. marine heatwaves), które powodują spadek produktywności pierwotnej na niższych szerokościach geograficznych oraz jej wzrost na szerokościach wyższych [2]. Te przeciwstawne wzorce są silnie powiązane z regionalnym poziomem zasobności wód, ale także ze zmianami w dostępności składników odżywczych i światła. W Arktyce liczba morskich fal upałów w ciągu ostatnich dziesięcioleci znacząco się zwiększyła, a oczekuje się, że ich skutki będą jeszcze bardziej rosły wraz ze wzrostem temperatury i spadkiem grubości i powierzchni pokrywy lodowej.
Dlaczego kolor oceanu ma znaczenie?
W ocieplającym się klimacie ekstremalne zjawiska, takie jak morskie fale gorąca, stają się coraz częstsze, intensywniejsze i trwają dłużej. Ich skutki dla ekosystemów morskich obejmują zmiany w składzie zespołów biologicznych, masową śmiertelność gatunków o niskiej tolerancji na podwyższone temperatury oraz spadek różnorodności biologicznej. Zmiany właściwości optycznych wód oceanów mają potencjalne konsekwencje zarówno dla fitoplanktonu i jego roli w morskich cyklach biogeochemicznych (a tym samym w magazynowaniu węgla w oceanach), jak i dla jego konsumentów na wyższych poziomach troficznych, w tym zespołów ichtiofauny.
Naukowcy przewidują, że wraz z rosnącymi temperaturami fitoplankton będzie przemieszczał się na północ z prędkością około 35 km/dekadę. Doprowadzi to do zmian w rozmieszczeniu żywiącego się nim zooplanktonu, a w konsekwencji ryb. Oczekuje się, że w obszarach tropikalnych bogactwo gatunków drastycznie spadnie, natomiast znacząco wzrośnie w wodach umiarkowanych i subpolarnych. To doprowadzi do efektu domina w morskich sieciach troficznych. Będzie to miało wpływ także na ludzi, gdyż wiąże się z ograniczeniem lub utratą usług ekosystemowych, w tym m.in. ze spadkiem wydajności, a nawet zaniknięciem regionalnego rybołówstwa.
Błękitne obszary otwartego oceanu nie zmienią koloru z dnia na dzień, ale zachodzące w nich zmiany ujawniają tendencje, które mogą nasilać się wraz ze wzrostem temperatur. Wiedza o tym, w których obszarach i w jakim kierunku zmienia się ekosystem drobnoustrojów powierzchniowych, może być pomocna w identyfikowaniu regionów otwartego oceanu, w których należy ustanowić morskie obszary chronione.
Zdj. główne: Nasa/earthobservatory.nasa.gov
W artykule korzystałam m.in. z prac:
[1] Cael B.B., Bisson K., Boss E. et al. (2023). Global climate-change trends detected in indicators of ocean ecology. Nature 619, 551–554. https://doi.org/10.1038/s41586-023-06321-z
[2] Wolf K.K.E., Hoppe C.J.M., Rehder L. et al. (2024). Heatwave responses of Arctic phytoplankton communities are driven by combined impacts of warming and cooling. Sci. Adv. 10, DOI: 10.1126/sciadv.adl5904
