Ilmastomuutos aiheuttaa merkittäviä muutoksia valtameren kasviplanktonin tilassa ja uusi MIT-tutkimus on osoittanut, että muutokset vaikuttavat suuresti valtameren väriin tulevina vuosikymmeninä, tehostaen sen sinistä ja vihreää aluetta. Satelliittien tulisi havaita nämä sävymuutokset ja antaa varhainen varoitus laajoista muutoksista meriekosysteemeissä.
Nature Communications -lehdessä tutkijat kertovat kehittäneensä globaalin mallin, joka jäljittelee erityyppisten kasviplanktonien tai levien kasvua ja vuorovaikutusta ja kuinka lajien seos eri paikoissa muuttuu lämpötilan noustessa ympäri maailmaa. Tutkijat mallinntivat myös, kuinka kasviplanktoni imee ja heijastaa valoa ja kuinka valtameren väri muuttuu, kun ilmaston lämpeneminen vaikuttaa kasviplanktoniyhteisöjen koostumukseen.
Tutkijat kokeilivat malliaan ajamalla sitä 2000-luvun loppuun saakka ja havaitsivat, että vuoteen 2100 mennessä yli 50% maailman valtamereistä muuttaa väriä ilmastonmuutoksen vuoksi.
Tutkimus viittaa siihen, että siniset alueet, kuten subtrooppiset alueet, muuttuvat sinisemmiksi, koska näillä vesillä on vähemmän kasviplanktonia - ja elämää yleensä - verrattuna nykyiseen tilanteeseen. Jotkut nykyään vihreämpiä alueita, kuten pylväiden lähellä sijaitsevat, saattavat muuttua jopa vihreämmäksi, koska korkeammat lämpötilat johtavat kasviplanktonin lisääntymiseen..
"Tämä malli olettaa, että näitä muutoksia ei ole helppo havaita paljaalla silmällä, ja valtameri näyttää silti siltä, että sillä on siniset alueet subtroopeilla ja vihreät alueet lähellä päiväntasaajaa ja napoja", sanoo johtava kirjailija Stephanie Datkiewicz tiedeosastosta. Massachusettsin teknillisen instituutin maa, ilmapiiri ja planeetta.”Tämä perusjärjestelmä pysyy samana. Syvyysmuutokset ovat kuitenkin riittävän merkittäviä vaikuttamaan muihin kasviplanktonin ravintoketjuun."
Valtamerten väri riippuu klorofyllin määrästä
Valtameren väri riippuu siitä, kuinka auringonvalo on vuorovaikutuksessa vedessä olevan kanssa. Vain vesimolekyylit absorboivat melkein kaiken auringonvalon spektrin sinistä osaa lukuun ottamatta - se heijastuu. Näin ollen avoimen valtameren suhteellisen karu alue näyttää olevan syvän sininen avaruudesta. Jos valtameressä on organismeja, ne voivat absorboida ja heijastaa eripituisia valoaaltoja niiden yksilöllisistä ominaisuuksista riippuen.
Mainosvideo:
Esimerkiksi kasviplanktoni sisältää klorofylliä, pigmenttiä, joka imee enimmäkseen sinisiä auringonvalon osia, tuottaen hiiltä fotosynteesiä varten, ja vähemmässä määrin vihreitä osia. Seurauksena valtameri heijastaa enemmän vihreää valoa, mikä antaa levärikkaille alueille vihertävän sävyn.
1990-luvun lopusta lähtien satelliitit ovat jatkuvasti mitanneet valtameren väriä. Tutkijat käyttivät näitä mittauksia saadakseen klorofyllin määrän ja laajentaen kasviplanktonin määrän tietyllä valtameren alueella. Datkevichin mukaan klorofylli ei välttämättä heijasta herkää signaalia ilmastonmuutoksesta. Mahdolliset merkittävät klorofyllin vaihtelut voivat johtua ilmaston lämpenemisestä, mutta myös "luonnollisesta vaihtelusta", tavanomaisista säännöllisistä klorofyllin hyppyistä, jotka johtuvat luonnollisista sääolosuhteista.
"El Niño- tai La Niña -tapahtuma aiheuttaa erittäin suuria muutoksia klorofyllissä, koska se muuttaa järjestelmään kulkevien ravinteiden määrää", Datkevich sanoo. "Näiden isojen, luonnollisten muutosten myötä, joita tapahtuu muutaman vuoden välein, on vaikea nähdä, muuttuuko ilmastonmuutos pelkästään klorofylliä tarkastelemalla."
Ocean valon simulointi
Sen sijaan, että tarkasteltaisiin saatuja klorofylli-arvioita, ryhmä pohti, olisiko ilmastonmuutoksen vaikutuksista kasviplanktoniin selkeä signaali, jos tarkasteltaisiin vain heijastuneen valon satelliittimittauksia.
Ryhmä on tarkennut tietokonemallia, jota se on aiemmin käyttänyt kasviplanktonin muutosten ennustamiseen lämpötilan noustessa ja valtamerten happamoitumisessa. Tämä malli ottaa tietoa kasviplanktonista, kuten sen ruuan saannista ja kasvusta, ja yhdistää nämä tiedot fyysiseen malliin, joka osoittaa valtameren virtaukset ja sekoittumisen.
Tällä kertaa tutkijat ovat kuitenkin lisänneet malliin uuden elementin, jota ei ole sisällytetty muihin valtameren mallintamismenetelmiin: kyky arvioida valon erityisiä aallonpituuksia, jotka valtameri imee ja heijastaa, riippuen organismin lukumäärästä ja tyypistä tietyllä alueella.
"Auringonvalo osuu valtamereen, ja kaikki valtameressä imee sen kuin klorofylli", Datkevich sanoo.”Muut asiat imevät sen tai hajottavat sen. Joten on vaikea määrittää, kuinka valo heijastaa valtameren valolta ja antaa sille väriä.
Kävi ilmi, että tutkijoiden mallia voidaan käyttää ennustamaan valtameren väri, kun ympäristöolosuhteet muuttuvat tulevaisuudessa. Ja parasta siinä, että sitä voidaan käyttää laboratoriossa.
Signaali sinivihreällä sävyllä
Kun tutkijat lisäsivät malliin globaalilämpötiloja ja nostivat niitä 3 astetta vuoteen 2100 mennessä - kuten useimmat tutkijat ennustavat, ettei kasvihuonekaasupäästöjen vähentämiseksi ryhdytä mihinkään toimiin -, he havaitsivat, että spektrin sinisessä ja vihreässä osassa olevan valon aallonpituudet reagoivat nopeimmin. …
Lisäksi tällä sinivihreällä aallonpituusalueella on erittäin selkeä signaali tai siirtymä, joka liittyy ilmastomuutokseen: muutos tapahtuu aikaisemmin kuin odotettiin, kun tutkijat katsoivat klorofylliä.
"Klorofylli muuttuu, mutta et voi nähdä sitä uskomattoman luonnollisen vaihtelun vuoksi", Datkevich sanoo.”Joissakin näistä aaltokaistaista voidaan kuitenkin nähdä merkittäviä ilmastomuutoksia satelliiteille lähetetyssä signaalissa. Joten tässä meidän pitäisi etsiä todellinen signaali satelliittimittausten muutoksista."
Tutkijoiden mallin mukaan ilmastonmuutos muuttaa jo kasviplanktonin koostumusta ja siten valtamerten väriä. Vuosisadan loppuun mennessä sininen planeettamme muuttuu dramaattisesti.
”2000-luvun loppuun mennessä 50%: n valtamereissä väri muuttuu huomattavasti. Muutos on aika iso. Erityyppiset kasviplanktonit absorboivat valoa eri tavoin, ja jos ilmastonmuutos syrjäyttää kasviplanktoniyhteisön toiseen, se muuttaa myös niiden ruokarainojen tyyppejä, joita ne voivat tukea."
Ilja Khel