Le changement climatique provoque des changements importants dans l'état du phytoplancton dans les océans, et une nouvelle étude du MIT a montré que ces changements affecteront grandement la couleur de l'océan dans les décennies à venir, intensifiant ses zones bleues et vertes. Les satellites devraient détecter ces changements de teinte et donner une alerte précoce des changements généralisés dans les écosystèmes marins.
Dans la revue Nature Communications, les scientifiques rapportent qu'ils ont développé un modèle global qui imite la croissance et l'interaction de différents types de phytoplancton, ou algues, et comment le mélange d'espèces dans différents endroits changera à mesure que les températures augmenteront dans le monde. Les chercheurs ont également modélisé la façon dont le phytoplancton absorbe et reflète la lumière, et comment la couleur de l'océan change lorsque le réchauffement climatique affecte la composition des communautés de phytoplancton.
Les chercheurs ont testé leur modèle en l'exécutant jusqu'à la fin du 21e siècle et ont découvert que d'ici 2100, plus de 50% des océans du monde changeront de couleur en raison du changement climatique.
L'étude suggère que les zones bleues, telles que les régions subtropicales, deviendront encore plus bleues car il y a moins de phytoplancton - et de vie en général - dans ces eaux par rapport à l'état actuel des choses. Certaines régions qui sont aujourd'hui plus vertes, comme celles proches des pôles, peuvent devenir encore plus vertes car des températures plus élevées entraînent la prolifération d'une variété de phytoplancton.
«Ce modèle suppose que ces changements ne seront pas faciles à remarquer à l'œil nu et que l'océan aura toujours l'air d'avoir des zones bleues dans les régions subtropicales et des zones plus vertes près de l'équateur et des pôles», déclare l'auteur principal Stephanie Datkiewicz de la Division des sciences. Terre, atmosphère et planète du Massachusetts Institute of Technology. «Ce schéma de base restera le même. Cependant, les changements de profondeur seront suffisamment importants pour affecter le reste de la chaîne alimentaire du phytoplancton."
La couleur des océans dépend de la quantité de chlorophylle
La couleur de l'océan dépend de la façon dont la lumière du soleil interagit avec ce qui se trouve dans l'eau. Seules les molécules d'eau absorbent presque toute la lumière du soleil, à l'exception de la partie bleue du spectre - elle est réfléchie. Par conséquent, les zones relativement stériles de l'océan ouvert apparaissent d'un bleu profond depuis l'espace. S'il y a des organismes dans l'océan, ils peuvent absorber et réfléchir des ondes lumineuses de différentes longueurs, en fonction de leurs propriétés individuelles.
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Le phytoplancton, par exemple, contient de la chlorophylle, un pigment qui absorbe principalement les parties bleues de la lumière du soleil, produisant du carbone pour la photosynthèse et, dans une moindre mesure, des parties vertes. En conséquence, plus de lumière verte est réfléchie par l'océan, ce qui donne aux zones riches en algues une teinte verdâtre.
Depuis la fin des années 1990, les satellites mesurent en permanence la couleur de l'océan. Les scientifiques ont utilisé ces mesures pour obtenir la quantité de chlorophylle et, par extension, de phytoplancton dans une zone spécifique de l'océan. Mais Datkevich dit que la chlorophylle ne reflétera pas nécessairement un signal sensible du changement climatique. Toute fluctuation importante de la chlorophylle pourrait bien être causée par le réchauffement climatique, mais aussi par la «variabilité naturelle», des sauts périodiques normaux de la chlorophylle dus à des phénomènes naturels liés aux conditions météorologiques.
«Un événement El Niño ou La Niña entraînera de très grands changements dans la chlorophylle car il modifie la quantité de nutriments entrant dans le système», explique Datkevich. "Avec ces grands changements naturels qui se produisent toutes les quelques années, il est difficile de voir si le changement climatique changera rien qu'en regardant la chlorophylle."
Simulation de la lumière de l'océan
Plutôt que de regarder les estimations de chlorophylle obtenues, l'équipe s'est demandé s'il y avait un signal clair sur l'impact du changement climatique sur le phytoplancton en ne regardant que les mesures satellitaires de la lumière réfléchie.
L'équipe a affiné un modèle informatique qu'elle a utilisé dans le passé pour prédire les changements du phytoplancton à mesure que la température des océans augmente et s'acidifie. Ce modèle prend des informations sur le phytoplancton, telles que sa consommation alimentaire et son mode de croissance, et incorpore ces informations dans un modèle physique qui démontre les courants océaniques et leur mélange.
Cette fois, cependant, les scientifiques ont ajouté un nouvel élément au modèle qui n'a pas été incorporé dans d'autres méthodes de modélisation océanique: la capacité d'estimer des longueurs d'onde spécifiques de la lumière qui sont absorbées et réfléchies par l'océan, en fonction du nombre et du type d'organismes dans une région particulière.
«La lumière du soleil frappe l'océan, et tout ce qui se trouve dans l'océan l'absorbe comme la chlorophylle», dit Datkevich. «D'autres choses vont l'absorber ou la dissiper. Il est donc difficile de déterminer comment la lumière se reflétera sur l'océan et lui donnera de la couleur.
Il s'est avéré que le modèle des scientifiques peut être utilisé pour prédire la couleur de l'océan lorsque les conditions environnementales changent à l'avenir. Et la meilleure chose à ce sujet est qu'il peut être utilisé en laboratoire.
Signal dans les tons bleu-vert
Lorsque les scientifiques ont ajouté les températures mondiales au modèle et les ont augmentées de 3 degrés d'ici 2100 - la plupart des scientifiques prédisent si aucune mesure n'est prise pour réduire les émissions de gaz à effet de serre - ils ont constaté que les longueurs d'onde de la lumière dans les parties bleue et verte du spectre répondaient le plus rapidement. …
De plus, cette forme d'onde bleu-vert montre un signal très clair, ou un changement, associé au changement climatique: le changement se produit plus tôt que prévu lorsque les scientifiques ont examiné la chlorophylle.
«La chlorophylle change, mais vous ne pouvez pas la voir à cause de l'incroyable variabilité naturelle», explique Datkevich. «Cependant, vous pouvez voir un changement climatique important dans certaines de ces bandes d'ondes dans le signal envoyé aux satellites. C'est donc là que nous devons rechercher le vrai signal des changements dans les mesures satellitaires. »
Selon le modèle des scientifiques, le changement climatique modifie déjà la composition du phytoplancton, et donc la couleur des océans. D'ici la fin du siècle, notre planète bleue changera radicalement.
«D'ici la fin du 21e siècle, il y aura un changement notable de la couleur de 50% des océans. Le changement sera assez important. Différents types de phytoplancton absorbent la lumière de différentes manières, et si le changement climatique déplace une communauté de phytoplancton vers une autre, il modifiera également les types de réseaux trophiques qu'ils peuvent soutenir.
Ilya Khel
