De zeetemperatuur en de verzuring van de oceanen zijn de afgelopen drie decennia gestegen tot niveaus die alleen door natuurlijke variatie worden verwacht, een nieuwe studie onder leiding van Princeton-onderzoekers vindt. Ondertussen andere effecten van klimaatverandering, zoals veranderingen in de activiteit van oceaanmicroben die de koolstof- en zuurstofcycli van de aarde regelen, zal nog enkele decennia tot een eeuw duren om te verschijnen. Het rapport werd op 19 augustus online gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Klimaatverandering .

De studie keek naar fysieke en chemische veranderingen in de oceaan die worden geassocieerd met stijgende koolstofdioxide in de atmosfeer als gevolg van menselijke activiteiten. "We probeerden een belangrijke wetenschappelijke vraag te beantwoorden:wanneer, waarom en hoe zullen belangrijke veranderingen detecteerbaar worden boven de normale variaties die we verwachten te zien in de mondiale oceaan?" zei Sarah Schlunegger, een postdoctoraal onderzoeksmedewerker aan het Princeton University's Program in Atmospheric and Oceanic Sciences (AOS).

De studie bevestigt dat resultaten die rechtstreeks verband houden met de escalatie van kooldioxide in de atmosfeer al naar voren zijn gekomen in het bestaande waarnemingsrecord van 30 jaar. Deze omvatten opwarming van het zeeoppervlak, verzuring en toename van de snelheid waarmee de oceaan koolstofdioxide uit de atmosfeer verwijdert.

In tegenstelling tot, processen die indirect verband houden met de toename van kooldioxide in de atmosfeer door de geleidelijke wijziging van het klimaat en de oceaancirculatie, zullen langer duren, van drie decennia tot meer dan een eeuw. Deze omvatten veranderingen in de boven-oceanische menging, toevoer van voedingsstoffen, en de kringloop van koolstof door mariene planten en dieren.

"Het nieuwe aan deze studie is dat het een specifiek tijdsbestek geeft voor wanneer oceaanveranderingen zullen plaatsvinden, " zei Jorge Sarmiento, de George J. Magee hoogleraar Geowetenschappen en Geologische Engineering, Emeritus. "Sommige veranderingen zullen lang duren, terwijl andere al detecteerbaar zijn."

De oceaan levert een klimaatdienst aan de planeet door overtollige warmte en koolstof uit de atmosfeer te absorberen, waardoor het tempo van de stijgende mondiale temperaturen wordt vertraagd, zei Schluegger. Deze dienst, echter, komt met een straf - namelijk verzuring van de oceaan en opwarming van de oceaan, die veranderen hoe koolstof door de oceaan circuleert en invloed heeft op mariene ecosystemen.

Verzuring en opwarming van de oceaan kunnen schadelijk zijn voor de microbiële mariene organismen die dienen als de basis van het mariene voedselweb dat de visserij en koraalriffen voedt, zuurstof produceren en bijdragen aan de vermindering van de atmosferische kooldioxideconcentratie.

De studie was gericht op het onderscheiden van veranderingen in de oceaan die verband houden met door de mens veroorzaakte klimaatverandering van die als gevolg van natuurlijke variabiliteit. Natuurlijke schommelingen in het klimaat kunnen veranderingen in de oceaan verhullen, dus keken onderzoekers wanneer de veranderingen zo dramatisch zouden zijn dat ze boven de natuurlijke variabiliteit zouden uitsteken.

Klimaatonderzoek wordt vaak onderverdeeld in twee categorieën, modellering en observaties - die wetenschappers die observaties van de echte aarde analyseren, en degenen die modellen gebruiken om te voorspellen welke veranderingen gaan komen. Deze studie maakt gebruik van de voorspellingen van klimaatmodellen om observatie-inspanningen te informeren over welke veranderingen waarschijnlijk zijn, en waar en wanneer je ze moet zoeken, zei Schluegger.

De onderzoekers voerden modellering uit die potentiële toekomstige klimaattoestanden simuleert die het gevolg kunnen zijn van een combinatie van door de mens veroorzaakte klimaatverandering en willekeurig toeval. Deze experimenten werden uitgevoerd met het Earth System Model, een klimaatmodel met een interactieve koolstofcyclus, zodat veranderingen in de klimaat- en koolstofkringloop in tandem kunnen worden beschouwd.

Het gebruik van het Earth System Model werd gefaciliteerd door John Dunne, die leiding geeft aan de modellering van oceaankoolstofactiviteiten bij het Geophysical Fluid Dynamics Laboratory van de National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) in Princeton. Het Princeton-team bestond uit Richard Slater, senior aardesysteem modelleur in AOS; Keith Rodgers, een AOS-onderzoeksoceanograaf nu aan de Pusan ​​National University in Zuid-Korea; en Jorge Sarmiento, de George J. Magee hoogleraar Geowetenschappen en Geologische Engineering, Emeritus. Het team omvatte ook Thomas Frölicher, een professor aan de Universiteit van Bern en een voormalig postdoctoraal onderzoeker aan Princeton, en Masao Ishii van het Japan Meteorological Agency.

De bevinding van een vertraging van 30 tot 100 jaar in het optreden van effecten suggereert dat oceaanobservatieprogramma's vele decennia in de toekomst moeten worden gehandhaafd om de veranderingen in de oceaan effectief te volgen. De studie geeft ook aan dat de detecteerbaarheid van sommige veranderingen in de oceaan baat zou hebben bij verbeteringen aan de huidige observationele bemonsteringsstrategie. Deze omvatten dieper in de oceaan kijken naar veranderingen in fytoplankton, en het vastleggen van veranderingen in zowel zomer als winter, in plaats van alleen het jaargemiddelde, voor de uitwisseling van koolstofdioxide tussen de oceaan en de atmosfeer.

"Onze resultaten geven aan dat veel soorten observatie-inspanningen van cruciaal belang zijn voor ons begrip van onze veranderende planeet en ons vermogen om verandering te detecteren, "Zei Schlunegger. Deze omvatten tijdreeksen of permanente locaties van continue metingen, evenals regionale bemonsteringsprogramma's en wereldwijde teledetectieplatforms.

De studie, "De opkomst van antropogene signalen in de koolstofcyclus van de oceaan, " werd gepubliceerd in Natuur Klimaatverandering op 19 augustus, 2019.