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  Address: OCEAN4FUTURE

Il colore degli Oceani sta cambiando

tempo di lettura: 8 minuti

 

livello elementare

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ARGOMENTO: OCEANOGRAFIA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: OCEANI
parole chiave: Telerilevamento, cambiamenti climatici

 

Dopo millenni l’Uomo è ora in grado di osservare la bellezza della Terra dallo spazio, guardando lo spettacolo dall’oblò della Stazione Spaziale Internazionale o potendo accedere alle immagini raccolte dai tanti satelliti in orbita che ci offrono, con una accuratezza impensabile fino a trent’anni fa, fotografie e video straordinari. Non si tratta solo di immagini ma anche di dati importantissimi per poter  valutare l’andamento del Pianeta. La qualità delle informazioni oggi ottenibili ha dimostrato che alcune valutazioni precedenti non erano scevre di errori ed ha permesso di sviluppare modelli valutativi sempre più accurati che consentono agli scienziati di proporre azioni sostenibili in un futuro che si presenta sempre più complesso. I satelliti della NASA e dell’ESA osservano anche le acque degli oceani per cercare di comprendere come i cambiamenti climatici possano influenzare le popolazioni di fitoplancton. In particolare, lOcean Biology Processing Group (OBPG) presso il Goddard Space Flight Center della NASA opera e supporta dal 1996 l’Ocean Color Web, attraverso la raccolta, elaborazione, calibrazione, convalida di prodotti relativi agli oceani provenienti da un gran numero di missioni operative di telerilevamento via satellite che forniscono alla comunità di ricerca internazionale dati sul colore dell’oceano, sulla temperatura e salinità superficiale del mare. Il Centro, tramite il Distributed Active Archive Center (DAAC noto come Ocean Biology DAAC, OB.DAAC) è responsabile dell’archiviazione e della distribuzione dei dati di biologia oceanica satellitare raccolti nell’ambito della NASA EOSDIS, compresi quelli delle missioni spaziali storiche di altre organizzazioni partner come l’ESA.

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Sicilia, Italia, immagine del 16 Settembre 2010 – Fonte NASA Terra-MODIS – notare le differenti colorazioni marine e il pennacchio dell’Etna – credit NASA

Grazie al telerilevamento satellitare (Rrs) è possibile oggi rilevare i cambiamenti nel colore dell’oceano e, per estensione, degli ecosistemi della superficie oceanica, che sono influenzati dai cambiamenti climatici. Per comprendere la grandezza delle aree osservate, gli ecosistemi superficie-oceano coprono il 70% della superficie terrestre e sono responsabili di circa la metà della produzione primaria globale.

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Questa immagine globale si basa in gran parte sulle osservazioni del Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) l’11 luglio 2005. Piccole lacune nella copertura di MODIS tra i cavalcavia, così come l’Antartide (che è nell’oscurità polare in luglio), sono stati compilati utilizzando i satelliti meteorologici GOES e l’ultima versione del NASA Blue Marble – credit NASAMODIS Map.jpg – Wikimedia Commons

Il telerilevamento satellitare è quindi l’unico mezzo per ottenere in tempi brevi serie temporali di ecosistemi marini su scala globale, ottenendo misurazioni alle scale richieste. Dalla fine del secolo scorso, alcuni satelliti sono in grado di misurare la quantità di luce irradiata dall’oceano e dall’atmosfera dalla superficie terrestre, raccogliendo misurazioni globali. Sebbene gran parte della ricerca si è concentrata sulla rilevazione delle tendenze a lungo termine nei dati relativi al colore degli oceani, in particolare nella clorofilla (Chl) e nella produttività primaria su vaste regioni, sono stati necessari più di 30 anni di dati per poter valutare le tendenze legate ai cambiamenti climatici.

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Alla base della rete alimentare oceanica ci sono alghe unicellulari e altri organismi vegetali noti come fitoplancton. Come le piante terrestri, il fitoplancton utilizza la clorofilla e altri pigmenti che raccolgono la luce per svolgere la fotosintesi, assorbendo l’anidride carbonica atmosferica per produrre zuccheri per il carburante. La clorofilla nell’acqua cambia il modo in cui riflette e assorbe la luce solare, consentendo agli scienziati di mappare la quantità e la posizione del fitoplancton. Queste misurazioni forniscono agli scienziati preziose informazioni sulla salute dell’ambiente oceanico e aiutano gli scienziati a studiare il ciclo del carbonio oceanico. La mappa mostra milligrammi di clorofilla per metro cubo di acqua di mare. I luoghi in cui le concentrazioni di clorofilla sono elevate sono verdi, indicando la presenza di molto fitoplancton. I luoghi in cui le quantità di clorofilla sono basse sono invece blu. Le osservazioni provengono dal Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) sul satellite Aqua della NASA. La terra è di colore grigio scuro e i luoghi in cui MODIS non ha potuto raccogliere dati a causa del ghiaccio marino, dell’oscurità polare o delle nuvole sono di colore grigio chiaro. Fonte: Osservatorio della Terra della NASA Global ocean chlorophyll concentration October 2019.png – Wikimedia Commons

La misurazione dei dati legati alla Clorofilla fornisce informazioni sull’abbondanza di fitoplancton (organismi oceanici fotosintetici) e può essere stimata da rapporti derivati empiricamente e/o differenze dei valori di remote-sensing reflectance (Rrs) ovvero della riflettanza del colore dell’oceano.

Questa immagine ha l'attributo alt vuoto; il nome del file è NATO-PHITOPLANCTON-640px-Phytoplankton_world_view_from_MODIS_2013.jpgnota bene con il termine riflettanza si intende il potere riflettente di un corpo sottoposto a irraggiamento misurato sulla base del rapporto tra l’intensità del flusso radiante riflesso e quella incidente. Nel caso specifico parliamo quindi della percentuale di luce incidente diretta verso l’alto dalla superficie dell’oceano (indipendentemente dal fatto che sia stata riflessa o ritrasmessa). I satelliti hanno sensori progettati per misurare la riflettanza a specifiche lunghezze d’onda della luce. Il rapporto di intensità alle lunghezze d’onda blu e verde può essere correlato empiricamente con la concentrazione di clorofilla dei campioni d’acqua – nell’immagine MODIS AQUA la distribuzione di fitoplancton (2013) negli oceani – credit NASA Phytoplankton world view from MODIS 2013.jpg – Wikimedia Commons

In un articolo pubblicato da Nature, che ha riassunto per sommi capi lo studio Global climate-change trends detected in indicators of ocean ecology di B. B. Cael, Kelsey Bisson, Emmanuel Boss, Stephanie Dutkiewicz e Stephanie Henson, sono stati riportati i risultati dell’analisi dei dati raccolti dal satellite AQUA della NASA con uno strumento chiamato MODIS,  Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer dal luglio 2002 al giugno 2022, che hanno rivelato tendenze significative nel 56% dell’oceano, principalmente nella fascia tra i 40° di latitudine e l’equatore.

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Fig. 1: Mappa delle località in cui il valore SNR della tendenza del colore dell’oceano è superiore a 2 per una serie temporale annuale di 20 anni. Notate che l’intensità del colore violaceo indica il SNR. La punteggiatura nera indica le regioni con tendenze significative anche per la Clorofilla (12% dell’oceano) – dati MODIS-AQUA periodo luglio 2002 a giugno 2022 da Global climate-change trends detected in indicators of ocean ecology | Nature

I ricercatori hanno notato che queste tendenze non sono associate ai cambiamenti della temperatura della superficie del mare (SST °C) mentre i cambiamenti della riflettanza degli oceani (Rrs) potrebbero essere dovuti ad altri fattori, come il cambiamento della profondità dello strato misto o la stratificazione dell’oceano superiore. Driver che sebbene influenzino la struttura e la biomassa della comunità del plancton e cambino con il clima, sono di difficile valutazione in periodi di tempo così brevi (ovvero 20 anni) rispetto all’SST perché  misurati in modo meno preciso.

Gli scienziati si pongono ora una domanda chiave: queste tendenze sono legate ai cambiamenti climatici?
Per verificare questa ipotesi è stato sviluppato un modello che simula i cambiamenti dell’ecosistema marino e dell’ottica nel corso del ventunesimo secolo in uno scenario di elevate emissioni di gas serra. Nel modello, poiché i cambiamenti nella struttura della comunità emergono molto più velocemente di quelli della Clorofilla e di altre proprietà otticamente rilevanti, l’aumento del valore di riflettanza è un valore indicativo che è legato alla struttura della comunità del fitoplancton. Poter valutare queste variazioni, che influenzano le reti trofiche ed i cicli biogeochimici, ci può far comprendere l’impatto sulla biodiversità marina.

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immagine del canale di Mozambico ottenuta da AQUA – MODIS il 15 giugno 2023 – credit NASA

Risultati
In termini generali, sulla base dei dati valutati, risulterebbe che gli aumenti della riflettanza sono più frequenti delle diminuzioni, e maggiormente per le lunghezze d’onda intermedie, suggerendo che il colore dell’oceano stia diventando più … verde. Questo potrebbe derivare, ad esempio, da un aumento delle particelle detritiche, che aumenterebbe la retrodiffusione a tutte le lunghezze d’onda e l’assorbimento a lunghezze d’onda più corte. Tuttavia, potrebbe anche derivare da altri possibili cambiamenti dell’ecosistema, come un aumento simultaneo di zooplancton e materiale disciolto colorato. Tuttavia, e indipendentemente da qualsiasi confronto con le tendenze del modello, i cambiamenti osservati nella riflettanza avranno necessariamente implicazioni ecologiche sugli ecosistemi superficiali. Poiché la luce è un fattore chiave delle comunità di fitoplancton, qualsiasi cambiamento nell’ambiente luminoso porterà ad un cambiamento nell’ecosistema dell’oceano di superficie con ricadute in tutti i settori compreso quello economico.

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Un’altra immagine interessante. A metà luglio 2023, nelle profonde acque blu del Mare di Barents brillavano vortici blu-latte. Il colore era  legato ad una grande fioritura di fitoplancton. In determinate condizioni (temperatura dell’oceano, ore di luce solare e quantità di nutrienti) il fitoplancton può riprodursi in modo esplosivo e produrre fioriture massicce che possono essere facilmente viste dallo spazio. Il colore blu lattiginoso suggerisce fortemente che questa fioritura sia almeno parzialmente costituita da un certo tipo di fitoplancton chiamato coccolitofori. Questo gruppo è notevole perché contiene lastre di carbonato di calcio bianco, che conferisce una tinta bianca alla fioritura altrimenti di colore blu – Dati Satellite: Aqua 14/07/2023 Risoluzioni: 1 km (365 KB), 500 m (1019,7 KB), 250 m (2,7 MB) Bande utilizzate: 1,4,3 . credito: MODIS Land Rapid Response Team, NASA GSFC MODIS Web (nasa.gov)

Questo studio sottolinea l’importanza delle missioni satellitari a lungo termine come MODIS-Aqua e dei satelliti delle altre agenzie spaziali. Complessivamente, questi risultati suggeriscono che gli effetti del cambiamento climatico si stanno già facendo sentire negli ecosistemi microbici marini superficiali.

La misura della riflettanza, essendo sensibile ai cambiamenti delle proprietà degli ecosistemi oceanici superficiali, sembra quindi permettere una valutazione precoce sull’andamento dei cambiamenti climatici. I cambiamenti della riflettanza sono campanelli di allarme per comprendere le situazioni locali consentendo di poter valutare le potenziali implicazioni sia per il ruolo del plancton nei cicli biogeochimici marini (e quindi nello stoccaggio del carbonio oceanico) sia per il consumo di plancton da parte di livelli trofici più elevati influenzando quindi la pesca. In particolare, la conoscenza di dove stanno cambiando gli ecosistemi microbici superficiali oceanici potrebbe essere utile per identificare regioni dell’oceano aperto in cui istituire aree marine protette ai sensi del recente trattato di alto mare delle Nazioni Unite sulla biodiversità delle aree al di fuori della giurisdizione nazionale.

In sintesi l’interpretazione delle variazioni di riflettanza potrebbe far luce su come sta cambiando l’ecologia della superficie degli oceani, dato il ruolo chiave degli ecosistemi del plancton nelle reti alimentari marine, nei cicli biogeochimici globali e nei feedback ciclo-clima del carbonio essenziali per la nostra sopravvivenza.

 

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Alcune delle foto presenti in questo blog possono essere state prese dal web, citandone ove possibile gli autori e/o le fonti. Se qualcuno desiderasse specificarne l’autore o rimuoverle, può scrivere a infoocean4future@gmail.com e provvederemo immediatamente alla correzione dell’articolo

 

 

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