In che modo il manto nevoso dell'Himalaya può influenzare le specie che prosperano nel Mar Arabico? In che modo i cambiamenti nella velocità del vento e nell'umidità possono portare a preoccupazioni per il cibo e la sicurezza nazionale a mille chilometri di distanza? Joaquim va, Helga do Rosario Gomes, e colleghi di due continenti hanno passato gli ultimi due decenni a cercare di decifrare questi enigmi.

La storia inizia nei primi anni 2000, nel periodo in cui è stato lanciato il satellite Aqua della NASA. Va, uno specialista nel telerilevamento dell'oceano, stava esaminando i dati di SeaWiFS e Aqua. Era concentrato sulla clorofilla-a, un pigmento utilizzato dal fitoplancton oceanico (e dalle piante di tutto il mondo) per sfruttare la luce solare e trasformarla in energia alimentare. Si stava concentrando sulle osservazioni delle popolazioni di fitoplancton nel Mar Arabico durante il monsone estivo, ma per caso ha guardato i dati invernali. C'era molta più clorofilla-a di quanto chiunque potesse ragionevolmente aspettarsi.

All'inizio Goes pensò che fosse un errore. Ma nel decennio successivo, segnalazioni di aumento delle alghe e diminuzione delle catture di pesce sono arrivate da colleghi dell'Asia meridionale. Goes e Gomes fecero diverse spedizioni marittime e lo videro da soli:il Mar Arabico brulicava di Noctiluca scintillans, un organismo che è stato scarsamente segnalato nella regione durante gli inverni precedenti.

L'immagine sopra mostra una fioritura di Noctiluca scintillans nel 2019, come osservato dal satellite NOAA-NASA Suomi NPP. Il galleggiante, gli organismi microscopici sono dinoflagellati che vivono in una relazione simbiotica con le cellule algali verdi. Come il fitoplancton oceanico, Noctiluca scintillans può moltiplicarsi rapidamente nelle giuste condizioni. (Noctiluca spesso prospera in acque "ipossiche" a basso contenuto di ossigeno.) Alla deriva con le correnti, si aggregano in vaste masse vicino alla superficie. Nel processo, possono esaurire l'ossigeno nel mare, competere con altri fitoplancton per i nutrienti o consumarli per il cibo, e soffocare piccoli predatori di zooplancton in "zone morte" ipossiche.

"I cambiamenti che abbiamo visto nell'ecosistema del Mar Arabico sono tra i più veloci di qualsiasi corpo idrico oceanico sul nostro pianeta, " disse Va, uno scienziato al Lamont-Doherty Earth Observatory. "L'habitat del mare sta cambiando, e questo è il cortocircuito della catena alimentare".

Come e perché Noctiluca è sbocciato nel Mar Arabico è una complicata storia di interconnessioni tra i sistemi terrestri e le inaspettate increspature che si propagano dal riscaldamento globale.

Attraverso la storia umana, il Mar Arabico è stato fortemente influenzato dai venti monsonici che invertono la direzione stagionalmente e cambiano la direzione delle correnti oceaniche. Negli inverni passati, le temperature dell'aria sull'altopiano himalayano-tibetano e l'Asia meridionale diminuirebbero notevolmente e causerebbero siccità, venti da nord-est per soffiare sul Mar Arabico. A sua volta, il raffreddamento delle acque superficiali e le variazioni di densità si propagherebbero attraverso la colonna d'acqua, spostando il picnoclino, dove la densità dell'acqua cambia a causa della salinità e/o della temperatura, su e giù. La profondità di questo strato oceanico influenza il modo in cui i nutrienti salgono dalle profondità e alimentano la crescita del fitoplancton.

Questi cambiamenti invernali nelle correnti e nella disponibilità di nutrienti una volta alimentavano le fioriture di diatomee, un altro tipo di fitoplancton. Le diatomee erano un anello chiave in una catena alimentare oceanica che alimentava copepodi e pesci pinna durante l'inverno e, in definitiva, umani che hanno catturato quei pesci.

Ma con il riscaldamento globale degli ultimi decenni, meno manto nevoso è caduto e si è accumulato sull'altopiano himalayano-tibetano e più neve e ghiaccio si sono sciolti. Le temperature negli altopiani e nelle pianure sono aumentate, così come l'umidità. Negli ultimi due decenni, i venti invernali che soffiano sul Mar Arabico sono diventati più caldi, più calmo, e più umido. Di conseguenza, i mari agitano meno e ci sono meno nutrienti per le diatomee e la maggior parte degli altri fitoplancton.

"Con venti e acque più calmi e più caldi, c'è meno ventilazione e miscelazione, " disse Helga do Rosario Gomes, un oceanografo biologico, anche a Lamont-Doherty. "Ciò comporta una maggiore stratificazione e un minor arricchimento di nitrati dal basso. In alcuni casi, sta causando ipossia."

Questi cambiamenti sono stati praticamente perfetti per Noctiluca scintillans. A differenza delle diatomee, Noctiluca può prosperare quando ci sono meno nutrienti disciolti nell'acqua. I grafici sopra mostrano i cambiamenti coincidenti dal 1980 al 2018 nell'estensione del manto nevoso sull'altopiano himalayano-tibetano, la profondità dello strato misto nel Mar Arabico in inverno, e la concentrazione di clorofilla-a (un indicatore di fitoplancton). I grafici "anomalia" mostrano quanto ogni anno era al di sopra o al di sotto della media a lungo termine per ciascuna variabile. L'estensione della neve e la profondità dello strato misto sono diminuite costantemente, while wintertime blooms have been increasing.

"The changes observed in the Arabian Sea are an example of potential ecosystem changes that are induced by climate change, " said Laura Lorenzoni, ocean biology and biogeochemistry program scientist for NASA. "As Earth warms, we can expect greater stratification in the ocean and the migration of species poleward. There will also be greater chances of harmful algal blooms and of some more resilient species outcompeting others and shifting the entire ecosystem structure."

Scientists have modeled and speculated for years that global warming could change the snow and ice cover on the Himalayas and the Tibetan Plateau and that the effects might ripple across the sea. The belief was that the Arabian Sea would become less productive from December to March. Anziché, it has become more productive, but for an entirely different set of creatures.

"There are far less diatoms now, and so there is a clear loss of biodiversity, " said Gomes. "There used to be more copepods, sardines, kingfish, mackerel, and pelagic fish." The plankton and diatoms have been replaced by mats of Noctiluca scintillans and an over-abundance of jellyfish and salps. The finfish have been replaced by turtles, calamaro, and animals that can survive in lower oxygen environments.

In a 2020 research paper, Goes and Gomes used ocean color data from NASA and snow and ice cover data from the National Snow and Ice Data Center to piece the puzzle together. They found that winter chlorophyll-a in the Arabian Sea has been increasing steadily since the 1990s—as much as four times higher in some winters. Chlorophyll-a is a key pigment in ocean phytoplankton, including Noctiluca scintillans. The map above shows the trend—mostly increasing—in the Arabian Sea from 1996 to 2018.

The result is trouble for fisheries, particularly in a region with a lot of artisinal and subsistence fishing. "We are passing a tipping point, " said Goes. "The food chain has been turned upside down."

The changes are trouble for the people of the Middle East, eastern Africa, and southern Asia. An estimated 150 million people around the region rely on fishing for food and economic development. Yet the surplus of jellyfish and salps and the decrease in diatoms has depleted the food supply for edible fish."

"There will be cascading effects that will probably affect food availability for several countries in the region, " Goes said. "Noctiluca blooms, jellyfish, and salps are also posing huge challenges to desalination plants along the coast that supply freshwater to coastal Oman." Masses of jellyfish have been known to clog seawater intake pipes.

And the change to Noctiluca-dominated waters has an unusual ripple effect on national security. Noctiluca scintillans are bioluminescent:they glow when stimulated and this is especially visible at night. This trait can be used to track the movements of ships that churn up the plankton as they cruise. Sailors and pilots have been following such sparkling tracks for decades.

"There are many examples of phytoplankton running amok around the planet, " said Norman Kuring, a scientist in NASA's Ocean Biology Group. "The Baltic Sea has a new summertime normal of toxic cyanobacteria blooms. Green algae routinely clog the waters around China's Shandong Peninsula. Sargassum is becoming a real headache in the Caribbean. Lakes in the United States and globally are becoming increasingly eutrophic. There are troubling suggestions by respected scientists that our oceans may be headed towards a hypoxic, bacteria-dominated future."