Достижения в области анализа данных помогают исследователям обнаружить изменение цвета океана, которое может быть связано с изменением климата.
Согласно новому исследованию, тропические океаны меняют цвет. За последние два десятилетия 56% поверхности океана стали зеленее, а это означает, что микроорганизмы, живущие близко к поверхности, также меняются. Исследование, недавно опубликованное в журнале Nature, указывает на изменение климата как на возможную причину такого сдвига.
Мировой океан приобретает свой цвет от солнечного света, отражающегося от молекул воды и всего остального, что плавает у поверхности. Сюда входит крошечный фитопланктон, содержащий большое количество хлорофилла — пигмента, отражающего зелёный свет.
Учёные обычно используют спутники для оценки цвета океана, измеряя длины волн синего и зелёного света, отражённого от поверхности, и определяя количество хлорофилла, необходимое для придания специфического сине-зелёного оттенка, объяснила соавтор Стефани Дуткевич (Stephanie Dutkiewicz), морской учёный из Массачусетского технологического института. в Кембридже.
Но численность фитопланктона – и, следовательно, хлорофилла – значительно варьируется от года к году, и обнаружить долгосрочные изменения цвета по таким зашумлённым спутниковым данным сложно. Климатические модели показывают, что для выявления тенденции могут потребоваться данные за 30–40 лет, сказала Дуткевич.
Чтобы быстрее выявить какие-либо закономерности в цвете океана, исследователи попробовали необычный подход: на протяжении 20 лет (2002–2022 гг.) почти ежедневные изображения океана с помощью спектрорадиометра среднего разрешения (MODIS), камеры на борту спутника НАСА Aqua, позволили команде рассмотреть несколько цветов в спектре видимого света, а не только синий и зелёный.

Устранение шума

«Трудно отличить шум от сигнала, поскольку каждое наблюдение полно шума», — говорит соавтор Эммануэль Босс (Emmanuel Boss), руководитель Лаборатории звука и цвета в Университете штата Мэн. Чтобы выйти за рамки сезонных колебаний и Эль-Ниньо, исследователи использовали статистический метод, с помощью которого они могли анализировать несколько переменных — все цвета, наблюдаемые MODIS, — одновременно.
Они обнаружили, что более чем на половине площади океанов, в основном вблизи тропиков, наблюдается явный сдвиг оттенка в сторону зелёного, даже несмотря на то, что доступны данные всего за 20 лет.
Поскольку океаны вблизи полюсов не подвергаются воздействию света круглый год, а темнота длится месяцами, исследователи сосредоточились на экваториальных океанах. «Но это не значит, что полюса не меняются», — добавляет Босс. Они также не смотрели области вблизи берегов; эти районы, естественно, довольно шумны из-за повторяющихся явлений, таких как апвеллинг, когда холодная, глубинная и богатая питательными веществами вода поднимается на поверхность и занимает место более тёплых поверхностных вод.

Изменения в морских организмах

«Мы не знаем, что вызывает эту тенденцию. Это может быть растворённый органический материал, изменения в типе и количестве фитопланктона… все эти аспекты могут повлиять на цвет океана», — говорит Босс. «Мы надеемся, что коллеги попытаются найти причину этих изменений». Авторы отметили, что изменения цвета не следовали за изменениями температуры поверхности моря.
По мнению авторов, в этом может быть виновато изменение климата. Эта гипотеза возникла не только из того, что они нашли в наборе данных, но и из того факта, что данные лучше всего соответствовали одной из моделей, над которой работала команда, — модели с высокими выбросами углерода и сценарием видимого изменения климата.
Исследование актуально, потому что оно проливает свет на изменения в популяциях фитопланктона, которые лежат в основе многих морских пищевых сетей, говорит Лусиана Прадо (Luciana Prado), физический океанограф из Государственного университета Рио-де-Жанейро в Бразилии, которая не участвовала в исследовании. Первичные консументы - от зоопланктона до медуз - потребляют фитопланктон, тогда как вторичные, в том числе многие рыбы, питаются им. Наконец, основные потребители, такие как акулы и морские млекопитающие, часто питаются рыбой.
«Изменение цвета воды может означать, что может произойти новое распределение элементов и питательных веществ, которые повлияют на количество и качество фитопланктона в океанах», — добавила Прадо.
«Это сложный, нетрадиционный новый подход к изучению цвета океана», — сказала Ауреа Чиотти (Aurea Ciotti), океанограф-биооптик из Университета Сан-Паулу, не участвовавшая в исследовании. По её словам, такого рода исследования очень сложны, поскольку они работают с совершенно разными масштабами. «Эти исследования проводятся на огромных участках океана и изучают микроскопические организмы, которые живут несколько часов или дней. Подсчитать это, не упрощая принцип работы океанов, — серьёзная задача. Хорошая новость заключается в том, что сегодня у нас есть технологии, позволяющие проводить более точные расчёты, поэтому нам не нужно слишком упрощать данные», — заметила она.
По словам Чиотти, исследование привело к несколько парадоксальному выводу, что научному сообществу потребуется некоторое время, чтобы осмыслить это. «В условиях изменения климата было бы вполне логично, если бы океаны стали голубее или беднее жизнью и питательными веществами. Использование других методов открывает нам новые двери для понимания того, что реальность не всегда может соответствовать нашим ожиданиям».

 

Ссылка: https://eos.org/articles/more-than-half-the-worlds-ocean-surface-is-getting-greener