Klimaatverandering veroorzaakt aanzienlijke veranderingen in de toestand van fytoplankton in de oceanen, en een nieuwe MIT-studie heeft aangetoond dat deze veranderingen de kleur van de oceaan de komende decennia sterk zullen beïnvloeden, waardoor de blauwe en groene gebieden intenser worden. Satellieten moeten deze tintveranderingen detecteren en vroegtijdig waarschuwen voor wijdverbreide veranderingen in mariene ecosystemen.
In het tijdschrift Nature Communications melden wetenschappers dat ze een wereldwijd model hebben ontwikkeld dat de groei en interactie van verschillende soorten fytoplankton of algen nabootst, en hoe de vermenging van soorten op verschillende plaatsen zal veranderen als de temperatuur over de hele wereld stijgt. De onderzoekers hebben ook gemodelleerd hoe fytoplankton licht absorbeert en weerkaatst, en hoe de kleur van de oceaan verandert naarmate de opwarming van de aarde de samenstelling van fytoplankton-gemeenschappen beïnvloedt.
Onderzoekers testten hun model door het uit te voeren tot het einde van de 21e eeuw en ontdekten dat tegen 2100 meer dan 50% van de oceanen in de wereld van kleur zal veranderen als gevolg van klimaatverandering.
De studie suggereert dat blauwe gebieden, zoals de subtropen, nog blauwer zullen worden naarmate er minder fytoplankton - en leven in het algemeen - in deze wateren is in vergelijking met de huidige stand van zaken. Sommige regio's die tegenwoordig groener zijn, zoals die bij de polen, kunnen zelfs nog groener worden, omdat hogere temperaturen leiden tot de verspreiding van een verscheidenheid aan fytoplankton.
"Dit model gaat ervan uit dat deze veranderingen niet gemakkelijk met het blote oog zullen worden opgemerkt, 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 Datkiewicz van de Science Division. Earth, Atmosphere, and Planet van het Massachusetts Institute of Technology. “Dit basisschema blijft hetzelfde. De diepteveranderingen zullen echter significant genoeg zijn om de rest van de fytoplanktonvoedselketen te beïnvloeden."
De kleur van de oceanen is afhankelijk van de hoeveelheid chlorofyl
De kleur van de oceaan hangt af van de wisselwerking tussen zonlicht en wat zich in het water bevindt. Alleen watermoleculen absorberen bijna al het zonlicht, behalve het blauwe deel van het spectrum - het wordt gereflecteerd. Als gevolg hiervan lijken de relatief kale delen van de open oceaan diepblauw vanuit de ruimte. Als er organismen in de oceaan zijn, kunnen deze lichtgolven van verschillende lengtes absorberen en reflecteren, afhankelijk van hun individuele eigenschappen.
Promotie video:
Fytoplankton bevat bijvoorbeeld chlorofyl, een pigment dat voornamelijk blauwe delen van zonlicht absorbeert en koolstof produceert voor fotosynthese, en in mindere mate groene delen. Hierdoor wordt er meer groen licht weerkaatst door de oceaan, wat de algenrijke gebieden een groenachtige tint geeft.
Sinds eind jaren negentig meten satellieten continu de kleur van de oceaan. Wetenschappers gebruikten deze metingen om de hoeveelheid chlorofyl en, bij uitbreiding, fytoplankton in een specifiek deel van de oceaan te krijgen. Maar Datkevich zegt dat chlorofyl niet noodzakelijk een gevoelig signaal van klimaatverandering weergeeft. Elke significante fluctuatie in chlorofyl kan worden veroorzaakt door de opwarming van de aarde, maar ook door "natuurlijke variabiliteit", normale periodieke sprongen in chlorofyl als gevolg van natuurlijke weersverschijnselen.
"Een El Niño- of La Niña-evenement zal zeer grote veranderingen in chlorofyl veroorzaken omdat het de hoeveelheid voedingsstoffen die het systeem binnenkomt, verandert", zegt Datkevich. "Met deze grote, natuurlijke veranderingen die om de paar jaar plaatsvinden, is het moeilijk om te zien of de klimaatverandering zal veranderen door alleen naar chlorofyl te kijken."
Simulatie van oceaanlicht
In plaats van te kijken naar de schattingen van het verkregen chlorofyl, vroeg het team zich af of er een duidelijk signaal was over de impact van klimaatverandering op fytoplankton door alleen te kijken naar satellietmetingen van gereflecteerd licht.
Het team heeft een computermodel verfijnd dat het in het verleden heeft gebruikt om fytoplanktonveranderingen te voorspellen met stijgende temperaturen en oceaanverzuring. Dit model neemt informatie over fytoplankton, zoals de voedselopname en hoe het groeit, en neemt deze informatie op in een fysiek model dat oceaanstromingen en vermenging aantoont.
Deze keer hebben wetenschappers echter een nieuw element aan het model toegevoegd dat niet is opgenomen in andere oceaanmodelleringsmethoden: het vermogen om specifieke golflengten van licht te schatten die worden geabsorbeerd en gereflecteerd door de oceaan, afhankelijk van het aantal en het type organismen in een bepaalde regio.
"Zonlicht valt op de oceaan en alles in de oceaan absorbeert het als chlorofyl", zegt Datkevich. “Andere dingen zullen het absorberen of verdrijven. Het is dus moeilijk om te bepalen hoe het licht van de oceaan weerkaatst en kleur geeft.
Het bleek dat het model van de wetenschappers kan worden gebruikt om de kleur van de oceaan te voorspellen wanneer de omgevingsomstandigheden in de toekomst veranderen. En het beste is dat het in het laboratorium kan worden gebruikt.
Signaal in blauwgroene tinten
Toen wetenschappers wereldwijde temperaturen aan het model toevoegden en ze tegen 2100 met 3 graden verhoogden - de meeste wetenschappers voorspellen of er geen actie wordt ondernomen om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen - ontdekten ze dat de golflengten van licht in de blauwe en groene delen van het spectrum het snelst reageerden. …
Bovendien vertoont dit blauwgroene golflengtebereik een heel duidelijk signaal, of verschuiving, geassocieerd met klimaatverandering: de verschuiving vindt eerder plaats dan verwacht wanneer wetenschappers naar chlorofyl keken.
"Chlorofyl verandert, maar je kunt het niet zien vanwege de ongelooflijke natuurlijke variabiliteit", zegt Datkevich. “Je kunt echter een aanzienlijke klimaatverandering zien in sommige van deze golfbanden in het signaal dat naar de satellieten wordt gestuurd. Dus dit is waar we moeten zoeken naar het echte signaal van veranderingen in satellietmetingen."
Volgens het model van de wetenschappers verandert klimaatverandering nu al de samenstelling van fytoplankton, en daarmee de kleur van de oceanen. Tegen het einde van de eeuw zal onze blauwe planeet ingrijpend veranderen.
“Tegen het einde van de 21e eeuw zal er een merkbare verandering in de kleur van 50% van de oceanen zijn. De verandering zal behoorlijk groot zijn. Verschillende soorten fytoplankton absorberen licht op verschillende manieren, en als klimaatverandering de ene fytoplanktongemeenschap naar de andere verplaatst, zal dit ook de soorten voedselwebben die ze kunnen ondersteunen, veranderen."
Ilya Khel
