只用20年 人类就让一半的海洋变了色
英国国家海洋学中心领导的一项报告显示，过去 20 年中，地球海洋的颜色发生了显著变化。这个锅，可能要由人类引起的气候变化来背。
根据卫星遥感反射数据绘制的墨西哥湾北部海域图像，展示了海面叶绿素的分布情况 图片来源：NASA Scientific Visualization Studio
温室气体排放导致的全球变暖带来了破纪录的高温和加剧的暴雨，还让我们生存的这颗星球突破了 15 个气候临界点中的 9 个，向着大规模且不可逆的气候变化头也不回地前进。如今，又一个由全球变暖导致的影响得到了证实——它改变了占据地球四分之三面积的海洋颜色。
7 月 12 日发表于《自然》（Nature）的一项新研究显示，科学家发现，过去二十年中大海颜色已经改变，仅用自然原因并不能解释这种现象。特别是赤道附近的热带海洋区域，随着时间推移变得越来越绿。
用肉眼观察这些颜色变化可能有些困难，但它已经发生在了世界 56% 以上的海洋中——这比地球上的陆地总面积还要大。海洋颜色的变化说明表层海洋的生态系统也跟着发生了变化，因为海洋的颜色是其水域中生物和物质的反射。尽管研究人员还不清楚海洋生态系统如何变化导致了大海颜色的改变。但他们非常确定人类引起的气候变化可能是背后的原因。
“我一直从事的数据模拟工作从许多年前就开始告诉我，这早晚会发生，”该研究的共同作者、麻省理工学院地球、大气和行星科学系和全球变化科学中心的资深科学家 Stephanie Dutkiewicz 说，“看到它真实发生并不奇怪，但这令人感到恐惧。这些变化与人为因素引发的气候变化是一致的。”
大海的颜色
海洋的颜色是其上层物质的视觉性产物。一般来说，深蓝色的水域意味着其中的生命很少，而较绿的水域则表明水中存在生态系统，由大量富含叶绿素的浮游植物组成。叶绿素帮助浮游生物收集阳光，利用光合作用从大气中捕获二氧化碳并将其转化为糖类物质。
浮游植物是海洋食物网的支柱，它维持着磷虾、鱼类、海鸟和海洋哺乳动物等一系列逐渐复杂的海洋生命。浮游植物也是海洋捕获和储存二氧化碳的强大助力。因此，监测整个表层海洋的浮游植物，并了解这些重要群落如何应对气候变化，是科学家们非常感兴趣的课题。根据海洋表面反射的蓝光与绿光的比例，就可以推算出海洋表层叶绿素含量的变化，这主要是通过太空中的卫星监测的。
但是，英国国家海洋学中心（National Oceanography Centre）的 Stephanie Henson（他也是这项新研究的共同作者）与同事曾在 2010 年发表论文指出，如果科学家只追踪叶绿素，至少需要 30 年的持续监测才能发现由气候变化驱动的海洋变化趋势。他们认为，海洋上层叶绿素每年发生的自然变化已经非常巨大，足以压倒任何人为影响。因此，在自然条件下的噪音中挑选出一个有意义的、能反映气候变化驱动的信号需要几十年的时间。
2019 年，Dutkiewicz 和她的同事发表了另一篇论文，通过一个新模型证明，与叶绿素带来的海洋颜色相比，其他颜色的自然变化要小得多。因此，任何气候变化驱动的变化信号，都应该可以通过观察这些波动幅度更小的海洋颜色来得到。他们预测，这种变化应该在 20 年内显现出来，而不是 30 年。
“所以我想，我们应该在其他颜色中寻找趋势，而不是只盯着叶绿素，”Cael 说。“我们应该研究的是整个光谱，而不是试图利用光谱中的某一段预测一个数字。”
七色光的力量
在这项新研究中，论文第一作者、英国国家海洋学中心博士 B. B. Cael 和同事分析了美国航空航天局（NASA）2002 年发射的 Aqua 卫星传回的海洋遥感反射数据。Aqua 卫星携带有中分辨率成像光谱仪（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer, MODIS），能够对海洋反射出的七种可见光波长进行测量，包括研究人员一直用来估算海洋叶绿素含量的蓝色和绿色。
大部分海洋在我们眼里都是蓝色的，而真正的海洋颜色可能包含更不易察觉的波长，从蓝色到绿色，甚至还有红色。这些颜色之间的差异十分微妙，仅靠我们的肉眼无法区分，但这正是卫星能做到的事。
Cael 对 2002 ~2022 年所有七种海洋颜色的卫星数据进行了统计分析。他首先观察了给定年份中不同海洋区域中七种颜色的变化程度，从而确定这些颜色的自然变化情况。然后，他着眼于更大的图景，观察海洋颜色的年度变化在更长的二十年中是如何变化的。这一分析显示出一个明显的趋势，海洋颜色 20 年间的变化趋势高于正常的逐年变化。
Aqua卫星的中分辨率成像光谱仪（MODIS）对海洋颜色的测量结果 图片来源：NASA and Joshua Stevens, using Landsat data from the U.S. Geological Survey and MODIS data from LANCE/EOSDIS Rapid Response
为了了解这种趋势是否与气候变化有关，研究人员接下来引入了 Dutkiewicz 2019 年提出的模型。该模型在两种场景下对地球海洋进行了模拟：一种存在温室气体排放，另一种则没有。温室气体模型预测，20 年内将会出现一个重要趋势，导致世界上约 50% 海洋的表层颜色发生变化——几乎正是 Cael 在分析真实世界的卫星数据时发现的。
“这表明我们观察到的趋势不是地球系统的随机变化，”Cael 表示，“这与人为的气候变化是一致的。”
该团队的结果表明，监测叶绿素以外的海洋颜色可以提供一种更清晰、更快捷的方法，帮助科学家探测气候变化驱动的海洋生态系统变化。
“海洋的颜色已经改变，”Dutkiewicz 表示。“我们还不知道这是如何变的。但我们可以确定的是，颜色的变化反映了浮游生物群落的变化，这将影响以浮游生物为食的一切生物。它还将改变海洋固定碳的能力，因为不同类型的浮游生物能力各不相同。所以，我们希望人们认真对待这个发现。不仅仅是模型预测到了这一点。我们现在可以看到它正在发生，海洋正在改变。”
“这提供了更多证据，显示了人类活动如何在巨大的空间范围内影响地球上的生命，”Cael 补充道，“这是人类影响生物圈的另一种方式。”
