Forskare ledda av Princeton University undersökte en rad möjliga klimatrelaterade effekter på havet för att förutsäga när dessa effekter sannolikt kommer att inträffa. Vissa effekter - som havstemperaturhöjning och försurning - har redan börjat medan andra, som förändringar i mikrobiell produktivitet, som fungerar som basen för det marina näringsnätet, kommer att hända under nästa århundrade. Bilder från NASA EarthData visar havets färg, en indikator på mikrobiell produktivitet. Kredit:NASA
Havstemperaturen och havsförsurningen har stigit under de senaste tre decennierna till nivåer utöver vad som förväntas enbart på grund av naturlig variation, en ny studie ledd av Princeton-forskare finner. Samtidigt andra effekter från klimatförändringar, såsom förändringar i aktiviteten hos havsmikrober som reglerar jordens kol- och syrecykler, kommer att ta flera decennier till ett sekel innan den dyker upp. Rapporten publicerades den 19 augusti online i tidskriften Naturens klimatförändringar .
Studien tittade på fysiska och kemiska förändringar i havet som är förknippade med stigande atmosfärisk koldioxid på grund av mänskliga aktiviteter. "Vi försökte ta itu med en viktig vetenskaplig fråga:När, varför och hur kommer viktiga förändringar att bli upptäckbara över de normala variationer som vi förväntar oss att se i det globala havet?" sa Sarah Schlunegger, en postdoktoral forskarassistent vid Princeton University's Program in Atmospheric and Oceanic Sciences (AOS).
Studien bekräftar att resultat kopplade direkt till eskaleringen av atmosfärisk koldioxid redan har dykt upp i det befintliga 30-åriga observationsrekordet. Dessa inkluderar uppvärmning av havsytan, försurning och ökningar i den hastighet med vilken havet tar bort koldioxid från atmosfären.
I kontrast, processer som är indirekt knutna till ökningen av atmosfärisk koldioxid genom den gradvisa förändringen av klimatet och havscirkulationen kommer att ta längre tid, från tre decennier till mer än ett sekel. Dessa inkluderar förändringar i blandning av övre oceaner, näringstillförsel, och cirkulationen av kol genom marina växter och djur.
"Det som är nytt med den här studien är att den ger en specifik tidsram för när havsförändringar kommer att inträffa, sa Jorge Sarmiento, George J. Magee professor i geovetenskap och geologisk teknik, Emeritus. "Vissa förändringar kommer att ta lång tid medan andra redan kan upptäckas."
Havet tillhandahåller en klimattjänst till planeten genom att absorbera överskottsvärme och kol från atmosfären, och därmed sakta ner takten i stigande globala temperaturer, sa Schlunegger. Denna tjänst, dock, kommer med en påföljd – nämligen havsförsurning och havsuppvärmning, som förändrar hur kol cirkulerar genom havet och påverkar marina ekosystem.
Försurning och havsuppvärmning kan skada de mikrobiella marina organismerna som fungerar som basen i det marina näringsnätet som matar fiske och korallrev, producera syre och bidra till att koldioxidhalten i atmosfären minskar.
Studien syftade till att sålla bort havsförändringar kopplade till mänskligt skapade klimatförändringar från förändringar på grund av naturliga variationer. Naturliga fluktuationer i klimatet kan dölja förändringar i havet, så forskare tittade på när förändringarna skulle bli så dramatiska att de skulle sticka ut över den naturliga variationen.
Klimatforskningen delas ofta in i två kategorier, modellering och observationer – de forskare som analyserar observationer av den verkliga jorden, och de som använder modeller för att förutsäga vilka förändringar som kommer. Den här studien utnyttjar förutsägelserna från klimatmodeller för att informera observationsansträngningar om vilka förändringar som är sannolika, och var och när man ska leta efter dem, sa Schlunegger.
Forskarna genomförde modellering som simulerar potentiella framtida klimattillstånd som kan bli resultatet av en kombination av mänskligt skapade klimatförändringar och slumpmässiga slumpen. Dessa experiment utfördes med Earth System Model, en klimatmodell som har en interaktiv kolcykel, så att förändringar i klimatet och kolkretsloppet kan beaktas parallellt.
Användningen av jordsystemmodellen underlättades av John Dunne, som leder havskolmodelleringsaktiviteter vid National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) Geophysical Fluid Dynamics Laboratory i Princeton. Princeton-teamet inkluderade Richard Slater, senior jordsystemsmodellerare i AOS; Keith Rodgers, en AOS forskning oceanograf nu vid Pusan National University i Sydkorea; och Jorge Sarmiento, George J. Magee professor i geovetenskap och geologisk teknik, Emeritus. I laget ingick även Thomas Frölicher, en professor vid universitetet i Bern och en före detta postdoktor vid Princeton, och Masao Ishii från Japan Meteorological Agency.
Upptäckten av en 30- till 100-årig försening i uppkomsten av effekter tyder på att havobservationsprogram bör upprätthållas i många decennier in i framtiden för att effektivt övervaka förändringarna som sker i havet. Studien indikerar också att detekterbarheten av vissa förändringar i havet skulle gynnas av förbättringar av den nuvarande observationsprovtagningsstrategin. Dessa inkluderar att titta djupare ner i havet efter förändringar i växtplankton, och fånga förändringar både sommar och vinter, snarare än bara det årliga medelvärdet, för utbyte av koldioxid mellan havet och atmosfären.
"Våra resultat indikerar att många typer av observationsinsatser är avgörande för vår förståelse av vår föränderliga planet och vår förmåga att upptäcka förändring, " sa Schlunegger. Dessa inkluderar tidsserier eller permanenta platser för kontinuerlig mätning, såväl som regionala provtagningsprogram och globala fjärranalysplattformar.
Studien, "Uppkomsten av antropogena signaler i havets kolcykel, " publicerades i Naturens klimatförändringar den 19 augusti, 2019.
