Des scientifiques du MIT et du National Oceanography Center au Royaume-Uni ont découvert que 56 % des océans de la planète ont changé de couleur de manière significative au cours des 20 dernières années en raison du changement climatique induit par l’homme. Ces changements de couleur, en particulier dans les régions tropicales équatoriales, sont révélateurs de l’évolution des écosystèmes marins. L’étude suggère également que la surveillance des couleurs des océans pourrait constituer une méthode plus précise de détection de ces changements.
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Les changements de couleur des océans reflètent des changements significatifs dans les écosystèmes marins essentiels.
La couleur des océans a changé de manière significative au cours des 20 dernières années, et la tendance globale est probablement une conséquence du changement climatique induit par l’homme, rapportent des scientifiques du MIT, du National Oceanography Center au Royaume-Uni et d’ailleurs.
Dans une étude publiée le 12 juillet dans la revue Nature, l’équipe écrit qu’elle a détecté des changements dans la couleur des océans au cours des deux dernières décennies qui ne peuvent pas être expliqués par la seule variabilité naturelle d’une année sur l’autre. Ces changements de couleur, bien que subtils pour l’œil humain, se sont produits dans 56 % des océans du monde – une étendue plus grande que la superficie totale des terres émergées de la planète.
Les chercheurs ont notamment constaté que les régions océaniques tropicales proches de l’équateur sont devenues de plus en plus vertes au fil du temps. Le changement de couleur de l’océan indique que les écosystèmes de l’océan de surface doivent également changer, car la couleur de l’océan est le reflet littéral des organismes et des matériaux présents dans ses eaux.
Pour suivre l’évolution de la couleur des océans, les scientifiques ont analysé les mesures prises par le spectroradiomètre imageur à résolution moyenne (MODIS) à bord du satellite Aqua, qui surveille la couleur des océans depuis 21 ans. Crédit : NASA et Joshua Stevens, à partir de données Landsat de l’U.S. Geological Survey et de données MODIS de LANCE/EOSDIS Rapid Response.
À ce stade, les chercheurs ne peuvent pas dire exactement comment les écosystèmes marins se modifient pour refléter le changement de couleur. Mais ils sont sûrs d’une chose : le changement climatique induit par l’homme en est probablement la cause.
« Cela fait des années que je fais des simulations qui me disent que ces changements de couleur de l’océan vont se produire », explique Stephanie Dutkiewicz, coauteur de l’étude et chercheur principal au département des sciences de la terre, de l’atmosphère et des planètes du MIT et au Center for Global Change Science. « Le fait de le voir se produire réellement n’est pas surprenant, mais effrayant. Et ces changements sont cohérents avec les changements climatiques induits par l’homme ».
« Cela apporte une preuve supplémentaire de la façon dont les activités humaines affectent la vie sur Terre sur une vaste étendue spatiale », ajoute l’auteur principal, B. B. Cael PhD ’19, du National Oceanography Center de Southampton, au Royaume-Uni.
Les coauteurs de l’étude sont Stephanie Henson du National Oceanography Center, Kelsey Bisson de l’Oregon State University et Emmanuel Boss de l’Université du Maine.
Au-dessus du bruit
La couleur de l’océan est un produit visuel de ce qui se trouve dans ses couches supérieures. En général, les eaux d’un bleu profond reflètent très peu de vie, tandis que les eaux plus vertes indiquent la présence d’écosystèmes, et principalement de phytoplancton – des microbes ressemblant à des plantes qui sont abondants dans les couches supérieures de l’océan et qui contiennent la chlorophylle, un pigment vert. Ce pigment aide le plancton à capter la lumière du soleil, qu’il utilise pour capturer le dioxyde de carbone de l’atmosphère et le convertir en sucres.
Le phytoplancton est à la base du réseau alimentaire marin qui soutient des organismes de plus en plus complexes, jusqu’au krill, aux poissons, aux oiseaux de mer et aux mammifères marins. Le phytoplancton joue également un rôle important dans la capacité des océans à capturer et à stocker le dioxyde de carbone. Les scientifiques souhaitent donc surveiller le phytoplancton à la surface des océans et voir comment ces communautés essentielles pourraient réagir au changement climatique. Pour ce faire, les scientifiques ont suivi l’évolution de la chlorophylle, basée sur le rapport entre la quantité de lumière bleue et la quantité de lumière verte réfléchie par la surface de l’océan, qui peut être surveillée depuis l’espace.
Mais il y a une dizaine d’années, Henson, qui est l’un des coauteurs de l’étude actuelle, a publié avec d’autres un article qui montrait que, si les scientifiques ne suivaient que la chlorophylle, il faudrait au moins 30 ans de surveillance continue pour détecter une quelconque tendance due spécifiquement au changement climatique. Selon l’équipe, la raison en est que les variations naturelles importantes de la chlorophylle d’une année à l’autre annuleraient toute influence anthropique sur les concentrations de chlorophylle. Il faudrait donc plusieurs décennies pour déceler un signal significatif, lié au changement climatique, parmi le bruit normal.
En 2019, Dutkiewicz et ses collègues ont publié un autre article, montrant à l’aide d’un nouveau modèle que la variation naturelle des autres couleurs de l’océan est beaucoup plus faible que celle de la chlorophylle. Par conséquent, tout signal de changement induit par le changement climatique devrait être plus facile à détecter par rapport aux variations normales, plus faibles, des autres couleurs de l’océan. Ils ont prédit que de tels changements devraient être apparents au bout de 20 ans, plutôt que 30 ans de surveillance.
« Je me suis donc demandé s’il n’était pas plus logique de chercher une tendance dans toutes ces autres couleurs, plutôt que dans la chlorophylle seule. explique Cael. « Cela vaut la peine d’examiner l’ensemble du spectre, plutôt que d’essayer d’estimer un chiffre à partir de parties du spectre.
La puissance sept
Dans l’étude actuelle, Cael et son équipe ont analysé les mesures de la couleur des océans prises par le spectroradiomètre imageur à résolution moyenne (MODIS) à bord du satellite Aqua, qui surveille la couleur des océans depuis 21 ans. Le MODIS prend des mesures dans sept longueurs d’onde visibles, y compris les deux couleurs que les chercheurs utilisent traditionnellement pour estimer la chlorophylle.
Les différences de couleur relevées par le satellite sont trop subtiles pour que l’œil humain puisse les distinguer. Une grande partie de l’océan apparaît bleue à notre œil, alors que la couleur réelle peut contenir un mélange de longueurs d’onde plus subtiles, allant du bleu au vert et même au rouge.
Cael a effectué une analyse statistique en utilisant les sept couleurs de l’océan mesurées par le satellite entre 2002 et 2022. Il a d’abord observé les variations des sept couleurs d’une région à l’autre au cours d’une année donnée, ce qui lui a donné une idée de leurs variations naturelles. Il a ensuite fait un zoom arrière pour voir comment ces variations annuelles de la couleur de l’océan ont évolué sur une période plus longue de deux décennies. Cette analyse a permis de dégager une tendance claire, supérieure à la variabilité normale d’une année à l’autre.
Pour déterminer si cette tendance est liée au changement climatique, il s’est ensuite penché sur le modèle de Dutkiewicz datant de 2019. Ce modèle simule les océans de la Terre selon deux scénarios : l’un avec l’ajout de gaz à effet de serre, l’autre sans. Le modèle des gaz à effet de serre prédit qu’une tendance significative devrait apparaître d’ici 20 ans et que cette tendance devrait entraîner des modifications de la couleur des océans dans environ 50 % des océans de surface du monde – presque exactement ce que Cael a trouvé dans son analyse des données satellitaires du monde réel.
« Cela suggère que les tendances que nous observons ne sont pas une variation aléatoire du système terrestre », explique M. Cael. « Cela est cohérent avec le changement climatique anthropogénique.
Les résultats de l’équipe montrent que la surveillance des couleurs de l’océan au-delà de la chlorophylle pourrait donner aux scientifiques un moyen plus clair et plus rapide de détecter les changements des écosystèmes marins induits par le changement climatique.
« La couleur des océans a changé », déclare M. Dutkiewicz. « Nous ne pouvons pas dire comment. Mais nous pouvons dire que les changements de couleur reflètent des changements dans les communautés de plancton, ce qui aura un impact sur tout ce qui se nourrit de plancton. Cela aura également un impact sur la quantité de carbone absorbée par l’océan, car les différents types de plancton ont des capacités différentes à cet égard. Nous espérons donc que les gens prendront cette question au sérieux. Les modèles ne sont pas les seuls à prédire ces changements. Nous pouvons maintenant les voir se produire, et l’océan est en train de changer ».
Référence : « Global climate-change trends detected in indicators of ocean ecology » par B. B. Cael, Kelsey Bisson, Emmanuel Boss, Stephanie Dutkiewicz et Stephanie Henson, 12 juillet 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-06321-z
Cette recherche a été soutenue, en partie, par la NASA.