Klimaatverandering veroorzaakt aanzienlijke veranderingen in het fytoplankton in de oceanen van de wereld, en uit een nieuwe MIT-studie blijkt dat deze veranderingen de komende decennia de kleur van de oceaan zullen beïnvloeden, het intensiveren van zijn blauwe en groene gebieden. Satellieten zouden deze veranderingen in tint, vroegtijdig waarschuwen voor grootschalige veranderingen in mariene ecosystemen.

Inschrijven Natuurcommunicatie , onderzoekers melden dat ze een globaal model hebben ontwikkeld dat de groei en interactie van verschillende soorten fytoplankton simuleert, of algen, en hoe de mix van soorten op verschillende locaties zal veranderen naarmate de temperatuur over de hele wereld stijgt. De onderzoekers simuleerden ook de manier waarop fytoplankton licht absorbeert en reflecteert, en hoe de kleur van de oceaan verandert als het broeikaseffect de samenstelling van fytoplanktongemeenschappen beïnvloedt.

De onderzoekers hebben het model tot het einde van de 21e eeuw doorlopen en ontdekten dat, tegen het jaar 2100, meer dan 50 procent van de wereldzeeën zal van kleur veranderen, als gevolg van klimaatverandering.

De studie suggereert dat blauwe gebieden, zoals de subtropen, wordt nog blauwer, nog minder fytoplankton - en het leven in het algemeen - in die wateren weerspiegelen, vergeleken met vandaag. Sommige regio's die vandaag groener zijn, zoals in de buurt van de polen, kan nog dieper groen worden, terwijl warmere temperaturen grotere bloemen van meer divers fytoplankton brouwen.

"Het model suggereert dat de veranderingen met het blote oog niet enorm zullen lijken, en de oceaan zal er nog steeds uitzien alsof hij blauwe gebieden heeft in de subtropen en groenere gebieden nabij de evenaar en polen, " zegt hoofdauteur Stephanie Dutkiewicz, een hoofdonderzoeker bij MIT's Department of Earth, Sfeervol, en Planetaire Wetenschappen en het Gezamenlijk Programma voor Wetenschap en Beleid van Global Change. "Dat basispatroon zal er nog steeds zijn, maar het zal genoeg anders zijn om de rest van het voedselweb dat fytoplankton ondersteunt, te beïnvloeden."

Dutkiewicz's co-auteurs zijn onder meer Oliver Jahn van MIT, Anna Hickman van de Universiteit van Southhampton, Stephanie Henson van het National Oceanography Centre Southampton, Claudie Beaulieu van de Universiteit van Californië in Santa Cruz, en Erwan Monier van de Universiteit van Californië in Davis.

Chlorofylgetal

De kleur van de oceaan hangt af van hoe zonlicht interageert met wat zich in het water bevindt. Watermoleculen alleen absorberen bijna al het zonlicht behalve het blauwe deel van het spectrum, die weer naar buiten wordt gereflecteerd. Vandaar, relatief kale open oceaangebieden lijken vanuit de ruimte diepblauw. Als er organismen in de oceaan zijn, ze kunnen verschillende golflengten van licht absorberen en weerkaatsen, afhankelijk van hun individuele eigenschappen.

fytoplankton, bijvoorbeeld, bevatten chlorofyl, een pigment dat voornamelijk in de blauwe delen van zonlicht absorbeert om koolstof voor fotosynthese te produceren, en minder in de groene gedeelten. Als resultaat, meer groen licht wordt teruggekaatst uit de oceaan, waardoor algenrijke gebieden een groenachtige tint krijgen.

Sinds eind jaren negentig is satellieten hebben continue metingen gedaan van de kleur van de oceaan. Wetenschappers hebben deze metingen gebruikt om de hoeveelheid chlorofyl, en bij uitbreiding, fytoplankton, in een bepaald oceaangebied. Maar Dutkiewicz zegt dat chlorofyl niet noodzakelijk het gevoelige signaal van klimaatverandering weerspiegelt. Eventuele significante schommelingen in chlorofyl kunnen heel goed te wijten zijn aan de opwarming van de aarde, maar ze kunnen ook te wijten zijn aan "natuurlijke variabiliteit" - normaal, periodieke stijgingen in chlorofyl als gevolg van natuurlijke, weergerelateerde verschijnselen.

"Een El Niño- of La Niña-gebeurtenis zal een zeer grote verandering in chlorofyl veroorzaken, omdat het de hoeveelheid voedingsstoffen die in het systeem komen verandert, " zegt Dutkiewicz. "Vanwege deze grote, natuurlijke veranderingen die om de paar jaar plaatsvinden, het is moeilijk te zien of dingen veranderen door klimaatverandering, als je alleen maar naar chlorofyl kijkt."

Oceaanlicht modelleren

In plaats van te kijken naar afgeleide schattingen van chlorofyl, het team vroeg zich af of ze een duidelijk signaal van het effect van klimaatverandering op fytoplankton konden zien door alleen naar satellietmetingen van gereflecteerd licht te kijken.

De groep paste een computermodel aan dat het in het verleden heeft gebruikt om veranderingen in fytoplankton te voorspellen met stijgende temperaturen en verzuring van de oceaan. Dit model neemt informatie over fytoplankton, zoals wat ze consumeren en hoe ze groeien, en neemt deze informatie op in een fysiek model dat de stromingen en vermenging van de oceaan simuleert.

Deze keer, de onderzoekers voegden een nieuw element toe aan het model, die niet is opgenomen in andere oceaanmodelleringstechnieken:het vermogen om de specifieke golflengten van licht te schatten die worden geabsorbeerd en gereflecteerd door de oceaan, afhankelijk van de hoeveelheid en het type organismen in een bepaalde regio.

"Zonlicht zal in de oceaan komen, en alles wat in de oceaan is, zal het absorberen, zoals chlorofyl, "zegt Dutkiewicz. "Andere dingen zullen het absorberen of verspreiden, als iets met een harde schil. Het is dus een ingewikkeld proces, hoe licht wordt teruggekaatst uit de oceaan om het zijn kleur te geven."

Toen de groep de resultaten van hun model vergeleek met werkelijke metingen van gereflecteerd licht dat satellieten in het verleden hadden genomen, ze vonden dat de twee het goed genoeg met elkaar eens waren dat het model kon worden gebruikt om de kleur van de oceaan te voorspellen als de omgevingsomstandigheden in de toekomst veranderen.

"Het leuke van dit model is, we kunnen het als laboratorium gebruiken, een plek waar we kunnen experimenteren, om te zien hoe onze planeet gaat veranderen, ' zegt Dutkiewicz.

Een signaal in blauw en groen

Terwijl de onderzoekers de mondiale temperaturen in het model opvoerden, tot 3 graden Celsius tegen 2100 - wat de meeste wetenschappers voorspellen zal gebeuren in een business-as-usual scenario van relatief geen actie om broeikasgassen te verminderen - ontdekten ze dat golflengten van licht in de blauw/groene golfband het snelst reageerden.

Bovendien, Dutkiewicz merkte op dat deze blauw/groene golfband een heel duidelijk signaal vertoonde, of verschuiven, met name door klimaatverandering, veel eerder plaatsvinden dan wat wetenschappers eerder hebben gevonden toen ze naar chlorofyl keken, waarvan ze voorspelden dat ze tegen 2055 een klimaatgedreven verandering zouden vertonen.

"Chlorofyl verandert, maar je kunt het niet echt zien vanwege zijn ongelooflijke natuurlijke variabiliteit, " zegt Dutkiewicz. "Maar je ziet een significante, klimaatgerelateerde verschuiving in sommige van deze golfbanden, in het signaal dat naar de satellieten wordt gestuurd. Dus dat is waar we moeten zoeken in satellietmetingen, voor een echt signaal van verandering."

Volgens hun model klimaatverandering verandert al de samenstelling van fytoplankton, en bij uitbreiding, de kleur van de oceanen. Tegen het einde van de eeuw, onze blauwe planeet ziet er misschien zichtbaar veranderd uit.

"Er zal tegen het einde van de 21e eeuw een merkbaar verschil zijn in de kleur van 50 procent van de oceaan, "zegt Dutkiewicz. "Het zou potentieel heel ernstig kunnen zijn. Verschillende soorten fytoplankton absorberen licht anders, en als klimaatverandering de ene gemeenschap van fytoplankton naar de andere verschuift, dat zal ook de soorten voedselwebben veranderen die ze kunnen ondersteunen. "