Цвет океана определяется тем, как свет взаимодействует с водой и ее содержимым. Океан кажется синим, потому что вода поглощает цвета в красном конце видимого светового спектра. Более синие компоненты солнечного света проходят насквозь и в основном отражаются обратно. Это придает океану его характерный синий цвет. Однако при определенных условиях океан может также стать зеленым или иметь другие цвета.
Фитопланктон, крошечные микроскопические растения, содержат хлорофилл, который придает им зеленоватый цвет. Когда популяции фитопланктона взрываются массовым цветением, поверхность океана приобретает зеленоватый оттенок. Вот почему прибрежные районы иногда кажутся зеленоватыми, особенно весной и летом, когда фитопланктон наиболее обилен. Сток с суши также может добавлять минералы, отложения и органические вещества, которые окрашивают океан в оттенки зеленого или коричневого цвета вблизи побережья.
Дальше в открытом океане популяции фитопланктона более редки, и вода сохраняет свой характерный глубокий синий цвет. Но повышение температуры океана, изменение климата, загрязнение и другие факторы меняют сообщества фитопланктона во всем мире. По мере изменения численности популяции меняется и цвет океана. Понимание факторов, которые вызывают цветение фитопланктона и влияют на цвет океана, дает представление о здоровье океана.
Молекулы воды естественным образом поглощают свет в красной части видимого спектра. Более длинные волны, соответствующие красным и оранжевым цветам, поглощаются, в то время как более короткие волны в сине-фиолетовом диапазоне проходят. Когда солнечный свет попадает в океан, красные компоненты выборочно удаляются, оставляя в основном синий свет, который отражается обратно. Это придает океану глубокий синий цвет.
Точный оттенок зависит от таких факторов, как:
Но хотя молекулы воды отвечают за присущую океану синеву, точный цвет, который мы видим, во многом зависит от состава воды. Свет взаимодействует с любыми частицами или организмами, взвешенными в воде, выборочно фильтруя длины волн. Различные регионы океана и морские сообщества создают вариации цвета океана.
Поверхность океана приобретает зеленые оттенки в первую очередь из-за плотных популяций фитопланктона. Эти микроскопические фотосинтезирующие организмы содержат хлорофилл, который сильно поглощает красный и синий свет, отражая зеленые длины волн. Когда происходит массовое цветение фитопланктона, поверхность океана становится зеленой или даже коричневатой из-за высокой концентрации организмов и пигментов.
Некоторые основные факторы, вызывающие зеленые воды океана:
Подъем глубинных вод приносит холодные, богатые питательными веществами воды из глубин океана на освещенные солнцем поверхностные слои. Это подпитывает взрывной рост фитопланктона, создавая зеленоватые воды. Основные регионы апвеллинга включают:
Насыщенная осадками, богатая питательными веществами пресная вода, впадающая в океан, создает благоприятные условия для цветения фитопланктона, часто видимого в виде зеленых шлейфов, простирающихся от устьев рек. Основные речные шлейфы включают:
Солнечный свет и питательные вещества подпитывают рост фитопланктона в мелководных прибрежных районах и на континентальных шельфах по всему миру. Балтийское море, Северное море и Восточно-Китайское море являются примерами зеленоватых прибрежных морей.
По мере таяния морского льда весной и летом в поверхностные воды попадают питательные вещества. Это вызывает цветение фитопланктона, которое проявляется в обширной зеленой окраске Северного Ледовитого и Южного океанов.
Железо является важным микроэлементом для роста фитопланктона. Добавление железа в бедные железом, но богатые питательными веществами регионы, такие как Южный океан, вызывает крупное цветение фитопланктона и окрашивает воду в зеленый цвет.
Фитопланктон — это разнообразные фотосинтетические микроводоросли, которые составляют основу морской пищевой сети. Различные группы фитопланктона влияют на цвет океана уникальным образом:
Эти одноклеточные водоросли заключены в богато украшенные кремниевые оболочки. Цветение диатомовых водорослей выглядит желтовато-коричневым и мутным.
Жгутиковые одноклеточные организмы, некоторые из которых вызывают красные приливы. Цветение динофлагеллятов варьируется от зеленоватого до коричневато-красного.
Водоросли с кальцитовыми пластинами, которые отражают свет, придавая цветению поразительный бирюзовый цвет.
Цианобактерии, которые образуют обширные цветения, окрашивая воду в яркий бирюзовый цвет.
Крошечные фотосинтезирующие бактерии, которые быстро размножаются, изменяя цвет воды на зеленовато-голубой.
Поскольку различный фитопланктон поднимается и опускается в зависимости от изменяющихся условий окружающей среды, они создают на поверхности океана разноцветную мозаику, которая меняется в зависимости от сезона. Мониторинг типов фитопланктона с использованием данных о цвете океана дает представление о морской экологии и биогеохимии.
Изменчивость и изменение климата оказывают глубокое влияние на океанические процессы, изменяя условия для роста фитопланктона и влияя на цвет океана:
Более теплые океаны испытывают усиленную стратификацию, уменьшая перемешивание и апвеллинг. Это ограничивает подачу питательных веществ для фитопланктона в некоторых регионах, уменьшая цветение и делая океаны более синими. Однако более теплые воды также усиливают метаболизм, потенциально подпитывая больший рост.
Изменение силы и направления ветра влияет на характер апвеллинга и циркуляции океана. Это может подавлять или усиливать подачу питательных веществ в поверхностные воды, что приводит к снижению или повышению концентрации фитопланктона.
Уменьшение площади морского льда в Арктике обнажает больше открытой воды, подпитывая массивное цветение фитопланктона, которое окрашивает воду в зеленый цвет. Увеличение талой воды также стабилизирует водную толщу, способствуя росту фитопланктона.
Более сильные различия в плотности между теплыми поверхностными и холодными глубинными водами уменьшают переворачивание и перемешивание. Это ограничивает обмен питательными веществами на поверхности, потенциально подавляя рост фитопланктона.
Повышение кислотности океана влияет на сообщества фитопланктона, делая их менее продуктивными в одних регионах, но способствуя росту в других. Изменения в сообществах изменяют региональные цвета океана.
Помимо изменения климата, прямое антропогенное давление, такое как чрезмерный вылов рыбы, загрязнение и развитие прибрежных районов, влияет на биологию океана и изменяет сообщества фитопланктона и цвет океана:
Сток сельскохозяйственных и канализационных вод обогащает прибрежные воды азотом и фосфором, подпитывая цветение фитопланктона и зеленея/бурея прибрежные воды.
Эрозия почвы из-за вырубки лесов, добычи полезных ископаемых и развития перемещает осадки в океан, увеличивая мутность и обесцвечивание.
Изъятие слишком большого количества рыбы истощает хищников в пищевой цепи, позволяя росту фитопланктона бесконтрольно расти, изменяя цвет океана.
Внедренные виды, такие как крабы и медузы, могут радикально изменить пищевые цепи, вызывая изменения в численности фитопланктона и цвете воды.
Нефтяные пятна и диспергаторы, используемые для их очистки, токсичны для многих видов фитопланктона. Это подавляет цветение, делая воду более прозрачной и синей локально.
Спутниковые датчики цвета океана имеют решающее значение для анализа тенденций цвета океана в различных временных масштабах:
| Спутник | Агентство | Продолжительность жизни |
|---|---|---|
| SeaWiFS | NASA | 1997-2010 |
| MODIS | NASA | 1999-настоящее время |
| MERIS | ESA | 2002-2012 |
| VIIRS | NASA/NOAA | 2011-настоящее время |
Эти датчики измеряют свет на нескольких длинах волн для получения хлорофилла и других параметров качества воды, используемых для изучения фитопланктона и определения цвета океана. Ученые также используют измерения на борту судна, швартовки и автономные транспортные средства для сбора подробных данных о пробах воды по фитопланктону и другим твердым частицам, влияющим на цвет океана. Понимание связей между компонентами в воде и цветом спутникового океана позволяет проводить глобальный анализ того, как меняются морские экосистемы.
Голубой цвет океана является результатом избирательного поглощения красных/оранжевых длин волн молекулами воды. Но изменения в популяциях фитопланктона и других твердых частицах изменяют это, создавая зеленый, коричневый и другие цвета. Изменение климата, загрязнение и другие антропогенные факторы изменяют сообщества фитопланктона, вызывая широкомасштабные изменения в цветовых моделях океана, обнаруженных спутниками. Отслеживание цвета океана дает представление о здоровье морских экосистем и о том, как они реагируют на глобальное давление. Постоянный спутниковый мониторинг в сочетании с отбором проб в воде имеет важное значение для диагностики изменений океана и информирования о стратегиях управления.