藍色地球要變色了!

2020-12-06 科學網

在未來幾十年裡，氣候變化將影響海洋的顏色，使藍色區域和綠色區域更加密集。

 

美國麻省理工學院的一項新研究發現，在未來幾十年裡，氣候變化將影響海洋的顏色，使藍色區域和綠色區域更加密集。

研究人員在《自然—通訊》中報告，他們開發了一個全球模型，模擬不同種類的浮遊植物或藻類的生長和相互作用，以及不同地區物種的混合如何隨著全球溫度的升高而變化。研究人員運用該模型發現，到2100年，由於氣候變化，世界上50％以上的海洋將會改變顏色。

該研究表明，與今天相比，亞熱帶等藍色區域將變得更藍，這意味著這些水域的浮遊植物和其他生命會變得更少。一些今天綠色更多的地區，例如靠近兩極的地區，可能會變得更綠，因為溫度升高會使更多種類浮遊植物大量繁殖。

文章主要作者、麻省理工學院地球、大氣和行星科學系以及全球變化科學與政策聯合項目首席科學家Stephanie Dutkiewicz說：「該模型表明，這些變化對肉眼來說並不明顯，海洋看起來仍然將會是在亞熱帶區域呈現藍色，在赤道和兩極附近呈現更多綠色。這種基本模式仍將存在。但同時，這些變化將足以影響浮遊植物所支持的食物網。」

葉綠素數量

海洋的顏色取決於陽光如何與水中的物質相互作用。水分子可以吸收幾乎所有的陽光，只有光譜的藍色部分會被反射出去。因此，相對貧瘠的開闊海域呈現深藍色。如果海洋中有生物，它們可以吸收和反射不同波長的光，具體情況取決於它們各自的特性。

例如，浮遊植物含有葉綠素，這種色素主要吸收太陽光的藍色部分，產生光合作用所需的碳，而吸收綠色部分陽光則較少。這樣，更多的綠光被反射回海洋，使富含藻類的區域呈現綠色。

自20世紀90年代末以來，衛星一直在監測海洋的顏色。科學家們利用這些測量結果得出了特定海洋區域的葉綠素含量，以及浮遊植物的含量。但Dutkiewicz說，葉綠素並不一定是反映出氣候變化的敏感信號。葉綠素的任何顯著波動很可能是由於全球變暖引起的，但它們也可能屬於「自然變化」——由於自然的、與天氣有關的現象導致葉綠素的正常周期性上升。

海—陽光建模

比起採用葉綠素的估計數量，該團隊更希望通過觀察海洋中的反射光衛星測量值來判斷氣候變化對浮遊植物的影響。

研究人員在該模型中添加了一個其他海洋模型中從未有過的新元素：根據特定海洋區域中生物種類和數量來估算該區域中海洋吸收和反射的特定波長的光。

Dutkiewicz說：「陽光將進入海洋，海洋中的任何東西都會吸收它，就像葉綠素一樣。」「其他東西會吸收或散射它，例如有硬殼的東西。所以，光線是如何從海洋中反射出來從而賦予它色彩，這是一個複雜的過程。」

當研究小組將他們的模型結果與衛星過去對反射光的實際測量結果進行比較時，他們發現這兩個理論的一致性足夠好，可以用來預測未來環境條件變化時海洋的顏色。

藍色和綠色的信號

隨著研究人員提高模型中的全球溫度，到2100年達到升溫3攝氏度（大多數科學家預測，按照目前的發展趨勢，這種情況將會發生），他們發現波長為藍/綠波段的光響應最快。

更重要的是，Dutkiewicz觀察到，這種藍/綠波段顯示出一個非常清晰的，由氣候變化引起的轉變，而這一轉變發生的時間比科學家們先前在研究葉綠素時所作出的預測要早得多——原本他們預計到2055年才會出現這種轉變。

Dutkiewicz說：「在衛星信號中，你可以在這些太陽光的波段中發現與氣候有關的重大變化。因此，我們應該在衛星測量的數據中尋找真正的變化信號。」

根據他們的模型，氣候變化已經改變了浮遊植物的組成，並進一步改變了海洋的顏色。到本世紀末，我們的藍色星球的顏色可能會明顯改變。（來源：中國科學報 呂小羽）

相關論文信息：DOI:10.1038/s41467-019-08457-x

 

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