В исследовании, опубликованном сегодня в журнале Nature, авторы пишут, что за последние два десятилетия они обнаружили изменения цвета океана, которые нельзя объяснить только естественной изменчивостью от года к году. Эти изменения цвета, хотя и малозаметные для человеческого глаза, произошли на 56% площади Мирового океана, что превышает общую площадь суши на Земле.

В частности, исследователи обнаружили, что тропические районы океана вблизи экватора с течением времени становятся все более зелеными. Изменение цвета океана указывает на то, что экосистемы в поверхностных слоях океана также должны меняться, поскольку цвет океана является буквальным отражением организмов и материалов, находящихся в его водах.

На данный момент исследователи не могут сказать, как именно меняются морские экосистемы, отражая изменение цвета. Но в одном они уверены точно: скорее всего, причиной является антропогенное изменение климата.

Я уже много лет провожу моделирование, которое говорит мне о том, что эти изменения цвета океана произойдут, — говорит соавтор исследования Стефани Дуткевич, старший научный сотрудник факультета наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института и Центра науки о глобальных изменениях.

То, что это происходит на самом деле, не удивляет, а пугает. И эти изменения согласуются с антропогенными изменениями нашего климата.

«Это дополнительное свидетельство того, как деятельность человека влияет на жизнь на Земле в огромных пространственных масштабах», — добавляет ведущий автор исследования Б. Б. Кейл (B. B. Cael PhD '19) из Национального океанографического центра в Саутгемптоне (Великобритания), — „Это еще один способ воздействия человека на биосферу“.

Среди соавторов исследования также Стефани Хенсон из Национального океанографического центра, Келси Биссон из Университета штата Орегон и Эммануэль Босс из Университета штата Мэн.

Выше уровня шума

Цвет океана — это визуальный продукт того, что находится в его верхних слоях. Как правило, темно-синие воды отражают очень мало жизни, в то время как более зеленые воды свидетельствуют о наличии экосистем, в основном фитопланктона — растительноподобных микроорганизмов, которые в изобилии обитают в верхних слоях океана и содержат зеленый пигмент хлорофилл. Этот пигмент помогает планктону собирать солнечный свет, который он использует для улавливания углекислого газа из атмосферы и превращения его в сахара.

Фитопланктон является основой морской пищевой сети, которая обеспечивает существование все более сложных организмов, вплоть до криля, рыб, морских птиц и млекопитающих. Фитопланктон также является мощным фактором, способствующим улавливанию и накоплению углекислого газа в океане. Поэтому ученые стремятся следить за фитопланктоном в поверхностных слоях океана и выяснить, как эти важнейшие сообщества могут реагировать на изменение климата. Для этого ученые отслеживают изменения в хлорофилле, основанном на соотношении количества синего и зеленого света, отраженного от поверхности океана, за которым можно наблюдать из космоса.

Однако около десяти лет назад Хенсон, который является соавтором настоящего исследования, вместе с другими учеными опубликовал работу, в которой показал, что если бы ученые отслеживали только хлорофилл, то потребовалось бы не менее 30 лет непрерывного мониторинга, чтобы обнаружить какую-либо тенденцию, обусловленную именно изменением климата. Причина, по мнению авторов, заключается в том, что значительные естественные колебания хлорофилла из года в год перекрывают любое антропогенное влияние на концентрацию хлорофилла. Поэтому потребуется несколько десятилетий, чтобы выделить среди обычного шума значимый сигнал, обусловленный изменением климата.

В 2019 г. Дуткевич и ее коллеги опубликовали отдельную работу, в которой с помощью новой модели показали, что естественная вариация других цветов океана гораздо меньше, чем вариация хлорофилла. Поэтому любой сигнал об изменениях, вызванных изменением климата, должен быть легче обнаружить на фоне меньших, нормальных вариаций других цветов океана. По их прогнозам, такие изменения должны быть заметны уже через 20, а не 30 лет мониторинга.

Поэтому я подумал: не имеет ли смысл искать тенденцию во всех этих других цветах, а не только в хлорофилле? — говорит Кейл.

Стоит посмотреть на весь спектр, а не просто пытаться оценить одно число по кусочкам спектра.

Сила семи

В данном исследовании Кейл и его коллеги проанализировали результаты измерений цвета океана, полученные спектрорадиометром Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) на борту спутника Aqua, который ведет мониторинг цвета океана уже 21 год. MODIS проводит измерения в семи видимых диапазонах длин волн, включая два цвета, которые исследователи традиционно используют для оценки хлорофилла.

Различия в цвете, улавливаемые спутником, слишком тонки для человеческого глаза. Большая часть океана кажется нашему глазу голубой, в то время как истинный цвет может содержать смесь более тонких длин волн — от синих до зеленых и даже красных.

Каэль провел статистический анализ, используя все семь цветов океана, измеренных спутником в период с 2002 по 2022 год. Сначала он проследил, как сильно менялись эти семь цветов в разных регионах в течение года, что дало ему представление об их естественных вариациях. Затем он увеличил масштаб, чтобы посмотреть, как эти ежегодные вариации цвета океана изменялись на протяжении более длительного периода — двух десятилетий. Этот анализ выявил четкую тенденцию, превышающую обычные колебания от года к году.

Чтобы понять, связана ли эта тенденция с изменением климата, он обратился к модели Дуткевича, разработанной в 2019 году. Эта модель моделировала состояние океанов Земли по двум сценариям: с добавлением парниковых газов и без них. Модель парниковых газов предсказала, что в течение 20 лет должна проявиться значительная тенденция, которая приведет к изменению цвета океана примерно в 50% поверхностных слоев Мирового океана — почти то же самое, что обнаружил Кейл при анализе реальных спутниковых данных.

Это говорит о том, что наблюдаемые нами тенденции не являются случайной вариацией в системе Земли, — говорит Кейл.

Это согласуется с антропогенным изменением климата.

Результаты работы группы показывают, что мониторинг цвета океана помимо хлорофилла может дать ученым более четкий и быстрый способ обнаружения изменений в морских экосистемах, вызванных изменением климата.

Цвет океанов изменился, — говорит Дуткевич.

Мы не можем сказать, как именно. Но мы можем сказать, что изменения цвета отражают изменения в планктонных сообществах, что повлияет на все, что питается планктоном. Это также повлияет на то, сколько океан будет поглощать углерода, поскольку разные виды планктона обладают разными способностями к этому. Поэтому мы надеемся, что люди отнесутся к этому серьезно. Не только модели предсказывают эти изменения. Теперь мы видим, как это происходит, и океан меняется.