气候变化可能正在改变地球海洋的颜色

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21年来，科学家们一直用Aqua卫星上的中分辨率成像光谱仪(MODIS)跟踪海洋颜色的变化。NASA和Joshua Stevens使用美国地质调查局的Landsat数据和兰斯/EOSDIS快速反应中心的MODIS数据。(图片来源:NASA和Joshua Stevens，使用美国地质调查局的Landsat数据和兰斯/EOSDIS快速反应中心的MODIS数据。)

（）据美国太空网（罗伯特·李）：在过去的二十年里，地球海洋的颜色发生了显著变化，这些变化是人类驱动的气候变化的结果。它们不能仅仅用自然变化来解释，并且已经影响了我们星球上超过56%的海洋，比我们星球上陆地的总面积还要大。

地球海洋的颜色是其水域中生物和矿物质的反映。这意味着，尽管这些颜色变化对人眼来说可能很微妙，但它们无疑表明海洋生态系统在不断变化。尽管这些生态系统中正在发生的具体变化尚不完全清楚，但该发现背后的团队确信人类活动及其对气候的影响是原因。

“多年来，我一直在进行模拟，这些模拟告诉我海洋颜色的这些变化将会发生，”研究报告的合著者、麻省理工学院地球、大气和行星科学系和全球变化科学中心的高级研究科学家斯蒂芬妮·杜特凯维奇在一份声明中说。“亲眼目睹这一切的发生并不令人惊讶，而是令人恐惧。这些变化与人类引起的气候变化是一致的。”

海洋的颜色是怎么来的？

海洋的颜色可以作为评估上层生物的标准。例如，深蓝色的海水表明没有生命，而绿色的海水表明存在像植物一样的微生物，称为浮游植物，含有绿色色素叶绿素。

浮游植物收获阳光，并利用二氧化碳通过光合作用产生糖，从而形成了海洋食物网的基础。它们以磷虾等小型生物为食，磷虾以大型鱼类为食，而大型鱼类又以海鸟和海洋哺乳动物为食。

除了滋养海洋，这种光合作用的过程也意味着浮游植物在捕获和储存大气中的二氧化碳方面至关重要。因为二氧化碳是一种主要的温室气体，科学家们敏锐地监测海洋表面的浮游植物，以观察这种微生物的群体如何应对气候变化。

传统上，这是通过监测绿色色素叶绿素来实现的，叶绿素有助于浮游植物和植物收获阳光。叶绿素的变化可以从海洋表面反射的蓝光和绿光的比例中看出，这种平衡可以通过太空卫星进行跟踪。

然而，专家说，仅仅通过叶绿素的变化来确定气候变化驱动的趋势将需要大约30年的时间。因此，在2019年，科学家们决定通过跟踪其他海洋颜色的较小变化，他们可以从这个数字中削减一大块时间，只需20年的监测就可以发现气候变化的信号。

“我想，在所有这些其他颜色中寻找一种趋势，而不仅仅是在叶绿素中，难道没有意义吗？”该研究的主要作者、国家海洋学中心科学家B.B. Cael说。“值得着眼于整个光谱，而不仅仅是试图从光谱的片段中估计一个数字。

“这为人类活动如何在巨大的空间范围内影响地球上的生命提供了额外的证据。”

从太空看海洋颜色

为了达到他们目前的发现，Cael和其他研究人员分析了Aqua卫星上的中分辨率成像光谱仪(MODIS)收集的海洋颜色测量数据。

21年来，MODIS用七种波长的光观察海洋，其中两种波长特别用于追踪叶绿素。该仪器将海洋视为微妙波长的混合，从蓝色到绿色，甚至红色，与我们眼睛进化出的孤立的蓝色形成对比。这意味着它可以发现太细微的变化，而人类的视觉无法察觉。



Aqua卫星于2002年5月4日从范登堡空军基地发射升空。十年后，它仍然很强大。(图片来源:NASA/比尔·英格尔斯)

Cael评估了2002年至2022年间由MODIS测量的七种海洋颜色，观察它们每年在各个地区如何变化，以了解自然变化。

缩小这些逐年的数据，研究者就可以看到20年来的变化。这向Cael揭示了一个明显的趋势，而不是简单的年度变化。为了确定这种趋势是否是气候变化的结果，Cael将其与两种海洋颜色模型进行了比较。一个考虑了温室气体的增加，另一个没有。

最终，卫星数据符合温室气体模型的预测，即大约一半的世界海洋表面的海洋颜色将在20年内发生变化。这表明在MODIS中观察到的趋势不仅仅是随机的变化，并提出了一种新的更快的方法来检测气候变化驱动的海洋生态系统的变化。

“海洋的颜色发生了变化，我们说不出是如何变化的。但我们可以说，颜色的变化反映了浮游生物群落的变化，这将影响到以浮游生物为食的一切，”Dutkiewicz说。“这也将改变海洋吸收碳的量，因为不同类型的浮游生物具有不同的吸收能力。

“所以，我们希望人们认真对待这件事。不仅仅是模型预测这些变化会发生。我们现在可以看到它正在发生，海洋正在发生变化。”

该团队的研究发表在本月的《自然》杂志上。