Il cambiamento climatico sta causando cambiamenti significativi al fitoplancton negli oceani del mondo, e un nuovo studio del MIT rileva che nei prossimi decenni questi cambiamenti influenzeranno il colore dell'oceano, intensificando le sue regioni blu e quelle verdi. I satelliti dovrebbero rilevare questi cambiamenti di tonalità, fornire un allarme tempestivo sui cambiamenti su vasta scala degli ecosistemi marini.

Scrivendo in Comunicazioni sulla natura , i ricercatori riferiscono di aver sviluppato un modello globale che simula la crescita e l'interazione di diverse specie di fitoplancton, o alghe, e come cambierà il mix di specie in varie località con l'aumento delle temperature in tutto il mondo. I ricercatori hanno anche simulato il modo in cui il fitoplancton assorbe e riflette la luce, e come il colore dell'oceano cambia mentre il riscaldamento globale influenza la composizione delle comunità di fitoplancton.

I ricercatori hanno eseguito il modello fino alla fine del 21° secolo e hanno scoperto che, entro il 2100, oltre il 50 percento degli oceani del mondo cambierà colore, a causa del cambiamento climatico.

Lo studio suggerisce che le regioni blu, come i subtropicali, diventerà ancora più blu, riflettendo ancor meno il fitoplancton - e la vita in generale - in quelle acque, rispetto ad oggi. Alcune regioni che oggi sono più verdi, come vicino ai poli, può diventare verde ancora più profondo, poiché le temperature più calde producono fioriture più grandi di fitoplancton più diversificato.

"Il modello suggerisce che i cambiamenti non sembreranno enormi a occhio nudo, e l'oceano sembrerà ancora avere regioni blu nei subtropicali e regioni più verdi vicino all'equatore e ai poli, ", afferma l'autrice principale Stephanie Dutkiewicz, un ricercatore principale presso il Dipartimento della Terra del MIT, Atmosferico, e scienze planetarie e il programma congiunto sulla scienza e la politica del cambiamento globale. "Quel modello di base sarà ancora lì. Ma sarà abbastanza diverso da influenzare il resto della rete alimentare supportata dal fitoplancton".

I coautori di Dutkiewicz includono Oliver Jahn del MIT, Anna Hickman dell'Università di Southhampton, Stephanie Henson del National Oceanography Centre Southampton, Claudie Beaulieu dell'Università della California a Santa Cruz, ed Erwan Monier dell'Università della California a Davis.

Conteggio della clorofilla

Il colore dell'oceano dipende da come la luce del sole interagisce con qualunque cosa si trovi nell'acqua. Le molecole d'acqua da sole assorbono quasi tutta la luce solare tranne che per la parte blu dello spettro, che si riflette indietro. Quindi, le regioni relativamente aride dell'oceano aperto appaiono come un blu profondo dallo spazio. Se ci sono organismi nell'oceano, possono assorbire e riflettere diverse lunghezze d'onda della luce, seconda delle loro proprietà individuali.

fitoplancton, ad esempio, contengono clorofilla, un pigmento che assorbe principalmente nelle porzioni blu della luce solare per produrre carbonio per la fotosintesi, e meno nelle porzioni verdi. Di conseguenza, più luce verde viene riflessa dall'oceano, conferendo alle regioni ricche di alghe una tonalità verdastra.

Dalla fine degli anni '90, i satelliti hanno effettuato misurazioni continue del colore dell'oceano. Gli scienziati hanno utilizzato queste misurazioni per ricavare la quantità di clorofilla, e per estensione, fitoplancton, in una data regione oceanica. Ma Dutkiewicz dice che la clorofilla non deve necessariamente riflettere il segnale sensibile del cambiamento climatico. Eventuali oscillazioni significative della clorofilla potrebbero benissimo essere dovute al riscaldamento globale, ma potrebbero anche essere dovute alla "variabilità naturale"—normale, periodici aumenti di clorofilla dovuti a naturali, fenomeni legati al clima.

"Un evento El Niño o La Niña genererà un cambiamento molto grande nella clorofilla perché sta cambiando la quantità di nutrienti che stanno entrando nel sistema, "Ditkiewicz dice. "A causa di questi grandi, cambiamenti naturali che si verificano ogni pochi anni, è difficile vedere se le cose stanno cambiando a causa del cambiamento climatico, se stai solo guardando la clorofilla."

Modellazione della luce dell'oceano

Invece di cercare stime derivate della clorofilla, il team si è chiesto se fosse possibile vedere un chiaro segnale dell'effetto del cambiamento climatico sul fitoplancton osservando le misurazioni satellitari della sola luce riflessa.

Il gruppo ha ottimizzato un modello computerizzato che ha utilizzato in passato per prevedere i cambiamenti del fitoplancton con l'aumento delle temperature e l'acidificazione degli oceani. Questo modello prende informazioni sul fitoplancton, come quello che consumano e come crescono, e incorpora queste informazioni in un modello fisico che simula le correnti e il mescolamento dell'oceano.

Questa volta, i ricercatori hanno aggiunto un nuovo elemento al modello, che non è stato incluso in altre tecniche di modellazione oceanica:la capacità di stimare le lunghezze d'onda specifiche della luce che vengono assorbite e riflesse dall'oceano, a seconda della quantità e del tipo di organismi in una data regione.

"La luce del sole entrerà nell'oceano, e tutto ciò che è nell'oceano lo assorbirà, come la clorofilla, " dice Dutkiewicz. "Altre cose lo assorbiranno o lo disperderanno, come qualcosa con un guscio duro. Quindi è un processo complicato, come la luce viene riflessa dall'oceano per dargli il suo colore."

Quando il gruppo ha confrontato i risultati del loro modello con le misurazioni effettive della luce riflessa che i satelliti avevano effettuato in passato, hanno scoperto che i due erano abbastanza d'accordo che il modello potrebbe essere utilizzato per prevedere il colore dell'oceano quando le condizioni ambientali cambiano in futuro.

"La cosa bella di questo modello è che possiamo usarlo come laboratorio, un luogo dove sperimentare, per vedere come cambierà il nostro pianeta, "Dutkiewicz dice.

Un segnale in blu e verde

Mentre i ricercatori aumentavano le temperature globali nel modello, fino a 3 gradi Celsius entro il 2100 - ciò che la maggior parte degli scienziati prevede accadrà in uno scenario normale di relativamente nessuna azione per ridurre i gas serra - hanno scoperto che le lunghezze d'onda della luce nella banda d'onda blu/verde hanno risposto più velocemente.

Cosa c'è di più, Dutkiewicz ha osservato che questa banda d'onda blu/verde mostrava un segnale molto chiaro, o spostamento, dovuto in particolare ai cambiamenti climatici, avviene molto prima di quello che gli scienziati hanno scoperto in precedenza quando hanno guardato alla clorofilla, che prevedevano avrebbe mostrato un cambiamento climatico entro il 2055.

"La clorofilla sta cambiando, ma non puoi davvero vederlo a causa della sua incredibile variabilità naturale, "Ditkiewicz dice. "Ma si può vedere un significativo, cambiamento legato al clima in alcune di queste bande d'onda, nel segnale inviato ai satelliti. Quindi è lì che dovremmo cercare nelle misurazioni satellitari, per un vero segnale di cambiamento".

Secondo il loro modello, il cambiamento climatico sta già cambiando la composizione del fitoplancton, e per estensione, il colore degli oceani. Entro la fine del secolo, il nostro pianeta blu potrebbe sembrare visibilmente alterato.

"Ci sarà una notevole differenza nel colore del 50 percento dell'oceano entro la fine del 21° secolo, " Dutkiewicz dice. "Potrebbe essere molto grave. Diversi tipi di fitoplancton assorbono la luce in modo diverso, e se il cambiamento climatico sposta una comunità di fitoplancton in un'altra, che cambierà anche i tipi di reti alimentari che possono supportare. "