海洋真的是藍色的嗎？

近日發表在《自然》雜志上的一項研究中，麻省理工學院、英國國家海洋學中心的科學家們報告說，海洋的顏色在過去20年里發生了重大變化。這些顏色的變化，雖然對人眼來說很微妙不易察覺，但已經發生在世界56%的海洋上——比地球上的陸地總面積還要大。

特別是，研究人員發現，隨著時間的推移，赤道附近的熱帶海洋地區變得越來越綠。海洋顏色的變化表明，海洋表面的生態系統也在發生變化，因為海洋的顏色是其水域中生物和物質的真實反映。

在這一點上，研究人員尚不能確切地說海洋生態系統是如何改變以反映顏色的變化的。但他們非常確定一件事：人類引起的氣候變化可能是罪魁禍首。

“多年來一直進行的模擬告訴我，海洋顏色的這些變化將會發生。”該研究的合著者、麻省理工學院地球、大氣和行星科學系以及全球變化科學中心高級研究科學家Stephanie Dutkiewicz說，“看到它真正發生并不令人驚訝，但令人恐懼。這些變化與人類引起的氣候變化是一致的。”

“這為人類活動如何在巨大空間范圍內影響地球上的生命提供了額外證據，”英國南安普頓國家海洋學中心的首席作者B. B. Cael博士補充道，“這是人類影響生物圈的另一種方式。”

海洋的顏色是海洋上層物質的視覺產物。一般來說，深藍色的水域反映的生命很少，而較綠的水域表明生態系統的存在，主要是浮游植物——在海洋上層大量存在的含有葉綠素的植物狀微生物。

浮游植物是海洋食物網的基礎，它支撐著越來越復雜的生物，包括磷蝦、魚類、海鳥和海洋哺乳動物。在海洋中，浮游植物也是捕獲和儲存二氧化碳的強大力量。因此，科學家們熱衷于監測海洋表層的浮游植物，并觀察這些重要的群落如何對氣候變化作出反應。為了做到這一點，他們根據海洋表面反射的藍光與綠光的比例追蹤了葉綠素的變化。

但大約在10年前，美國國家海洋學中心的Stephanie Henso等人發表的一篇論文稱，如果只追蹤葉綠素，至少需要30年的連續監測才能發現任何由氣候變化特別驅動的趨勢。研究小組認為，原因在于葉綠素每年的巨大自然變化會壓倒任何人為對葉綠素濃度的影響。

2019年，Dutkiewicz和同事發表了另一篇論文，通過一個新模型表明，與葉綠素相比，其他海洋顏色的自然變化要小得多。因此，與其他海洋顏色較小的正常變化相比，任何氣候變化驅動的變化信號都應該更容易被探測到。他們預測，這些變化將在20年而不是30年的監測中顯現出來。

“所以我想，在所有這些其他顏色中尋找趨勢，而不是僅僅在葉綠素中尋找趨勢，不是很有意義嗎？”Cael說，“值得研究整個頻譜，而不僅僅是試圖從頻譜的一小部分估計一個數字。”

在目前的研究中，Cael和團隊分析了Aqua衛星上的中分辨率成像光譜儀（MODIS）對海洋顏色的測量結果，該衛星已經監測海洋顏色21年了。MODIS測量7種可見波長，包括研究人員傳統上用來估計葉綠素的兩種顏色。

衛星捕捉到的顏色差異太細微，人眼無法分辨。在我們的眼睛看來，海洋大部分是藍色的，而真正的顏色可能包含了從藍色到綠色甚至紅色等更微妙波長的混合。

Cael利用衛星在2002年至2022年期間測量的所有7種海洋顏色進行了統計分析。他首先觀察了一年中不同地區的7種顏色的變化，對其自然變化有了一個概念。然后，他將其縮小，觀察在20年的時間里，海洋顏色的年度變化是如何變化的。這一分析顯示了一個明顯的趨勢——高于正常的年度變化。

為了解這一趨勢是否與氣候變化有關，Cael隨后查看了Dutkiewicz在2019年建立的模型。這個模型模擬了兩種情況下的地球海洋：一種是增加溫室氣體，另一種是沒有溫室氣體。溫室氣體模型預測，一個顯著的趨勢將在20年內出現，這一趨勢將導致世界上大約50%的海洋表面的顏色發生變化——這幾乎與Cael在分析真實世界的衛星數據時發現的結果完全一致。

建模的Rrs20年或更短的ToE與觀測到的20年數據的位置和范圍相似

“這表明我們觀察到的趨勢不是地球系統的隨機變化，”Cael說，“這與人為氣候變化是一致的。”
該小組的研究結果表明，監測葉綠素以外的海洋顏色可以為科學家提供一種更清晰、更快速的方法來檢測氣候變化導致的海洋生態系統變化。

“海洋的顏色已經改變了，”Dutkiewicz說，“顏色的變化反映了浮游生物群落的變化，這將影響到所有以浮游生物為食的生物。這也會改變海洋吸收碳的量，因為不同種類的浮游生物有不同的吸收能力。所以，我們希望人們認真對待這件事，不僅僅是模型預測了這些變化的發生，我們現在可以看到海洋正在發生變化。”

參考來源：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06321-z

來源: 上海科技報

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