Perubahan iklim menyebabkan perubahan signifikan pada keadaan fitoplankton di lautan, dan sebuah studi MIT baru menunjukkan bahwa perubahan ini akan sangat memengaruhi warna lautan dalam beberapa dekade mendatang, mengintensifkan area biru dan hijaunya. Satelit harus mendeteksi perubahan warna ini dan memberikan peringatan dini tentang perubahan yang meluas pada ekosistem laut.
Dalam jurnal Nature Communications, para ilmuwan melaporkan bahwa mereka telah mengembangkan model global yang meniru pertumbuhan dan interaksi berbagai jenis fitoplankton, atau alga, dan bagaimana campuran spesies di tempat berbeda akan berubah seiring kenaikan suhu di seluruh dunia. Para peneliti juga memodelkan bagaimana fitoplankton menyerap dan memantulkan cahaya, dan bagaimana warna laut berubah karena pemanasan global mempengaruhi komposisi komunitas fitoplankton.
Para peneliti menguji model mereka dengan menjalankannya hingga akhir abad ke-21 dan menemukan bahwa pada tahun 2100 lebih dari 50% lautan dunia akan berubah warna karena perubahan iklim.
Studi tersebut menunjukkan bahwa area biru, seperti subtropis, akan menjadi lebih biru karena terdapat lebih sedikit fitoplankton - dan kehidupan secara umum - di perairan ini jika dibandingkan dengan keadaan saat ini. Beberapa daerah yang lebih hijau saat ini, seperti yang dekat kutub, mungkin menjadi lebih hijau, karena suhu yang lebih tinggi menyebabkan perkembangbiakan berbagai fitoplankton..
“Model ini mengasumsikan bahwa perubahan ini tidak akan mudah dilihat dengan mata telanjang, dan lautan akan tetap terlihat seperti memiliki area biru di subtropis dan area hijau di dekat ekuator dan kutub,” kata penulis utama Stephanie Datkiewicz dari Science Division. Bumi, Atmosfer, dan Planet dari Institut Teknologi Massachusetts. “Skema dasar ini akan tetap sama. Namun, perubahan kedalaman akan cukup signifikan untuk mempengaruhi rantai makanan fitoplankton lainnya."
Warna lautan bergantung pada jumlah klorofil
Warna lautan tergantung pada bagaimana sinar matahari berinteraksi dengan apa yang ada di dalam air. Hanya molekul air yang menyerap hampir semua sinar matahari, kecuali bagian biru dari spektrum - itu dipantulkan. Akibatnya, wilayah samudra terbuka yang relatif tandus tampak biru tua dari luar angkasa. Jika ada organisme di lautan, mereka dapat menyerap dan memantulkan gelombang cahaya dengan panjang berbeda, tergantung pada sifat masing-masing.
Video promosi:
Fitoplankton, misalnya, mengandung klorofil, pigmen yang menyerap sebagian besar bagian biru sinar matahari, menghasilkan karbon untuk fotosintesis, dan sebagian kecil bagian hijau. Hasilnya, lebih banyak cahaya hijau yang dipantulkan ke laut, yang membuat area yang kaya alga berwarna kehijauan.
Sejak akhir 1990-an, satelit terus mengukur warna lautan. Para ilmuwan menggunakan pengukuran ini untuk mendapatkan jumlah klorofil dan, selanjutnya, fitoplankton di area tertentu lautan. Tapi Datkevich mengatakan klorofil belum tentu mencerminkan sinyal sensitif perubahan iklim. Fluktuasi klorofil yang signifikan mungkin saja disebabkan oleh pemanasan global, tetapi juga oleh "variabilitas alami", lonjakan klorofil secara berkala karena fenomena alam yang berhubungan dengan cuaca.
“Peristiwa El Niño atau La Niña akan menyebabkan perubahan klorofil yang sangat besar karena mengubah jumlah nutrisi yang memasuki sistem,” kata Datkevich. "Dengan perubahan besar dan alami yang terjadi setiap beberapa tahun, sulit untuk melihat apakah perubahan iklim akan berubah hanya dengan melihat klorofil."
Simulasi cahaya laut
Alih-alih melihat perkiraan klorofil yang diperoleh, tim bertanya-tanya apakah ada sinyal yang jelas tentang dampak perubahan iklim terhadap fitoplankton jika seseorang hanya melihat pengukuran satelit dari cahaya yang dipantulkan.
Tim tersebut telah menyempurnakan model komputer yang digunakannya di masa lalu untuk memprediksi perubahan fitoplankton dengan meningkatnya suhu dan pengasaman laut. Model ini mengambil informasi tentang fitoplankton, seperti asupan makanannya dan bagaimana ia tumbuh, dan menggabungkan informasi ini ke dalam model fisik yang menunjukkan arus dan percampuran laut.
Namun kali ini, para ilmuwan telah menambahkan elemen baru ke model yang belum dimasukkan ke dalam metode pemodelan samudra lainnya: kemampuan untuk memperkirakan panjang gelombang cahaya tertentu yang diserap dan dipantulkan oleh lautan, bergantung pada jumlah dan jenis organisme di wilayah tertentu.
“Sinar matahari menerpa lautan, dan segala sesuatu di lautan menyerapnya seperti klorofil,” kata Datkevich. “Hal-hal lain akan menyerap atau menghilangkannya. Jadi sulit menentukan bagaimana cahaya akan memantulkan lautan dan memberinya warna.
Ternyata model ilmuwan tersebut dapat digunakan untuk memprediksi warna lautan saat kondisi lingkungan berubah di masa depan. Dan hal terbaik tentang itu adalah dapat digunakan di laboratorium.
Sinyal dalam nada biru-hijau
Ketika ilmuwan menambahkan suhu global ke model dan menaikkannya sebesar 3 derajat pada tahun 2100 - seperti yang diramalkan sebagian besar ilmuwan jika tidak ada tindakan yang diambil untuk mengurangi emisi gas rumah kaca - mereka menemukan bahwa panjang gelombang cahaya di bagian biru dan hijau spektrum merespons paling cepat. …
Terlebih lagi, bentuk gelombang biru-hijau ini menunjukkan sinyal yang sangat jelas, atau pergeseran, terkait dengan perubahan iklim: pergeseran terjadi lebih awal dari yang diharapkan ketika para ilmuwan mengamati klorofil.
“Klorofil berubah, tetapi Anda tidak dapat melihatnya karena variabilitas alami yang luar biasa,” kata Datkevich. “Namun, Anda dapat melihat perubahan iklim yang signifikan di beberapa gelombang ini dalam sinyal yang dikirim ke satelit. Jadi di sinilah kita harus mencari sinyal nyata dari perubahan dalam pengukuran satelit."
Menurut model para ilmuwan, perubahan iklim telah mengubah komposisi fitoplankton, dan warna lautan. Pada akhir abad ini, planet biru kita akan berubah secara dramatis.
“Pada akhir abad ke-21 akan ada perubahan warna yang mencolok pada 50% lautan. Perubahannya akan sangat besar. Berbagai jenis fitoplankton menyerap cahaya dengan cara berbeda, dan jika perubahan iklim memindahkan satu komunitas fitoplankton ke komunitas fitoplankton lainnya, hal itu juga akan mengubah jenis jaring makanan yang dapat mereka dukung.”
Ilya Khel
