Hur kan snötäcket på Himalaya påverka de arter som trivs i Arabiska havet? Hur kan förändringar i vindhastighet och luftfuktighet leda till mat och nationella säkerhetsproblem tusen kilometer bort? Joaquim Goes, Helga do Rosario Gomes, och kollegor på två kontinenter har ägnat de senaste två decennierna åt att försöka avkoda dessa gåtor.

Historien börjar i början av 2000 -talet, vid den tidpunkt då NASA:s Aqua -satellit lanserades. Går, specialist på fjärranalys av havet, undersökte data från SeaWiFS och Aqua. Han fokuserade på klorofyll-a, ett pigment som används av havets växtplankton (och växter världen över) för att utnyttja solljus och förvandla det till matenergi. Han fokuserade på observationer av växtplanktonpopulationer i Arabiska havet under sommarmonsunen, men av en slump tittade han på vinterdata. Det fanns mycket mer klorofyll-a än någon rimligen borde förvänta sig.

Först trodde Goes att det var ett fel. Men under det kommande decenniet, rapporter om ökande alger och minskande fiskfångster kom från kollegor i södra Asien. Goes and Gomes gjorde flera havsgående expeditioner och såg det själva:Arabiska havet myllrade av Noctiluca scintillans, en organism som knappt rapporterats i regionen under tidigare vintrar.

Bilden ovan visar en blomning av Noctiluca scintillans 2019, som observerats av NOAA-NASA Suomi NPP-satelliten. Den flytande, mikroskopiska organismer är dinoflagellater som lever i ett symbiotiskt förhållande med gröna algceller. Som havsfytoplankton, Noctiluca scintillans kan föröka sig snabbt under rätt förhållanden. (Noctiluca trivs ofta i "hypoxiska" vatten med låg syrehalt.) Drivande med strömmar, de samlas i stora massor nära ytan. I processen, de kan tömma syre i havet, tävla med andra växtplankton om näringsämnen eller konsumera dem för mat, och kväva små zooplankton -rovdjur i hypoxiska "döda zoner".

"De förändringar vi har sett i ekosystemet i Arabiska havet är bland de snabbaste av alla oceaniska vattenkroppar på vår planet, "sa Goes, en forskare vid Lamont-Doherty Earth Observatory. "Havets livsmiljö förändras, och det är kortslutande i näringskedjan. "

Hur och varför Noctiluca har blommat i Arabiska havet är en komplicerad berättelse om sammankopplingar mellan jordsystem och de oväntade krusningar som sprids från global uppvärmning.

Genom mänsklighetens historia, Arabiska havet har påverkats starkt av monsunvindar som säsongens omvända riktning och ändrar havsströmmarnas riktning. Under vintrarna tidigare, lufttemperaturer över Himalaya-tibetanska platån och södra Asien skulle sjunka betydligt och orsaka torrhet, nordöstra vindar för att blåsa ut över Arabiska havet. I tur och ordning, kylningen av ytvattnet och förändringar i densitet skulle sprida sig genom vattenspelaren, flytta pyknoklinen - där vattentätheten ändras på grund av salthalt och/eller temperatur - upp och ner. Djupet av detta havsskikt påverkar hur näringsämnen väl upp från djupet och ger näring åt växtplankton.

Dessa vinterskift i strömmar och näringstillgänglighet när de en gång drev blommor av kiselalger, en annan typ av växtplankton. Kiselalgerna var en viktig länk i en havskedja som matade copepods och finfiskar under vintern och, i sista hand, människor som fångat den fisken.

Men med global uppvärmning de senaste decennierna, mindre snötäcke har fallit och ackumulerats på Himalaya-tibetanska platån och mer snö och is har smält. Temperaturerna över höglandet och låglandet har stigit, liksom fuktigheten. Under de senaste två decennierna har vintervindarna som blåser över Arabiska havet har blivit varmare, lugnare, och mer fuktigt. Som ett resultat, haven kisar mindre och det finns färre näringsämnen för kiselalger och de flesta andra växtplankton.

"Med lugnare och varmare vindar och vatten, det är mindre ventilation och blandning, "sa Helga do Rosario Gomes, en biologisk oceanograf, även på Lamont-Doherty. "Detta leder till mer skiktning och mindre nitratanrikning underifrån. I vissa fall, det orsakar hypoxi. "

Dessa förändringar har varit ganska perfekta för Noctiluca scintillans. Till skillnad från kiselalger, Noctiluca kan trivas när det finns färre upplösta näringsämnen i vattnet. Tomterna ovan visar de sammanfallande förändringarna från 1980 till 2018 i snötäckning över Himalaya-Tibetanska platån, djupet av det blandade lagret i Arabiska havet på vintern, and the concentration of chlorophyll-a (an indicator of phytoplankton). The "anomaly" plots show how much each year was above or below the long-term mean for each variable. Snow extent and the depth of the mixed layer have been steadily declining, while wintertime blooms have been increasing.

"The changes observed in the Arabian Sea are an example of potential ecosystem changes that are induced by climate change, " said Laura Lorenzoni, ocean biology and biogeochemistry program scientist for NASA. "As Earth warms, we can expect greater stratification in the ocean and the migration of species poleward. There will also be greater chances of harmful algal blooms and of some more resilient species outcompeting others and shifting the entire ecosystem structure."

Scientists have modeled and speculated for years that global warming could change the snow and ice cover on the Himalayas and the Tibetan Plateau and that the effects might ripple across the sea. The belief was that the Arabian Sea would become less productive from December to March. Istället, it has become more productive, but for an entirely different set of creatures.

"There are far less diatoms now, and so there is a clear loss of biodiversity, " said Gomes. "There used to be more copepods, sardines, kingfish, mackerel, and pelagic fish." The plankton and diatoms have been replaced by mats of Noctiluca scintillans and an over-abundance of jellyfish and salps. The finfish have been replaced by turtles, squid, and animals that can survive in lower oxygen environments.

In a 2020 research paper, Goes and Gomes used ocean color data from NASA and snow and ice cover data from the National Snow and Ice Data Center to piece the puzzle together. They found that winter chlorophyll-a in the Arabian Sea has been increasing steadily since the 1990s—as much as four times higher in some winters. Chlorophyll-a is a key pigment in ocean phytoplankton, including Noctiluca scintillans. The map above shows the trend—mostly increasing—in the Arabian Sea from 1996 to 2018.

The result is trouble for fisheries, particularly in a region with a lot of artisinal and subsistence fishing. "We are passing a tipping point, " said Goes. "The food chain has been turned upside down."

The changes are trouble for the people of the Middle East, eastern Africa, and southern Asia. An estimated 150 million people around the region rely on fishing for food and economic development. Yet the surplus of jellyfish and salps and the decrease in diatoms has depleted the food supply for edible fish."

"There will be cascading effects that will probably affect food availability for several countries in the region, " Goes said. "Noctiluca blooms, jellyfish, and salps are also posing huge challenges to desalination plants along the coast that supply freshwater to coastal Oman." Masses of jellyfish have been known to clog seawater intake pipes.

And the change to Noctiluca-dominated waters has an unusual ripple effect on national security. Noctiluca scintillans are bioluminescent:they glow when stimulated and this is especially visible at night. This trait can be used to track the movements of ships that churn up the plankton as they cruise. Sailors and pilots have been following such sparkling tracks for decades.

"There are many examples of phytoplankton running amok around the planet, " said Norman Kuring, a scientist in NASA's Ocean Biology Group. "The Baltic Sea has a new summertime normal of toxic cyanobacteria blooms. Green algae routinely clog the waters around China's Shandong Peninsula. Sargassum is becoming a real headache in the Caribbean. Lakes in the United States and globally are becoming increasingly eutrophic. There are troubling suggestions by respected scientists that our oceans may be headed towards a hypoxic, bacteria-dominated future."