El color del ocáno está cambiando

El cambio climático está provocando cambios significativos en el fitoplancton en los océanos del mundo, y un nuevo estudio del MIT encuentra que en las próximas décadas estos cambios afectarán el color del océano, intensificando sus regiones azules y verdes.

En esta línea, los satélites deben detectar estos cambios en el tono, proporcionando una alerta temprana de cambios a gran escala en los ecosistemas marinos.

Un estudio, que aparece en Nature Communications, los investigadores informan que han desarrollado un modelo global que simula el crecimiento y la interacción de diferentes especies de fitoplancton o algas, y cómo la mezcla de especies en varios lugares cambiará a medida que las temperaturas aumenten en todo el mundo. Los investigadores también simularon la forma en que el fitoplancton absorbe y refleja la luz, y cómo cambia el color del océano a medida que el calentamiento global afecta la composición de las comunidades de fitoplancton.

Los investigadores ejecutaron el modelo hasta fines del siglo XXI y encontraron que, para el año 2100, más del 50 por ciento de los océanos del mundo cambiarán de color debido al cambio climático.

El estudio sugiere que las regiones azules, como las subtropicales, se volverán aún más azules, reflejando incluso menos fitoplancton, y la vida en general, en esas aguas, en comparación con las actuales. Algunas regiones, que son más verdes hoy en día, como cerca de los polos, pueden volverse aún más verdes, a medida que las temperaturas más cálidas producen grandes floraciones de fitoplancton más diverso.

"El modelo sugiere que los cambios no parecerán enormes a simple vista, y el océano aún parecerá que tiene regiones azules en las regiones subtropicales y más verdes cerca del ecuador y los polos", dice la autora principal, Stephanie Dutkiewicz, una científica investigadora principal en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT y el Programa Conjunto sobre la Ciencia y la Política del Cambio Global. "Ese patrón básico seguirá estando allí. Pero será lo suficientemente diferente como para que afecte al resto de la red alimenticia que soporta el fitoplancton".

Los coautores de Dutkiewicz incluyen a Oliver Jahn de MIT, Anna Hickman de la Universidad de Southhampton, Stephanie Henson del Centro Nacional de Oceanografía de Southampton, Claudie Beaulieu de la Universidad de California en Santa Cruz y Erwan Monier de la Universidad de California en Davis.

El color y la clorofila

El color del océano depende de cómo la luz solar interactúa con lo que está en el agua. Las moléculas de agua solas absorben casi toda la luz solar, excepto la parte azul del espectro, que se refleja hacia afuera. Por lo tanto, las regiones del océano abierto relativamente áridas aparecen como azul profundo desde el espacio. Si hay organismos en el océano, pueden absorber y reflejar diferentes longitudes de onda de la luz, dependiendo de sus propiedades individuales.

El fitoplancton, por ejemplo, contiene clorofila, un pigmento que se absorbe principalmente en las porciones azules de la luz solar para producir carbono para la fotosíntesis, y menos en las porciones verdes. Como resultado, se refleja más luz verde fuera del océano, dando a las regiones ricas en algas un tono verdoso.

Desde finales de la década de 1990, los satélites han tomado medidas continuas del color del océano. Los científicos han utilizado estas medidas para obtener la cantidad de clorofila y, por extensión, el fitoplancton, en una región oceánica determinada. Pero Dutkiewicz dice que la clorofila no necesariamente refleja la señal sensible del cambio climático. Cualquier cambio significativo en la clorofila podría deberse al calentamiento global, pero también podría deberse a la "variabilidad natural": aumentos normales y periódicos en la clorofila debido a fenómenos naturales relacionados con el clima.

"Un evento de El Niño o La Niña producirá un cambio muy grande en la clorofila porque está cambiando la cantidad de nutrientes que entran al sistema", dice Dutkiewicz. "Debido a estos grandes cambios naturales que ocurren cada pocos años, es difícil ver si las cosas están cambiando debido al cambio climático, si solo se está viendo la clorofila".

Modelizando la luz del océano

En lugar de buscar estimaciones derivadas de la clorofila, el equipo se preguntó si podrían ver una señal clara del efecto del cambio climático en el fitoplancton al observar solo las mediciones satelitales de la luz reflejada.

El grupo modificó un modelo informático que ha utilizado en el pasado para predecir los cambios en el fitoplancton con el aumento de las temperaturas y la acidificación de los océanos. Este modelo toma información sobre el fitoplancton, como lo que consumen y cómo crecen, e incorpora esta información en un modelo físico que simula las corrientes y la mezcla de los océanos.

En esta ocasión, los investigadores agregaron un nuevo elemento al modelo, que no se ha incluido en otras técnicas de modelado oceánico: la capacidad de estimar las longitudes de onda específicas de la luz que son absorbidas y reflejadas por el océano, dependiendo de la cantidad y el tipo de luz.

Organismos en una región determinada.

"La luz del sol entrará en el océano, y cualquier cosa que esté en el océano la absorberá, como la clorofila", dice Dutkiewicz. "Otras cosas lo absorberán o lo dispersarán, como algo con una cáscara dura. Así que es un proceso complicado, cómo la luz se refleja en el océano para darle su color".

Cuando el grupo comparó los resultados de su modelo con las mediciones reales de la luz reflejada que los satélites habían tomado en el pasado, encontraron que los dos estaban de acuerdo en que el modelo podría usarse para predecir el color del océano a medida que las condiciones ambientales cambien en el futuro.

"Lo bueno de este modelo es que podemos usarlo como un laboratorio, un lugar donde podemos experimentar, para ver cómo va a cambiar nuestro planeta", dice Dutkiewicz.

Unas señales en azules y verdes.

A medida que los investigadores aumentaron las temperaturas globales en el modelo, hasta 3 ºC para 2100, lo que la mayoría de los científicos pronostican que ocurrirá en un escenario determinado con una acción relativamente reducida para reducir los gases de efecto invernadero. La banda de ondas azul / verde respondió más rápido.

Además, Dutkiewicz observó que esta banda de ondas azul / verde mostraba una señal muy clara, o un cambio, debido específicamente al cambio climático, que se producía mucho antes de lo que los científicos habían encontrado anteriormente cuando observaban la clorofila.

Cambio impulsado en 2055.

"La clorofila está cambiando, pero realmente no se puede ver debido a su increíble variabilidad natural", dice Dutkiewicz. "Pero se puede ver un cambio significativo relacionado con el clima en algunas de estas bandas en la señal que se envía a los satélites. Así que ahí es donde deberíamos estar buscando las mediciones satelitales, una señal real de cambio".

Según su modelo, el cambio climático ya está cambiando la composición del fitoplancton y, por extensión, el color de los océanos. A finales de siglo, nuestro planeta azul puede verse visiblemente alterado.

"Habrá una notable diferencia en el color del 50 por ciento del océano para fines del siglo XXI", dice Dutkiewicz. "Podría ser potencialmente muy grave. Diferentes tipos de fitoplancton absorben la luz de manera diferente, y si el cambio climático cambia una comunidad de fitoplancton a otra, eso también cambiará los tipos de redes alimenticias que pueden soportar".

Referencia

Ocean colour signature of climate change. Stephanie Dutkiewicz, Anna E. Hickman, Oliver Jahn, Stephanie Henson, Claudie Beaulieu & Erwan Monier. Nature Communications, volume 10, Article number: 578 (2019).

https://www.nature.com/articles/s41467-019-08457-x