Der Klimawandel führt zu signifikanten Veränderungen des Phytoplanktonzustands in den Ozeanen. Eine neue MIT-Studie hat gezeigt, dass diese Veränderungen die Farbe des Ozeans in den kommenden Jahrzehnten stark beeinflussen und seine blauen und grünen Bereiche intensivieren werden. Satelliten sollten diese Farbtonänderungen erkennen und frühzeitig vor weit verbreiteten Veränderungen in marinen Ökosystemen warnen.
In der Zeitschrift Nature Communications berichten Wissenschaftler, dass sie ein globales Modell entwickelt haben, das das Wachstum und die Wechselwirkung verschiedener Arten von Phytoplankton oder Algen nachahmt und wie sich die Artenmischung an verschiedenen Orten bei steigenden Temperaturen auf der ganzen Welt ändert. Die Forscher modellierten auch, wie Phytoplankton Licht absorbiert und reflektiert und wie sich die Farbe des Ozeans ändert, wenn sich die globale Erwärmung auf die Zusammensetzung der Phytoplanktongemeinschaften auswirkt.
Forscher testeten ihr Modell bis zum Ende des 21. Jahrhunderts und stellten fest, dass bis 2100 mehr als 50% der Weltmeere aufgrund des Klimawandels ihre Farbe ändern werden.
Die Studie legt nahe, dass blaue Bereiche wie die Subtropen noch blauer werden, da in diesen Gewässern im Vergleich zum aktuellen Stand weniger Phytoplankton - und Leben im Allgemeinen - vorhanden ist. Einige Regionen, die heute grüner sind, wie die in der Nähe der Pole, können noch grüner werden, da höhere Temperaturen zur Vermehrung einer Vielzahl von Phytoplankton führen.
„Dieses Modell geht davon aus, dass diese Veränderungen mit bloßem Auge nicht leicht zu erkennen sind und der Ozean immer noch so aussieht, als hätte er blaue Bereiche in den Subtropen und grünere Bereiche in der Nähe des Äquators und der Pole“, sagt die Hauptautorin Stephanie Datkiewicz von der Science Division. Erde, Atmosphäre und Planet des Massachusetts Institute of Technology. „Dieses Grundschema wird gleich bleiben. Die Tiefenänderungen werden jedoch signifikant genug sein, um den Rest der Phytoplankton-Nahrungskette zu beeinflussen."
Die Farbe der Ozeane hängt von der Menge an Chlorophyll ab
Die Farbe des Ozeans hängt davon ab, wie das Sonnenlicht mit dem Wasser interagiert. Nur Wassermoleküle absorbieren fast das gesamte Sonnenlicht, mit Ausnahme des blauen Teils des Spektrums - es wird reflektiert. Folglich erscheinen die relativ kargen Gebiete des offenen Ozeans aus dem Weltraum tiefblau. Befinden sich Organismen im Ozean, können sie je nach ihren individuellen Eigenschaften Lichtwellen unterschiedlicher Länge absorbieren und reflektieren.
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Phytoplankton enthält beispielsweise Chlorophyll, ein Pigment, das hauptsächlich blaue Teile des Sonnenlichts absorbiert, Kohlenstoff für die Photosynthese produziert und in geringerem Maße grüne Teile. Infolgedessen wird mehr grünes Licht vom Ozean reflektiert, was den algenreichen Gebieten eine grünliche Färbung verleiht.
Seit Ende der neunziger Jahre haben Satelliten kontinuierlich die Farbe des Ozeans gemessen. Wissenschaftler verwendeten diese Messungen, um die Menge an Chlorophyll und damit auch an Phytoplankton in einem bestimmten Bereich des Ozeans zu ermitteln. Laut Datkevich wird Chlorophyll jedoch nicht unbedingt ein empfindliches Signal des Klimawandels widerspiegeln. Jegliche signifikanten Schwankungen des Chlorophylls können durchaus durch die globale Erwärmung verursacht werden, aber auch durch "natürliche Variabilität", normale periodische Sprünge des Chlorophylls aufgrund natürlicher wetterbedingter Phänomene.
„Ein Ereignis in El Niño oder La Niña führt zu sehr großen Veränderungen des Chlorophylls, da es die Menge der Nährstoffe verändert, die in das System gelangen“, sagt Datkevich. "Bei diesen großen natürlichen Veränderungen, die alle paar Jahre stattfinden, ist es schwer zu erkennen, ob sich der Klimawandel ändern wird, wenn man nur Chlorophyll betrachtet."
Ozeanlichtsimulation
Anstatt die Schätzungen des erhaltenen Chlorophylls zu betrachten, fragte sich das Team, ob es ein klares Signal für die Auswirkungen des Klimawandels auf das Phytoplankton gibt, wenn man nur Satellitenmessungen des reflektierten Lichts betrachtet.
Das Team hat ein Computermodell verfeinert, mit dem es in der Vergangenheit Phytoplanktonveränderungen mit steigenden Temperaturen und Versauerung der Ozeane vorhergesagt hat. Dieses Modell nimmt Informationen über Phytoplankton auf, wie z. B. seine Nahrungsaufnahme und sein Wachstum, und integriert diese Informationen in ein physikalisches Modell, das Meeresströmungen und -mischungen demonstriert.
Diesmal haben Wissenschaftler dem Modell jedoch ein neues Element hinzugefügt, das nicht in andere Ozeanmodellierungsmethoden integriert wurde: die Fähigkeit, bestimmte Wellenlängen des Lichts zu schätzen, die vom Ozean absorbiert und reflektiert werden, abhängig von der Anzahl und Art der Organismen in einer bestimmten Region.
"Sonnenlicht trifft auf den Ozean und alles im Ozean absorbiert es wie Chlorophyll", sagt Datkevich. „Andere Dinge werden es absorbieren oder zerstreuen. Es ist daher schwierig zu bestimmen, wie Licht vom Ozean reflektiert und ihm Farbe verleiht.
Es stellte sich heraus, dass das Modell der Wissenschaftler verwendet werden kann, um die Farbe des Ozeans vorherzusagen, wenn sich die Umweltbedingungen in Zukunft ändern. Und das Beste daran ist, dass es im Labor verwendet werden kann.
Signal in blaugrünen Tönen
Als Wissenschaftler dem Modell globale Temperaturen hinzufügten und diese bis 2100 um 3 Grad erhöhten - die meisten Wissenschaftler sagen voraus, dass keine Maßnahmen zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen ergriffen werden -, stellten sie fest, dass die Wellenlängen des Lichts im blauen und grünen Teil des Spektrums am schnellsten reagierten. …
Darüber hinaus zeigt diese blaugrüne Wellenform ein sehr deutliches Signal oder eine Verschiebung im Zusammenhang mit dem Klimawandel: Die Verschiebung erfolgt früher als erwartet, wenn Wissenschaftler Chlorophyll betrachten.
"Chlorophyll verändert sich, aber man kann es wegen der unglaublichen natürlichen Variabilität nicht sehen", sagt Datkevich. „In einigen dieser Wellenbänder ist jedoch ein deutlicher Klimawandel im Signal zu sehen, das an die Satelliten gesendet wird. Hier sollten wir also nach dem tatsächlichen Signal für Änderungen der Satellitenmessungen suchen. “
Nach dem Modell der Wissenschaftler verändert der Klimawandel bereits die Zusammensetzung des Phytoplanktons und damit die Farbe der Ozeane. Bis zum Ende des Jahrhunderts wird sich unser blauer Planet dramatisch verändern.
„Bis zum Ende des 21. Jahrhunderts wird sich die Farbe von 50% der Ozeane merklich ändern. Die Veränderung wird ziemlich groß sein. Verschiedene Arten von Phytoplankton absorbieren Licht auf unterschiedliche Weise. Wenn der Klimawandel eine Phytoplanktongemeinschaft in eine andere verdrängt, ändert sich auch die Art der Nahrungsnetze, die sie unterstützen können. “
Ilya Khel
