Океан меняет палитру: полюса зеленеют, экватор синеет

Океанские воды меняют свой привычный облик: они становятся зеленее у полюсов и приобретают более синие оттенки ближе к экватору. Такие выводы следуют из анализа спутниковых данных, опубликованного 19 июня в журнале «Science». Это изменение цвета отражает колебания концентрации зеленого пигмента хлорофилла, производимого фитопланктоном – микроскопическими фотосинтезирующими морскими организмами, которые лежат в основе океанической пищевой цепи.

Если эта тенденция сохранится, морские экосистемы могут столкнуться с серьезными перестройками, что, в свою очередь, способно затронуть мировое рыболовство. Первый автор исследования Хайпэн Чжао, постдокторант, работающий с профессором Николасом Кассаром из Школы окружающей среды Николаса при Университете Дьюка и Сьюзан Лозье, деканом Колледжа наук и заведующей кафедрой в Технологическом институте Джорджии, сообщает, что, судя по спутниковым измерениям, в океане тропики и субтропики в целом теряют хлорофилл, тогда как полярные регионы – высокоширотные области – наоборот, зеленеют.

Ученые отмечают, что с 1990-х годов многие исследования фиксировали усиление «озеленения» на суше, где средний листовой покров увеличивается из-за роста температур и других факторов. Однако документировать фотосинтез в масштабах всего океана оказалось сложнее. Хотя спутниковые снимки могут предоставлять данные о производстве хлорофилла на поверхности океана, картина остается неполной.

В ходе нового исследования были проанализированы спутниковые данные, собранные с 2003 по 2022 год прибором НАСА, который сканирует всю Землю каждые два дня, измеряя длину световой волны. Ученые искали изменения в концентрации хлорофилла, служащего индикатором биомассы фитопланктона. Для обеспечения согласованности данных они сосредоточились на открытом океане, исключив из анализа прибрежные воды. Чжао поясняет, что в прибрежных водах содержится больше взвешенных частиц, поэтому их оптические свойства отличаются от открытого океана.

Спутниковые данные выявили общие тенденции изменения цвета, указывающие на то, что содержание хлорофилла уменьшается в субтропических и тропических регионах и увеличивается по направлению к полюсам. Основываясь на этом открытии, команда изучила, как меняется концентрация хлорофилла на конкретных широтах. Чтобы обойти фоновый шум и пробелы в данных, исследователям пришлось проявить изобретательность. Кассар рассказывает, что они позаимствовали из экономики такие понятия, как кривая Лоренца и индекс Джини, которые показывают, как распределяется богатство в обществе, и решили применить их, чтобы выяснить, изменилась ли со временем доля океана, содержащая наибольшее количество хлорофилла.

За двухдесятилетний период они обнаружили схожие, но противоположные тенденции в концентрации хлорофилла. Зеленые зоны становились еще зеленее, особенно в Северном полушарии, в то время как синие регионы становились еще синее. Чжао отмечает, что это похоже на то, как «богатые становятся богаче, а бедные – беднее».

Затем команда изучила, как на наблюдаемые ими закономерности влияют различные переменные, включая температуру поверхности моря, скорость ветра, доступность света и глубину смешанного слоя – показатель, отражающий перемешивание верхнего слоя океана ветром, волнами и поверхностными течениями. Потепление морей коррелировало с изменениями концентрации хлорофилла, однако другие переменные не показали значимых связей.

Авторы исследования предостерегают от прямых выводов о связи этих изменений с изменением климата. Лозье предупреждает, что период исследования был слишком коротким, чтобы исключить влияние повторяющихся климатических явлений, таких как Эль-Ниньо. Она подчеркивает, что для определения влияний, выходящих за рамки климатических колебаний, будут важны измерения, проведенные в течение следующих нескольких десятилетий.

Тем не менее, если смещение фитопланктона к полюсам продолжится, это может повлиять на глобальный углеродный цикл. В процессе фотосинтеза фитопланктон действует как губка, поглощая углекислый газ из атмосферы. Когда эти организмы умирают и опускаются на дно океана, углерод уходит вместе с ними. Местоположение и глубина этого «захороненного» углерода могут влиять на глобальное потепление. Кассар объясняет, что если углерод опускается глубже или в места, где вода долго не поднимается на поверхность, он хранится гораздо дольше; напротив, углерод, находящийся на небольшой глубине, может быстрее вернуться в атмосферу, уменьшая эффект от способности фитопланктона накапливать углерод.

Кроме того, по мнению авторов, устойчивое снижение количества фитопланктона в экваториальных регионах может изменить рыболовные промыслы, от которых зависят многие страны с низким и средним уровнем дохода, например, островные государства Тихого океана, для которых это источник пищи и экономического развития – особенно если это снижение затронет и прибрежные регионы. Кассар подчеркивает, что фитопланктон находится в основе морской пищевой цепи, и если его количество уменьшится, это может затронуть и верхние уровни пищевой цепи, что потенциально приведет к перераспределению рыбных промыслов.