麻省理工学院、英国国家海洋学中心和其他地方的科学家们报告说，海洋的颜色在过去20年里发生了显著变化，这种全球趋势可能是人类引起的气候变化的结果。
在7月12日发表在《自然》(Nature)杂志上的一项研究中，研究小组写道，他们发现，在过去20年里，海洋颜色的变化不能仅仅用自然的、逐年的变化来解释。这些颜色的变化，虽然对人眼来说很微妙，但已经发生在世界上56%的海洋上——比地球上的陆地总面积还大。
特别是，研究人员发现，随着时间的推移，赤道附近的热带海洋地区变得越来越绿。海洋颜色的变化表明，海洋表面的生态系统也一定在发生变化，因为海洋的颜色是其水域中生物和物质的真实反映。
为了追踪海洋颜色的变化，科学家们分析了Aqua卫星上的中分辨率成像光谱仪(MODIS)对海洋颜色的测量结果，该卫星已经监测海洋颜色21年了。图片来源:NASA和Joshua Stevens，使用美国地质调查局的陆地卫星数据和LANCE/EOSDIS快速响应系统的MODIS数据。
在这一点上，研究人员不能确切地说海洋生态系统是如何改变的，以反映颜色的变化。但他们非常确定一件事:人类引起的气候变化可能是罪魁祸首。
“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，”该研究的合著者、麻省理工学院地球、大气和行星科学系以及全球变化科学中心的高级研究科学家斯蒂芬妮·杜特凯维奇说。“看到它真正发生并不令人惊讶，但令人恐惧。这些变化与人类引起的气候变化是一致的。”
“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，”英国南安普顿国家海洋学中心19岁的首席作者b·b·凯尔博士补充说，“这是人类影响生物圈的另一种方式。”
该研究的合著者还包括美国国家海洋学中心的斯蒂芬妮·汉森、俄勒冈州立大学的凯尔西·比森和缅因大学的伊曼纽尔·博斯。
在噪音之上
海洋的颜色是海洋上层物质的视觉产物。一般来说，深蓝色的水域反映的生命很少，而较绿的水域表明生态系统的存在，主要是浮游植物——在海洋上层大量存在的含有绿色色素叶绿素的植物状微生物。这种色素帮助浮游生物收集阳光，它们利用阳光从大气中捕获二氧化碳并将其转化为糖。
浮游植物是海洋食物网的基础，它支撑着越来越复杂的生物，包括磷虾、鱼类、海鸟和海洋哺乳动物。在海洋中，浮游植物也是捕获和储存二氧化碳的强大力量。因此，科学家们热衷于监测海洋表层的浮游植物，并观察这些重要的群落如何对气候变化作出反应。为了做到这一点，科学家们根据海洋表面反射的蓝光与绿光的比例追踪了叶绿素的变化，这可以从太空中监测到
但大约在十年前，Henson(目前这项研究的合著者)与其他人发表了一篇论文，该论文表明，如果科学家只追踪叶绿素，至少需要30年的连续监测才能发现任何由气候变化特别驱动的趋势。研究小组认为，原因在于叶绿素每年的巨大自然变化会压倒任何人为对叶绿素浓度的影响。因此，要在正常的噪音中找出一个有意义的、由气候变化驱动的信号，需要几十年的时间。
2019年，Dutkiewicz和她的同事发表了另一篇论文，通过一个新模型表明，与叶绿素相比，其他海洋颜色的自然变化要小得多。因此，与其他海洋颜色较小的正常变化相比，任何气候变化驱动的变化信号都应该更容易被探测到。他们预测，这些变化将在20年而不是30年的监测中显现出来。
“所以我想，在所有这些其他颜色中寻找趋势，而不是仅仅在叶绿素中寻找趋势，不是很有意义吗?”Cael说。“值得研究整个频谱，而不仅仅是试图从频谱的一小部分估计一个数字。”
七的力量
在目前的研究中，Cael和他的团队分析了Aqua卫星上的中分辨率成像光谱仪(MODIS)对海洋颜色的测量结果，该卫星已经监测海洋颜色21年了。MODIS测量7种可见波长，包括研究人员传统上用来估计叶绿素的两种颜色。
卫星捕捉到的颜色差异太细微，人眼无法分辨。在我们的眼睛看来，海洋的大部分是蓝色的，而真正的颜色可能包含了从蓝色到绿色甚至红色等更微妙波长的混合。
Cael利用卫星在2002年至2022年期间测量的所有七种海洋颜色进行了统计分析。他首先观察了一年中不同地区的七种颜色的变化，这让他对它们的自然变化有了一个概念。然后，他将其缩小，观察在20年的时间里，海洋颜色的年度变化是如何变化的。这一分析显示了一个明显的趋势，高于正常的年度变化。
为了了解这一趋势是否与气候变化有关，他随后查看了Dutkiewicz在2019年建立的模型。这个模型模拟了两种情况下的地球海洋:一种是增加温室气体，另一种是没有温室气体。温室气体模型预测，20年内将出现一个显著的趋势，这一趋势将导致世界上大约50%的海洋表面的海洋颜色发生变化——这几乎与Cael在分析真实世界的卫星数据时发现的完全一致。
“这表明我们观察到的趋势不是地球系统的随机变化，”Cael说。“这与人为气候变化是一致的。”
该小组的研究结果表明，监测叶绿素以外的海洋颜色可以为科学家提供一种更清晰、更快速的方法来检测气候变化导致的海洋生态系统变化。
“海洋的颜色已经改变了，”Dutkiewicz说。“我们也不知道是怎么做到的。但我们可以说，颜色的变化反映了浮游生物群落的变化，这将影响到所有以浮游生物为食的生物。这也会改变海洋吸收碳的量，因为不同种类的浮游生物有不同的吸收能力。所以，我们希望人们认真对待这件事。不仅仅是模型预测了这些变化的发生。我们现在可以看到它正在发生，海洋正在发生变化。”
这项研究得到了NASA的部分支持。
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