科学家称海洋正在变色——这很可能是我们的错

色调的变化可能是海洋表面状况变化的指示器。
An image of the northern Gulf of Mexico created from remote-sensing reflectance and chlorophyll measurements taken from newly reprocessed VIIRS data. Green water is seen closer to the coast, while it gets darker and more blue further out.
利用新近重新处理的 VIIRS 数据中采集的遥感反射率和叶绿素测量值创建的墨西哥湾北部图像。NASA 科学可视化工作室

气候变化已经让地球 创纪录地高温,加剧 强降雨,并 将地球推过八项主要稳定指标。温室气体排放增加的最新影响可能是改变世界海洋的颜色。 

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在一项 于 7 月 12 日发表在《自然》杂志上的研究 中,一个国际科学家团队发现,过去 20 年海洋色调的变化和蓝绿色波动无法仅用自然年际变化来解释。这些变化存在于全球超过 56% 的海洋中。研究还发现,赤道附近的热带海洋颜色随着时间的推移一直在变绿。 

海洋颜色的变化 表明表层海洋的生态系统也可能正在发生变化。虽然研究团队无法确切指出海洋生态系统如何变化以反映这种变化,但他们非常确定,人类引起的气候变化很可能是幕后推手。 

“我一直在运行模拟,这些模拟多年来一直告诉我,海洋颜色的这些变化将会发生,”研究合著者、麻省理工学院资深研究科学家 Stephanie Dutkiewicz 在声明中说。“实际上看到这种情况发生并不令人意外,但令人担忧。而且这些变化与人类引起的气候变化是一致的。”

海洋的标志性颜色来自其上层的水域。深蓝色水域通常反映出很少的生命,而绿色水域则表明存在生态系统。绿色水域通常也意味着有大量的 浮游植物,它们是生活在上层海洋的微小植物状微生物,富含一种叫做叶绿素的 色素。 

浮游植物海洋食物网的支柱,这些微小生物支撑着从小磷虾和鱼类到海洋哺乳动物和海鸟的一切。它们还帮助 海洋捕获和储存二氧化碳。 科学家们监测海洋表面的浮游植物水平,作为这些重要海洋群落如何应对气候变化的指标。为了密切关注这一点,科学家们跟踪叶绿素的变化,这些变化是基于从海洋表面反射的绿色与蓝色光的比例。这些变化是从太空中监测的。

由本新研究的合著者之一、英国国家海洋学中心 (National Oceanography Center) 的 Stephanie Henson 撰写的 2010 年的一篇论文 发现,如果科学家们只追踪叶绿素,那么 需要至少 30 年的持续监测 才能检测到由气候变化特别驱动的趋势。他们认为这是因为叶绿素每年都会发生很大的自然变化,这些变化会压倒人类对叶绿素浓度的任何影响。 

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Dutkiewicz 在 2019 年的一项后续模型 中证实,气候变化可能导致色调变化的信号应该更容易在较小且更正常的颜色变化中检测到,并且应该在 20 年内显现出来。 

“所以我想,与其单独估计光谱中的一个数字,不如关注所有其他颜色中的趋势,这难道不更有意义吗?” 研究合著者、英国国家海洋学中心生物地球科学家 B. B. Cael 在声明中说。“值得关注整个光谱,而不是试图从光谱的碎片中估计一个数字。”

在这项 新研究 中,该团队分析了 aboard an instrument on the Aqua 卫星 上的仪器(名为中等分辨率成像光谱仪 (MODIS))采集的海洋颜色测量数据。顾名思义,Aqua 卫星已经监测海洋颜色 21 年,MODIS 以七种可见光波长进行测量,其中包括研究人员通常用于估算叶绿素水平的两种颜色。

Cael 使用 2002 年至 2022 年的测量数据,对所有七种海洋颜色进行了统计分析。首先,他查看了在特定年份不同区域的颜色变化幅度,以了解其自然变化。接下来,他放眼大局,观察了二十年来海洋颜色年际变化的整体情况。分析显示,颜色在年际变化方面存在明显的高于正常水平的趋势。 

为了确定这种趋势是否与气候变化有关,他查看了 Dutkiewicz 在 2019 年确定的模型。该模型模拟了地球海洋在 加入温室气体 以及不加入温室气体的情况下的状态。模型与真实世界的卫星数据几乎完全吻合——有温室气体的情况下,海洋颜色变化将在 20 年内出现,并且发生在约 50% 的世界地表海洋中。 

该团队认为,这项新研究表明,监测绿色叶绿素以外的海洋颜色可以提供一种更快、更清晰的方法来检测海洋生态系统的变化。 

“海洋的颜色已经改变了。我们无法确定具体原因。但我们可以说,颜色的变化反映了浮游生物群落的变化,这将影响所有以浮游生物为食的生物,”Dutkiewicz 说。“它还将改变海洋吸收碳的能力,因为不同类型的浮游生物的吸收能力不同。所以,我们希望人们认真对待这一点。不仅仅是模型在预测这些变化将发生。我们现在可以看到它正在发生,而且海洋正在发生变化。”

 

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Laura Baisas

新闻编辑

Laura 是 Popular Science 的新闻编辑,负责报道各种主题。Laura 对所有水下事物、古生物学、纳米技术特别着迷,并探索科学如何影响日常生活。


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