研究:大部分地面海洋将在21世纪末到颜色变化

詹妮弗·库|麻省理工学院新闻办公室2019年2月4日,Climate Clavers在世界海洋中对浮游植物造成了重大变化,一项新的麻省理工学院研究发现,在未来几十年中,这些变化

詹妮弗·库|麻省理工学院新闻办公室2019年2月4日

气候变化在世界海洋中引起了浮游植物的重大变化,一项新的麻省理工学院研究发现,在接下来的几十年中,这些变化将影响海洋的颜色,从而增强其蓝色地区和绿色区域。卫星应检测到色调的这些变化,从而对海洋生态系统进行大规模变化的预警。

研究人员报告说,他们已经开发了一个全球模型,该模型模拟了浮游植物或藻类的不同种类的生长和相互作用,以及随着世界各地的温度升高,各种位置的物种混合将如何变化。研究人员还模拟了浮游植物吸收和反射光的方式,以及随着全球变暖影响浮游植物群落的构成,海洋的颜色如何变化。

研究人员一直在21世纪末期运行该模型,并发现,到2100年,由于气候变化,世界上有50%以上的海洋将变化。

该研究表明,与今天相比,在这些水域中,蓝色地区(例如亚热带)将变得更加蓝色,从而反映出浮游植物和一般的生命。如今,一些更绿色的地区,例如在两极附近,可能会变更深,因为温度较高的温度膨胀了更加多样化的浮游植物。

首席作者斯蒂芬妮·杜特基维奇(Stephanie Dutkiewicz)说:“模型表明,肉眼的变化似乎不会很大,而且海洋仍然看起来像是在赤道和波兰人附近的亚热带和绿色区域中具有蓝色区域。”在麻省理工学院的地球部,大气和行星科学以及全球变化科学与政策的联合计划。 “这种基本模式仍然存在。但这将足够不同,它将影响浮游植物支持的其他食物网。加州大学圣克鲁斯分校的Beaulieu和MIT全球变更科学中心的前首席研究科学家Erwan Monier,目前是加州大学戴维斯分校的助理教授,土地,空中和水资源系。

叶绿素计数

海洋的颜色取决于阳光如何与水中的任何东西相互作用。除了光谱的蓝色部分外,单独的水分子几乎吸收了几乎所有的阳光。因此,相对贫瘠的开放海洋区域看起来像太空中的深蓝色。如果海洋中有任何生物,它们可以根据其单个特性吸收并反射不同的光波长。

例如,浮游植物含有叶绿素,叶绿素是一种颜料,主要在阳光的蓝色部分吸收,以产生用于光合作用的碳,而在绿色部分中则少。结果,更多的绿光从海洋中反映出来,使藻类丰富的区域具有绿色的色调。从1990年代后期,卫星对海洋的颜色进行了连续的测量。科学家已经使用这些测量方法来得出叶绿素的数量,并在给定的海洋地区扩展了浮游植物。但是Dutkiewicz说,叶绿素不一定反映了气候变化的敏感信号。叶绿素的任何显着旋转都可能是由于全球变暖,但它们也可能是由于“自然变异性”引起的 – 正常的,周期性的叶绿素上的上升,这是由于自然,与天气相关的现象引起的。

Dutkiewicz说:“厄尔尼诺现象或拉尼娜(LaNiña)活动将在叶绿素中发生很大的变化,因为它正在改变系统中的养分量。” “由于每隔几年就会发生一次大型自然变化,因此很难看到由于气候变化而发生的变化,如果您只是在看叶绿素。”

建模海洋

该团队没有考虑得出叶绿素的估计值,而是想知道单独查看单独反射光的卫星测量值,他们是否可以看到气候变化对浮游植物的影响的明显信号。

该小组对过去曾经使用过的计算机模型进行了调整,以预测随着温度和海洋酸化的升高而变化。该模型获取有关浮游植物的信息,例如他们消耗的内容和生长方式,并将这些信息纳入模拟海洋电流和混合的物理模型中。这次研究人员在该模型中添加了一个新元素,该模型尚未尚未添加被包括在其他海洋建模技术中:根据给定区域中生物的数量和类型估算被海洋吸收和反射的光的特定波长的能力。

Dutkiewicz说:“阳光将进入海洋,海洋中的任何东西都会像叶绿素一样吸收它。” “其他东西会吸收或分散它,就像用硬壳的东西一样。因此,这是一个复杂的过程,如何从海洋中反射出来以赋予其颜色。”

当该小组将其模型的结果与过去卫星所采取的反射光的实际测量结果进行比较时,他们发现这两者达到了足够好的同意,可以将模型用于预测海洋的颜色,因为环境条件将来会发生变化。

杜特基维奇说:“这种模型的好处是,我们可以将其用作实验室,即我们可以尝试的地方,以了解我们的星球将如何改变。”

蓝色和绿色的信号

随着研究人员在模型中提高全球温度,到2100年最多3摄氏度 – 大多数科学家预测,在相对较少的行动的业务局势下,将发生的情况下发生,以减少温室气体 – 他们发现波长的光线长在蓝色/绿色的波段响应最快。杜特基维奇(Dutkiewicz)观察到,由于气候变化的原因,这种蓝色/绿色波段表现出非常清晰的信号或转移,比科学家们以前发现的要早得多。 ,他们预计将在2055年展示气候驱动的变化。

“叶绿素正在改变,但由于其令人难以置信的自然变异性,您实际上看不到它,” Dutkiewicz说。 “但是,您可以看到其中一些波段的重要,与气候相关的转变,这是在发送到卫星的信号中。因此,这就是我们应该在卫星测量中寻找真正变化的信号的地方。”

根据他们的模型,气候变化已经在改变浮游植物的构成,并扩大了海洋的颜色。到本世纪末,我们的蓝色星球可能明显改变。

Dutkiewicz说:“到21世纪末,海洋50%的颜色将有明显的差异。” “这可能是非常严重的。不同类型的浮游植物吸收光线不同,如果气候变化将一个浮游植物的一个社区转移到另一种社区,这也将改变他们可以支持的食物网的类型。 “

这项研究得到了NASA和能源部的部分支持。

经过麻省理工学院新闻的许可转载

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