Pacifik mění barvu. Vědci našli nečekanou stopu mikroplastů, kterou lze sledovat z vesmíru

Plastové znečištění oceánů má další, dosud málo prozkoumaný rozměr. Vědci zjistili, že hromadění drobných plastových částic může měnit způsob, jakým mořská voda odráží a rozptyluje sluneční světlo. Analýza dvaceti let družicových pozorování severního Tichého oceánu odhalila charakteristické zesvětlení vody v modré a zelené části světelného spektra, zejména v okolí Velké tichomořské odpadkové skvrny. Počítačové simulace následně ukázaly, že podobný optický obraz může vznikat při rostoucí koncentraci mikroplastů.

Oceán může o svém znečištění vypovídat způsobem, který na první pohled vůbec nemusí být patrný. Miliony drobných plastových částic rozptýlených ve vodním prostředí totiž ovlivňují nejen chemické a biologické procesy, ale také optické vlastnosti mořské vody. Právě tohoto jevu si všimli autoři nové studie The ocean’s color is changing near the Great Pacific Garbage Patch publikované 5. listopadu 2026 v odborném časopise Communications Earth & Environment vydavatelství Nature. Shea Cheatham, Daniel Koestner a Børge Hamre se zaměřili na oblast severního Pacifiku, kde se dlouhodobě hromadí plastový odpad unášený mořskými proudy.

Jejich výzkum se soustředil na Velkou tichomořskou odpadkovou skvrnu, známou pod anglickým označením Great Pacific Garbage Patch. Nachází se ve východní části severopacifického subtropického oceánského víru, rozsáhlého systému mořských proudů, který postupně soustřeďuje plovoucí materiál do rozsáhlé oblasti. Plastové předměty, jejich fragmenty a mikroskopické částice jsou zde rozptýleny v různých koncentracích na hladině i v horních vrstvách vodního sloupce.

Právě drobné částice představují pro výzkumníky mimořádně obtížný problém. Zatímco větší kusy plastů lze za určitých podmínek zachytit při průzkumu hladiny, mikroplasty se často pohybují ve vodě společně s přirozenými částicemi. Jejich koncentrace se navíc mění působením proudění, větru a dalších oceánských procesů. Získat reprezentativní obraz o jejich množství proto vyžaduje velké množství odběrů a následných laboratorních měření.

Dvacet let družicových záznamů odhalilo změnu barvy oceánu

Výzkumný tým využil tři rozsáhlé soubory družicových pozorování, které zachycují optické vlastnosti oceánu v období od srpna 2002 do září 2022. Šlo o data z přístroje MODIS na družici NASA Aqua, evropského programu ESA Climate Change Initiative a systému Copernicus GlobColour. Výhodou tohoto postupu bylo možnost porovnat dlouhodobé změny zachycené různými družicovými senzory a metodami zpracování.

Vědci sledovali oblast mezi 12. a 44. stupněm severní šířky a 125. a 155. stupněm západní délky. Pro analýzu ji rozdělili do prostorových buněk o rozměrech čtyři stupně zeměpisné šířky a pět stupňů zeměpisné délky. Každý měsíc pak vyhodnocovali změny takzvané spektrální odrazivosti oceánu.

Tento odborný pojem označuje podíl světla, které se po průchodu atmosférou a interakci s vodním prostředím vrací od hladiny směrem k družicovému senzoru. V angličtině se používá označení remote sensing reflectance, zkráceně Rrs. Její hodnoty se měří při různých vlnových délkách a umožňují získat informace o složení vody, množství planktonu a dalších opticky aktivních látek.

Pro pochopení výsledků je důležité, že různé složky mořské vody ovlivňují světlo odlišným způsobem. Některé vlnové délky pohlcují, jiné rozptylují. A právě zde se objevilo nejzajímavější zjištění. V oblasti Velké tichomořské odpadkové skvrny a jejím okolí vykazovala všechna tři datová soustředění území se současným nárůstem odrazivosti v modré a zelené části spektra. Kombinace těchto změn vytváří charakteristický azurový odstín, tedy barvu vznikající spojením modré a zelené.

Výzkumníci přitom nehodnotili pouze vizuální rozdíly mezi jednotlivými snímky. Statistickou významnost dlouhodobých trendů ověřovali také pomocí sezónního Mannova-Kendallova testu a metody opakovaného náhodného vzorkování časových řad. Pro každý prostorový bod a spektrální pásmo vytvořili 10 000 syntetických časových řad, aby posoudili, zda zjištěný trend není výsledkem přirozeného meziročního kolísání.

Za statisticky významné považovali výsledky s hodnotou p nižší než 0,01. Současně požadovali, aby alespoň 90 % vytvořených modelových časových řad vykazovalo pozitivní trend a aby jeho velikost překračovala stanovenou hranici nejistoty měření.

Mikroplasty rozptylují světlo jinak než přirozené částice

Proč by právě plastové částice mohly způsobovat takovou změnu barvy? Odpověď souvisí s jejich optickými vlastnostmi. Mikroplasty představují drobné pevné částice, které mohou ve vodě přetrvávat a pohybovat se společně s dalšími suspendovanými materiály. Podle velikosti, tvaru a materiálového složení různě ovlivňují průchod světla vodním prostředím.

Vědci proto využili matematické modelování přenosu záření, které umožňuje simulovat, jak se světlo šíří atmosférou, dopadá na oceán a následně se vrací k družicovému senzoru. Do výpočtů zahrnuli také běžné nejistoty spojené s atmosférickou korekcí a vlastnostmi družicových přístrojů. Tyto nejistoty mohou u družicového stanovení spektrální odrazivosti dosahovat přibližně 5 %.

Pro simulace připravili 100 modelových situací odpovídajících podmínkám otevřeného oceánu. Do nich postupně přidávali 10 různých koncentrací drobných mikroplastů v rozmezí od jednoho do 200 miligramů na m³. Celkem tak vzniklo 1 100 simulací, na jejichž základě mohli posoudit, jak se mění zaznamenané světelné záření při různém množství plastových částic. Výsledky ukázaly, že nejvýraznější příspěvek mikroplastů k zesvětlení oceánu se objevuje při vlnové délce kolem 490 nanometrů, která odpovídá modrozelené oblasti viditelného spektra.

Více než 124 tisíc simulací pomohlo oddělit vliv plastů od přírody

Samotné zjištění, že mikroplasty dokážou měnit odrazivost oceánu, ještě neznamená, že jsou skutečnou příčinou všech pozorovaných změn. Barvu mořské vody totiž ovlivňuje celá řada přirozených složek. Mezi nejvýznamnější patří fytoplankton, rozpuštěné organické látky a minerální či organické částice rozptýlené ve vodě.

Výzkumníci proto připravili další rozsáhlou sadu modelových výpočtů. Zkoumali v nich nejen přítomnost mikroplastů, ale také změny koncentrace přirozených suspendovaných částic a barevných rozpuštěných organických látek, pro které se používá zkratka CDOM. Tyto látky vznikají například rozkladem organického materiálu a výrazně pohlcují světlo zejména v modré části spektra.

Dále proměňovali zastoupení různých skupin fytoplanktonu. Ten představuje základní součást mořských potravních řetězců a prostřednictvím fotosyntézy ovlivňuje množství pigmentů ve vodě. Jeho složení a koncentrace proto mohou výrazně měnit spektrální charakteristiku oceánu.

Celkem vzniklo 500 modelových spekter, v nichž se měnily koncentrace a složení jednotlivých opticky aktivních složek. Porovnáním všech jejich vzájemných kombinací získali 124 750 různých scénářů změn odrazivosti. Výsledek byl pozoruhodný. Při zahrnutí mikroplastů odpovídalo azurovému zesvětlení 13 % všech simulovaných scénářů zesvětlení. Pokud byly mikroplasty z modelu odstraněny a výpočty pracovaly pouze s přirozenými složkami oceánu, podíl klesl na 3 %.

Přítomnost mikroplastů tedy zvýšila pravděpodobnost vzniku charakteristického azurového spektra více než čtyřnásobně. Vědci zároveň zjistili, že pokud by podobné zbarvení mělo vzniknout výhradně působením přirozených procesů, vyžadovalo by poměrně výrazné změny v mořském ekosystému.

Co může družicový signál prozradit o množství plastů

Zvláštní pozornost si zaslouží také porovnání výsledků modelování s dřívějšími měřeními přímo v oceánu. Autoři připomínají průzkum Velké tichomořské odpadkové skvrny z roku 2016, při němž byly při odběrech povrchové vody zaznamenány maximální koncentrace větších mikroplastových částic přesahující 17 miligramů na metr krychlový.

Tato hodnota je zajímavá ve vztahu k modelované citlivosti družicového pozorování. Je však nutné upozornit, že nejde o přímo srovnatelné údaje. Měření z roku 2016 se týkalo plastových částic o velikosti přibližně 0,5 až 5 milimetrů, zatímco nová studie modelovala především menší částice do velikosti 300 mikrometrů.

Vědci na základě družicových dat a modelovaných optických vlastností rovněž vypočítali, jakému nárůstu koncentrace mikroplastů by odpovídalo zesvětlení v jednom z nejvýraznějších sledovaných míst. Při předpokladu, že by celý pozorovaný nárůst odrazivosti způsobovaly mikroplasty, by mezi lety 2002 a 2022 odpovídal jejich přírůstek přibližně 14 miligramům na metr krychlový podle dat MODIS, 25 miligramům podle GlobColour a 11 miligramům podle evropského datového produktu CCI.

Jde ovšem o modelové odhady, nikoli o přímo naměřený nárůst koncentrace plastů. Výsledky navíc ukazují, že jednotlivé družicové produkty se v některých oblastech výrazně liší. Rozdíly souvisejí například se způsobem atmosférické korekce, slučováním dat z různých senzorů a také s dlouhodobým technickým vývojem přístrojů.

Od laboratorních odběrů k monitorování oceánů z vesmíru

Potenciál nové metody je značný, zejména pokud se podaří její výsledky potvrdit přímými měřeními. Družice dokážou sledovat rozsáhlé oceánské oblasti opakovaně a poskytovat časové řady, které by bylo prostřednictvím lodních expedic velmi obtížné získat. Mohly by tak pomáhat vyhledávat místa s rostoucí koncentrací mikroplastů a sledovat jejich prostorové rozložení.

Autoři ovšem zdůrazňují, že zatím nejde o přímou detekci plastových částic z vesmíru. Družicový senzor nedokáže jednotlivé mikroplasty rozpoznat ani určit jejich materiálové složení. Zachycuje pouze změny světelného signálu, které mohou s jejich přítomností souviset. K potvrzení příčinné souvislosti budou zapotřebí další výzkumy, zejména současné odběry vody, měření optických vlastností a laboratorní analýzy částic v různých hloubkách vodního sloupce.

Významnou komplikací zůstává také skutečnost, že některé další přírodní materiály mohou světlo rozptylovat podobným způsobem. Patří mezi ně například minerální prach nebo uhličitanové částice vznikající při růstu některých mořských mikroorganismů. Jejich vliv je proto nutné při vyhodnocování družicových záznamů zohledňovat. Výzkum přesto přináší důležitý poznatek. Ukazuje, že dlouhodobé změny optických vlastností oceánu mohou obsahovat informace o hromadění znečištění.

Obrázek: vytvořen pomocí AI