随着地球大气变暖，海洋也随之变暖。科学家们已经证明，海洋温度和二氧化碳水平的升高会对海洋生物造成压力。但是，麻省理工学院开发的一个新模型揭示了一个令人惊讶的结论：如果全球温度趋势持续下去，到本世纪末，任何给定海洋在本世纪初存在的一半浮游植物种群将消失，并被全新的浮游生物物种所取代。“这将对食物链产生影响，”麻省理工学院大气、海洋与气候项目首席研究科学家斯蒂芬妮·杜特凯维奇说。
气温上升将迫使各种海洋生物进行调整。微小的浮游植物是鱼类和其他海洋生物的主要食物来源，可能会随着某个海域温度的升高而消亡。最危险的是寒冷水域中的生物，它们缺乏适应温暖家园的韧性。理论上，浮游植物可能会进化以改变其身体化学成分，或者它们可能会迁移到其他地方，也许更靠近两极。无论哪种方式，如此巨大的变化都可能导致食物链上层的物种无法养活自己。
新模型没有具体说明浮游植物将如何反应，也没有说明哪些鱼类种群可能会繁荣或衰落，但它足够详细地表明，新的海洋条件可能会导致现在存在的浮游植物被广泛取代。杜特凯维奇的模型考虑了100种不同的浮游植物物种，而大多数其他模型只包括三到四种。“有了如此精细的分辨率，”杜特凯维奇说，“我们可以看到生态系统结构将发生多么显著的变化。”
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结果描绘了一幅复杂的图景。随着温度升高，许多浮游植物产生更多的后代。但是，深层冷水和温暖的表层水之间的混合减少了——这种现象被称为分层。浮游植物赖以生存的大部分营养物质都来自深层，因此混合减少意味着微生物的养分减少。低纬度海洋——已被认为是海洋沙漠——将为微生物提供更少的营养物质，从而为以它们为食的鱼类留下更少的食物。
杜特凯维奇说，在高纬度地区，较高的温度和较少的混合可能会迫使浮游植物更靠近水面，那里至少有一些营养物质可用。然而，顶层更多的阳光可能会再次改变微小生物的混合。“浮游植物的大小和类型差异很大，这会影响以它们为食的鱼类，”她说。
杜特凯维奇现在开始通过添加更多因素，例如变化的氮和铁水平，来增加模型的真实性。海洋酸化也是她清单上的重要一项——这种化学变量可能会改变浮游植物之间的竞争，其中一些浮游植物比其他浮游植物更能适应变化的pH值水平。仪表板上的任何这些旋钮都可能显著影响整个生态系统的命运。