Durch den Klimawandel verändert sich die Farbe des Ozeans

Die Farbe des Ozeans hat sich in den letzten 20 Jahren erheblich verändert, und der globale Trend ist wahrscheinlich eine Folge des vom Menschen verursachten Klimawandels, berichten Wissenschaftler am MIT, dem National Oceanography Centre im Vereinigten Königreich und anderswo.

In einer heute erschienenen Studie in Natur, Das Team schreibt, dass es in den letzten zwei Jahrzehnten Veränderungen in der Farbe der Ozeane festgestellt habe, die nicht allein durch natürliche Schwankungen von Jahr zu Jahr erklärt werden könnten. Diese Farbveränderungen sind für das menschliche Auge zwar subtil, treten aber in über 56 Prozent der Weltmeere auf – einer Fläche, die größer ist als die gesamte Landfläche der Erde.

Insbesondere stellten die Forscher fest, dass tropische Meeresregionen in Äquatornähe im Laufe der Zeit immer grüner geworden sind. Die Veränderung der Ozeanfarbe weist darauf hin, dass sich auch die Ökosysteme innerhalb des Oberflächenmeeres verändern müssen, da die Farbe des Ozeans buchstäblich die Organismen und Materialien in seinen Gewässern widerspiegelt.

Wie genau sich die Meeresökosysteme verändern, um die wechselnde Farbe widerzuspiegeln, können die Forscher zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht sagen. In einer Sache sind sie sich jedoch ziemlich sicher: Der vom Menschen verursachte Klimawandel ist wahrscheinlich der Auslöser.

„Ich führe seit Jahren Simulationen durch, die mir sagen, dass diese Veränderungen in der Farbe der Ozeane eintreten werden“, sagt die Co-Autorin der Studie, Stephanie Dutkiewicz, leitende Wissenschaftlerin in der Abteilung für Erd-, Atmosphären- und Planetenwissenschaften des MIT und am Zentrum für Global Change Science. „Es ist nicht überraschend, es tatsächlich zu sehen, sondern beängstigend. Und diese Veränderungen stehen im Einklang mit den vom Menschen verursachten Veränderungen unseres Klimas.“

„Dies liefert zusätzliche Belege dafür, wie menschliche Aktivitäten das Leben auf der Erde in einem riesigen räumlichen Ausmaß beeinflussen“, fügt Hauptautor BB Cael Ph.D. hinzu. ’19 des National Oceanography Centre in Southampton, Großbritannien „Es ist eine weitere Art und Weise, wie Menschen die Biosphäre beeinflussen.“

Zu den Co-Autoren der Studie gehören außerdem Stephanie Henson vom National Oceanography Center, Kelsey Bisson von der Oregon State University und Emmanuel Boss von der University of Maine.

Über dem Lärm

Die Farbe des Ozeans ist ein visuelles Produkt dessen, was sich in seinen oberen Schichten befindet. Im Allgemeinen spiegeln tiefblaue Gewässer nur sehr wenig Leben wider, während grüneres Wasser auf das Vorhandensein von Ökosystemen und hauptsächlich Phytoplankton hinweist – pflanzenähnliche Mikroben, die im oberen Ozean reichlich vorkommen und den grünen Farbstoff Chlorophyll enthalten. Das Pigment hilft Plankton dabei, Sonnenlicht zu ernten, mit dem sie Kohlendioxid aus der Atmosphäre einfangen und in Zucker umwandeln.

Phytoplankton ist die Grundlage des marinen Nahrungsnetzes, das immer komplexere Organismen, bis hin zu Krill, Fischen, Seevögeln und Meeressäugetieren, ernährt. Phytoplankton ist auch ein wichtiger Faktor für die Fähigkeit des Ozeans, Kohlendioxid einzufangen und zu speichern. Wissenschaftler sind daher daran interessiert, das Phytoplankton in den Oberflächenmeeren zu überwachen und herauszufinden, wie diese lebenswichtigen Gemeinschaften auf den Klimawandel reagieren könnten. Zu diesem Zweck haben Wissenschaftler Veränderungen im Chlorophyll verfolgt, basierend auf dem Verhältnis, wie viel blaues und grünes Licht von der Meeresoberfläche reflektiert wird, was vom Weltraum aus überwacht werden kann

Aber vor etwa einem Jahrzehnt veröffentlichte Henson, der Mitautor der aktuellen Studie ist, zusammen mit anderen eine Arbeit, die zeigte, dass, wenn Wissenschaftler nur Chlorophyll verfolgen würden, mindestens 30 Jahre kontinuierlicher Überwachung erforderlich wären, um einen Trend zu erkennen Dies wurde insbesondere durch den Klimawandel vorangetrieben. Der Grund, so argumentierte das Team, sei, dass die großen, natürlichen Schwankungen des Chlorophylls von Jahr zu Jahr jeden anthropogenen Einfluss auf die Chlorophyllkonzentrationen überwiegen würden. Es würde daher mehrere Jahrzehnte dauern, um inmitten des normalen Rauschens ein aussagekräftiges, vom Klimawandel verursachtes Signal zu erkennen.

Im Jahr 2019 veröffentlichten Dutkiewicz und ihre Kollegen eine separate Arbeit, in der sie anhand eines neuen Modells zeigten, dass die natürliche Variation anderer Meeresfarben im Vergleich zu der von Chlorophyll viel geringer ist. Daher sollte jedes Signal klimawandelbedingter Veränderungen leichter zu erkennen sein als die kleineren, normalen Variationen anderer Meeresfarben. Sie sagten voraus, dass solche Veränderungen innerhalb von 20 statt 30 Jahren nach der Überwachung sichtbar werden würden.

„Also dachte ich, ist es nicht sinnvoll, bei all diesen anderen Farben nach einem Trend zu suchen, anstatt nur bei Chlorophyll?“ Sagt Cael. „Es lohnt sich, das gesamte Spektrum zu betrachten, anstatt nur zu versuchen, eine Zahl aus Teilen des Spektrums abzuschätzen.“

Die Kraft der Sieben

In der aktuellen Studie analysierten Cael und das Team Messungen der Meeresfarbe, die mit dem Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) an Bord des Aqua-Satelliten durchgeführt wurden, der seit 21 Jahren die Meeresfarbe überwacht. MODIS führt Messungen in sieben sichtbaren Wellenlängen durch, einschließlich der beiden Farben, die Forscher traditionell zur Schätzung von Chlorophyll verwenden.

Die Farbunterschiede, die der Satellit wahrnimmt, sind zu subtil, als dass das menschliche Auge sie unterscheiden könnte. Ein Großteil des Ozeans erscheint unserem Auge blau, während die wahre Farbe eine Mischung aus subtileren Wellenlängen enthalten kann, von Blau über Grün bis hin zu Rot.

Cael führte eine statistische Analyse durch, bei der er alle sieben vom Satelliten von 2002 bis 2022 gemessenen Meeresfarben zusammen verwendete. Er untersuchte zunächst, wie stark sich die sieben Farben in einem bestimmten Jahr von Region zu Region veränderten, was ihm eine Vorstellung von ihren natürlichen Variationen gab. Anschließend zoomte er heraus, um zu sehen, wie sich diese jährlichen Schwankungen der Meeresfarbe über einen längeren Zeitraum von zwei Jahrzehnten veränderten. Diese Analyse ergab einen klaren Trend, der über der normalen jährlichen Variabilität liegt.

Um herauszufinden, ob dieser Trend mit dem Klimawandel zusammenhängt, schaute er sich dann das Modell von Dutkiewicz aus dem Jahr 2019 an. Dieses Modell simulierte die Ozeane der Erde in zwei Szenarien: eines mit der Zugabe von Treibhausgasen und das andere ohne. Das Treibhausgasmodell sagte voraus, dass sich innerhalb von 20 Jahren ein deutlicher Trend zeigen würde und dass dieser Trend in etwa 50 Prozent der Oberflächenmeere der Welt zu Veränderungen der Ozeanfarbe führen würde – fast genau das, was Cael in seiner Analyse realer Satellitendaten feststellte .

„Das deutet darauf hin, dass die von uns beobachteten Trends keine zufällige Variation im Erdsystem sind“, sagt Cael. „Das steht im Einklang mit dem anthropogenen Klimawandel.“

Die Ergebnisse des Teams zeigen, dass die Überwachung der Meeresfarben über Chlorophyll hinaus Wissenschaftlern eine klarere und schnellere Möglichkeit bieten könnte, durch den Klimawandel verursachte Veränderungen in Meeresökosystemen zu erkennen.

„Die Farbe der Ozeane hat sich verändert“, sagt Dutkiewicz. „Und wir können nicht sagen, wie. Aber wir können sagen, dass Farbveränderungen Veränderungen in Planktongemeinschaften widerspiegeln, die sich auf alles auswirken, was sich von Plankton ernährt. Es wird sich auch ändern, wie viel der Ozean Kohlenstoff aufnimmt, weil verschiedene Arten von Plankton Wir haben unterschiedliche Fähigkeiten dazu. Wir hoffen also, dass die Menschen dies ernst nehmen. Es sind nicht nur Modelle, die diese Veränderungen vorhersagen. Wir können jetzt sehen, wie es passiert, und der Ozean verändert sich.“

Diese Geschichte wurde mit freundlicher Genehmigung von MIT News erneut veröffentlicht (web.mit.edu/newsoffice/), eine beliebte Website mit Neuigkeiten über MIT-Forschung, Innovation und Lehre.