گروه دانش دريا - بابک مرادي - تغییرات رنگ منعکس کننده تغییرات قابل توجهی در اکوسیستم های مهم دریایی است.
دانشمندان MIT، مرکز ملی اقیانوس شناسی در بریتانیا و جاهای دیگر گزارش دادند که رنگ اقیانوس در 20 سال گذشته به طور قابل توجهی تغییر کرده است و این روند جهانی احتمالاً نتیجه تغییرات اقلیمی ناشی از فعالیت های انسان است.
در مطالعه‌ای که اخیرا در مجله معتبر نیچر منتشر شده است، این تیم می‌نویسد که آنها تغییراتی را در رنگ اقیانوس‌ها در دو دهه گذشته شناسایی کرده‌اند که نمی‌توان آن‌ها را تنها براساس تغییرات طبیعی و سال به سال توضیح داد. این تغییر رنگ ها، اگرچه برای چشم انسان ظریف است، اما در بیش از 56 درصد از اقیانوس های جهان رخ داده است - وسعتی که بزرگتر از کل سطح خشکی های روی زمین است.
به طور خاص، محققان دریافتند که مناطق گرمسیری اقیانوس ها در نزدیکی خط استوا در طی زمان به طور پیوسته سبزتر شده اند. تغییر رنگ اقیانوس نشان می‌دهد که اکوسیستم‌های سطح اقیانوس نیز باید در حال تغییر باشند، زیرا رنگ اقیانوس به معنای واقعی کلمه بازتابی از موجودات و مواد موجود در آب‌های آن است.
در این مرحله، محققان نمی‌توانند بگویند دقیقاً چگونه اکوسیستم‌های دریایی در حال تغییر هستند. اما آنها از یک چیز کاملا مطمئن هستند: تغییرات آب و هوایی ناشی از فعالیت های انسان احتمالاً محرک اصلی آن است.
استفانی دوتکیوویچ، یکی از نویسندگان این مطالعه، پژوهشگر ارشد در بخش زمین، علوم جوی و سیاره‌ای MIT و مرکز می‌گوید: «من شبیه‌سازی‌هایی را اجرا می‌کنم که سال‌ها به من می‌گفتند که این تغییرات در رنگ اقیانوس در حال رخ دادن است. بنابراین دیدن واقعی این اتفاق شگفت‌انگیز نیست، بلکه ترسناک است.  این تغییرات با تغییرات ناشی از فعالیت های انسانی در اقلیم سازگار است.»
دکتر B. B. Cael، نویسنده اصلی، از مرکز ملی اقیانوس شناسی در ساوتهمپتون، بریتانیا، می گوید: «این مطالعه، شواهد بیشتری از نحوه تأثیر فعالیت های انسانی بر حیات روی زمین در گستره فضایی عظیم در اختیار قرار می دهد. این روش دیگری است که انسان ها بر زیست کره تأثیر می گذارند.»
نویسندگان این مطالعه همچنین شامل استفانی هنسون از مرکز ملی اقیانوس شناسی، کلسی بیسون از دانشگاه ایالتی اورگان و امانوئل باس از دانشگاه مین هستند.
رنگ اقیانوس محصول بصری هر چیزی است که در لایه های بالایی آن نهفته است. به طور کلی، آب‌هایی که به رنگ آبی تیره هستند، منعکس کننده موجودات زنده کمتر هستند، در حالی که آب‌های سبزتر نشان‌دهنده وجود اکوسیستم‌ها و عمدتاً فیتوپلانکتون‌ها هستند. فیتوپلانکتون ها میکروب‌های گیاه‌مانندی هستند که در لایه بالایی اقیانوس‌ها به وفور یافت می‌شوند و حاوی رنگدانه سبز کلروفیل هستند. این رنگدانه به پلانکتون ها کمک می کند تا نور خورشید را جمع آوری کنند و از آن برای جذب دی اکسید کربن از جو و تبدیل آن به قند استفاده می کنند.
فیتوپلانکتون ها پایه و اساس شبکه غذایی دریایی هستند که موجودات پیچیده تر را از کریل گرفته تا ماهی ها، پرندگان دریایی و پستانداران دریایی حفظ می کند. فیتوپلانکتون ها همچنین یک عامل قدرتمند در توانایی اقیانوس برای جذب و ذخیره دی اکسید کربن هستند. بنابراین دانشمندان مشتاق هستند که فیتوپلانکتون‌ها را در سراسر سطح اقیانوس‌ها رصد کنند و ببینند این جوامع ضروری چگونه ممکن است به تغییرات آب و هوایی واکنش نشان دهند. برای انجام این کار، دانشمندان تغییرات کلروفیل را بر اساس نسبت میزان بازتاب نور آبی به سبز از سطح اقیانوس که می تواند از طریق بررسی های ماهواره ای به دست آید، ردیابی کرده اند.
اما حدود یک دهه پیش، هنسون، که یکی از نویسندگان مطالعه فعلی است، مقاله ای را با دیگران منتشر کرد که نشان می داد، اگر دانشمندان به تنهایی کلروفیل را ردیابی کنند، حداقل 30 سال پایش مستمر برای تشخیص هر روندی زمان نیاز است که به طور خاص ناشی از تغییرات اقلیمی باشد. این تیم استدلال کرد که دلیل آن این بود که تغییرات طبیعی و بزرگ کلروفیل از سال به سال بر هر گونه تأثیر انسانی بر غلظت کلروفیل غلبه می کند. بنابراین چندین دهه طول می‌کشد تا بتوان سیگنالی معنادار و مبتنی بر تغییرات اقلیمی را در میان نویز معمولی انتخاب کرد.
در سال 2019، Dutkiewicz و همکارانش مقاله جداگانه‌ای منتشر کردند که از طریق یک مدل جدید نشان داد که تنوع طبیعی در سایر رنگ‌های اقیانوس در مقایسه با کلروفیل بسیار کمتر است. بنابراین، هر سیگنالی از تغییرات ناشی از تغییرات اقلیمی باید آسان‌تر از تغییرات کوچکتر و معمولی دیگر رنگ‌های اقیانوس تشخیص داده شود. آنها پیش بینی کردند که چنین تغییراتی باید ظرف 20 سال، به جای 30 سال، پس از پایش آشکار شود.
«بنابراین فکر کردم، آیا منطقی نیست که به جای کلروفیل تنها به دنبال یک روند در تمام این رنگ های دیگر بگردیم؟» کائل می گوید. ارزش آن را دارد که به جای اینکه فقط یک عدد را از بیت هایی از طیف تخمین بزنیم، به کل طیف نگاه کنیم.
در مطالعه کنونی، کائل و تیمش، اندازه‌گیری‌های رنگ اقیانوس را که توسط طیف‌سنج تصویربرداری با وضوح متوسط (MODIS) روی ماهواره Aqua که به مدت 21 سال رنگ اقیانوس را رصد می‌کرد، تجزیه و تحلیل کردند MODIS. اندازه گیری هایی را در هفت طول موج مرئی انجام می دهد، از جمله دو رنگی که محققان به طور سنتی برای تخمین کلروفیل استفاده می کنند.
تفاوت رنگی که ماهواره تشخیص می دهد بسیار ظریف تر از چشمان انسان است که بتواند تفاوت آن را تشخیص دهد. بیشتر سطح اقیانوس در چشم ما آبی به نظر می رسد، در حالی که رنگ واقعی ممکن است حاوی ترکیبی از طول موج های ظریف تر، از آبی تا سبز و حتی قرمز باشد.
Cael تجزیه و تحلیل آماری را با استفاده از تمام هفت رنگ اقیانوسی که توسط ماهواره از سال 2002 تا 2022 اندازه گیری شده بود، انجام داد. او ابتدا به میزان تغییرات هفت رنگ از منطقه ای به منطقه دیگر در طول یک سال خاص نگاه کرد که به او ایده ای از تغییرات طبیعی آنها داد. او سپس بزرگنمایی کرد تا ببیند که چگونه این تغییرات سالانه در رنگ اقیانوس در طول دو دهه تغییر کرده است. این تجزیه و تحلیل روند واضحی را نشان داد: بالاتر از تغییرات طبیعی سال به سال.
برای اینکه ببیند آیا این روند با تغییرات آب و هوایی مرتبط است یا خیر، او سپس به مدل دوتکیویچ از سال 2019 نگاه کرد. این مدل اقیانوس‌های زمین را تحت دو سناریو شبیه‌سازی می کرد: یکی با افزودن گازهای گلخانه‌ای و دیگری بدون آن. مدل گازهای گلخانه ای پیش بینی کرد که روند قابل توجهی باید ظرف 20 سال ظاهر شود و این روند باید باعث تغییر رنگ در حدود 50 درصد از سطح اقیانوس های جهان شود - تقریباً دقیقاً همان چیزی که کائل در تجزیه و تحلیل خود از داده های ماهواره ای در دنیای واقعی یافت. .
کائل می‌گوید: «این نشان می‌دهد که روندهایی که مشاهده می‌کنیم یک تغییر تصادفی در سیستم زمین نیستند. «این با تغییرات اقلیمی ناشی از فعالیت های انسانی سازگار است.»
نتایج این تیم نشان می‌دهد که پایش رنگ‌های اقیانوس فراتر از کلروفیل می‌تواند به دانشمندان راهی واضح‌تر و سریع‌تر برای تشخیص تغییرات ناشی از تغییرات اقلیمی در اکوسیستم‌های دریایی بدهد.
دوتکیویچ می گوید: «رنگ اقیانوس ها تغییر کرده است. و ما نمی توانیم بگوییم چگونه. اما می توانیم بگوییم که تغییرات در رنگ منعکس کننده تغییرات در جوامع پلانکتون است، که بر هر چیزی که از پلانکتون تغذیه می کند تأثیر می گذارد. همچنین میزان جذب کربن اقیانوس را تغییر می‌دهد، زیرا انواع پلانکتون‌ها توانایی‌های متفاوتی برای انجام این کار دارند. بنابراین، امیدواریم مردم این موضوع را جدی بگیرند. این تنها مدل ها نیستند که این تغییرات را پیش بینی می کنند. اکنون می‌توانیم شاهد وقوع آن باشیم و اقیانوس در حال تغییر است.»