Como a cobertura de neve no Himalaia pode influenciar as espécies que prosperam no Mar da Arábia? Como as mudanças na velocidade do vento e na umidade podem levar a preocupações com alimentos e segurança nacional a mil quilômetros de distância? Joaquim Goes, Helga do Rosario Gomes, e colegas em dois continentes passaram as últimas duas décadas tentando decodificar esses enigmas.

A história começa no início dos anos 2000, na época em que o satélite Aqua da NASA foi lançado. Vai, um especialista em sensoriamento remoto do oceano, estava examinando dados do SeaWiFS e Aqua. Ele estava focado na clorofila-a, um pigmento usado pelo fitoplâncton do oceano (e plantas em todo o mundo) para aproveitar a luz solar e transformá-la em energia alimentar. Ele estava se concentrando em observações de populações de fitoplâncton no Mar da Arábia durante as monções de verão, mas por acaso ele olhou para os dados de inverno. Havia muito mais clorofila-a do que qualquer um poderia razoavelmente esperar.

A princípio, Goes achou que era um erro. Mas na próxima década, relatos de aumento de algas e diminuição da captura de peixes chegaram de colegas no sul da Ásia. Goes e Gomes fizeram várias expedições marítimas e viram por si próprios:O Mar da Arábia fervilhava de cintiladores de Noctiluca, um organismo que raramente foi relatado na região durante os invernos anteriores.

A imagem acima mostra uma flor de cintilãos Noctiluca em 2019, conforme observado pelo satélite NOAA-NASA Suomi NPP. O flutuante, organismos microscópicos são dinoflagelados que vivem em uma relação simbiótica com células de algas verdes. Como o fitoplâncton do oceano, Noctiluca scintillans pode se multiplicar rapidamente sob as condições certas. (Noctiluca costuma prosperar em águas "hipóxicas" com baixo teor de oxigênio.) Flutuando com as correntes, eles se agregam em grandes massas perto da superfície. No processo, eles podem esgotar o oxigênio do mar, competir com outro fitoplâncton por nutrientes ou consumi-los para alimentação, e sufocar pequenos predadores do zooplâncton em "zonas mortas" hipóxicas.

"As mudanças que vimos no ecossistema do Mar da Arábia estão entre as mais rápidas de qualquer corpo de água oceânico em nosso planeta, "disse Goes, um cientista do Observatório da Terra Lamont-Doherty. “O habitat do mar está mudando, e isso é um curto-circuito na cadeia alimentar. "

Como e por que a Noctiluca floresceu no Mar da Arábia é uma história complicada de interconexões entre os sistemas da Terra e as ondas inesperadas que se propagam com o aquecimento global.

Ao longo da história humana, o Mar da Arábia foi fortemente influenciado pelos ventos das monções que invertem a direção sazonalmente e mudam a direção das correntes oceânicas. Nos últimos invernos, a temperatura do ar sobre o planalto tibetano-Himalaia e no sul da Ásia cairia significativamente e causaria seca, ventos de nordeste soprando sobre o Mar da Arábia. Por sua vez, o resfriamento das águas superficiais e as mudanças na densidade se propagariam pela coluna d'água, movendo a picnoclina - onde a densidade da água muda devido à salinidade e / ou temperatura - para cima e para baixo. A profundidade dessa camada do oceano afeta como os nutrientes sobem das profundezas e alimentam o crescimento do fitoplâncton.

Essas mudanças de inverno nas correntes e na disponibilidade de nutrientes, uma vez que alimentaram a proliferação de diatomáceas, outro tipo de fitoplâncton. As diatomáceas eram um elo fundamental na cadeia alimentar do oceano que alimentava copépodes e peixes durante o inverno e, em última análise, humanos que pegaram esses peixes.

Mas com o aquecimento global nas últimas décadas, menos neve está caindo e se acumulando no planalto tibetano do Himalaia e mais neve e gelo derretendo. As temperaturas nas terras altas e baixas têm aumentado, assim como a umidade. Nas últimas duas décadas, os ventos de inverno soprando sobre o Mar da Arábia tornaram-se mais quentes, mais calmo, e mais úmido. Como resultado, os mares se agitam menos e há menos nutrientes para as diatomáceas e a maioria dos outros fitoplânctons.

"Com ventos e águas mais calmos e quentes, há menos ventilação e mistura, disse Helga do Rosario Gomes, um oceanógrafo biológico, também em Lamont-Doherty. "Isso leva a mais estratificação e menos enriquecimento de nitrato por baixo. Em alguns casos, está causando hipóxia. "

Essas mudanças foram quase perfeitas para os cintilãos de Noctiluca. Ao contrário das diatomáceas, Noctiluca pode prosperar quando há menos nutrientes dissolvidos na água. Os gráficos acima mostram as mudanças coincidentes de 1980 a 2018 na extensão da cobertura de neve sobre o Planalto Himalaia-Tibetano, a profundidade da camada mista do Mar da Arábia no inverno, e a concentração de clorofila-a (um indicador de fitoplâncton). 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. Em vez de, 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, Lula, 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."