麻省理工學院、英國國家海洋學中心和其他機構的科學家報告說，在過去20年裡，海洋的顏色發生了顯著變化，而這一全球趨勢很可能是人類引起的氣候變化的結果。在7月12日發表於《自然》（Nature）雜誌上的一項研究中，研究小組寫道，他們在過去20年中檢測到了海洋顏色的變化，而這種變化無法僅用自然的逐年變化來解釋。

來自麻省理工學院和英國國家海洋學中心的科學家們發現，在過去20年中，由於人類引起的氣候變化，全球56%的海洋顏色發生了顯著變化。這些顏色變化，尤其是赤道熱帶地區的顏色變化，表明海洋生態系統發生了變化。這項研究還表明，監測海洋顏色可以提供一種更準確的方法來檢測這些變化。

這些顏色變化雖然在肉眼看來很微妙，但卻發生在全球56%的海洋上–其面積比地球陸地總面積還要大。

研究人員特別發現，隨著時間的推移，赤道附近的熱帶海洋區域變得越來越綠。海洋顏色的變化表明表層海洋的生態系統也在發生變化，因為海洋的顏色是海洋中生物和物質的真實反映。

為了追踪海洋顏色的變化，科學家們分析了水衛星上的中分辨率成像分光儀（MODIS）對海洋顏色的測量結果。圖片來源：NASA和Joshua Stevens，使用美國地質調查局的Landsat數據和LANCE/EOSDIS Rapid Response的MODIS數據。

目前，研究人員還不能準確地說出海洋生態系統是如何變化以反映顏色的變化的。但有一點他們非常肯定：人類引起的氣候變化很可能是驅動因素。

“這項研究的合著者、麻省理工學院地球、大氣與行星科學系和全球變化科學中心的高級研究科學家Stephanie Dutkiewicz說：”多年來，我一直在進行模擬，這些模擬告訴我，海洋顏色的這些變化將會發生。”

研究報告的合著者、麻省理工學院地球、大氣與行星科學系和全球變化科學中心的高級研究科學家Stephanie Dutkiewicz說：”看到它真實地發生並不令人驚訝，但卻令人恐懼。而且這些變化與人類引起的氣候改變是一致的。這是人類影響生物圈的另一種方式”。

該研究的共同作者還包括國家海洋學中心的Stephanie Henson、俄勒岡州立大學的Kelsey Bisson和緬因大學的Emmanuel Boss。

噪音之上

海洋的顏色是海洋上層的視覺產物。一般來說，深藍色的水域幾乎沒有生命，而綠色的水域則表明生態系統的存在，主要是浮游植物–海洋上層大量存在的植物狀微生物，它們含有綠色色素葉綠素。葉綠素幫助浮游生物捕捉陽光，利用陽光捕捉大氣中的二氧化碳並將其轉化為糖分。

浮游植物是海洋食物網的基礎，該食物網維持著從磷蝦、魚類到海鳥和海洋哺乳動物等逐漸復雜的生物。浮游植物也是海洋捕獲和儲存二氧化碳能力的強大動力。因此，科學家們熱衷於監測整個海洋表層的浮游植物，並研究這些重要的群落如何應對氣候變化。為此，科學家們根據從海洋表面反射的藍光和綠光的比例來跟踪葉綠素的變化。

但大約十年前，本研究報告的共同作者之一亨森與其他人共同發表了一篇論文，其中指出，如果科學家僅追踪葉綠素，則至少需要30年的持續監測才能發現任何特別由氣候變化驅動的趨勢。該研究小組認為，原因在於葉綠素每年之間巨大的自然變化將壓倒人為因素對葉綠素濃度的影響。因此，需要幾十年的時間才能在正常的噪聲中找出一個有意義的、由氣候變化驅動的信號。

2019年，Dutkiewicz和她的同事發表了另一篇論文，通過一個新模型表明，與葉綠素相比，其他海洋顏色的自然變化要小得多。因此，氣候變化驅動的任何變化信號應該比其他海洋顏色的較小正常變化更容易被發現。他們預測，這種變化應在20年而不是30年的監測期內顯現出來。

“所以我想，在所有這些其他顏色中尋找趨勢，而不是僅僅在葉綠素中尋找趨勢，不是很有意義嗎？Cael說。”值得關注的是整個光譜，而不是僅僅試圖從光譜中的一點來估算一個數字。”

七種顏色的力量

在目前的研究中，Cael和他的團隊分析了Aqua衛星上的中分辨率成像分光儀（MODIS）對海洋顏色的測量結果。MODIS測量7種可見光波長，包括研究人員傳統上用來估算葉綠素的兩種顏色。

衛星捕捉到的顏色差異非常細微，人眼無法分辨。在我們眼中，大部分海洋呈現藍色，而真正的顏色可能包含從藍色到綠色，甚至紅色等更細微波長的混合。

Cael利用衛星從2002年到2022年測量到的所有七種海洋顏色進行了統計分析。他首先查看了這七種顏色在特定年份中在不同區域的變化程度，從而了解了它們的自然變化。然後，他將視角放大，查看這些海洋顏色的年度變化在20年的較長時間內是如何變化的。這一分析發現了一個明顯的趨勢，高於正常的年際變化。

為了弄清這一趨勢是否與氣候變化有關，他隨後研究了Dutkiewicz在2019年建立的模型。該模型模擬了兩種情況下的地球海洋：一種是增加溫室氣體，另一種是不增加溫室氣體。溫室氣體模型預測，20年內應該會出現一個明顯的趨勢，而且這一趨勢可能會導致世界上大約50%的表層海洋的海洋顏色發生變化，這幾乎與Cael在分析真實世界的衛星數據時發現的結果完全一致。

“這表明我們觀察到的趨勢並非地球系統的隨機變化，”Cael說。”這與人為氣候變化是一致的。”

該團隊的研究結果表明，監測葉綠素以外的海洋顏色可以為科學家提供一種更清晰、更快速的方法來檢測氣候變化驅動的海洋生態系統變化。

“海洋的顏色已經發生了變化，”Dutkiewicz說。”但我們可以說，顏色的變化反映了浮游生物群落的變化，這將影響所有以浮游生物為食的生物。這也將改變海洋吸收碳的程度，因為不同類型的浮游生物吸收碳的能力不同。因此，我們希望人們認真對待這個問題。不僅僅是模型預測這些變化將會發生，我們現在可以看到它正在發生。”