Smrtonosno ozbiljno: kiseli oceani i što moramo učiniti

Marka J. Spaldinga, predsjednika The Ocean Foundation

Prošle sedmice sam bio u Montereyu, Kalifornija zbog 3. međunarodni simpozijum o okeanu u svijetu visokog CO2, što je bilo istovremeno sa BLUE Ocean Film Festival u susjednom hotelu (ali to je sasvim druga priča). Na simpozijumu sam se pridružio stotinama drugih učesnika u učenju o trenutnom stanju znanja i potencijalnim rešenjima za rešavanje efekata povišenog ugljen-dioksida (CO2) na zdravlje naših okeana i život u njima. Posljedice nazivamo zakiseljavanjem okeana jer pH našeg okeana postaje sve niži, a time i kiseliji, sa značajnom potencijalnom štetom po okeanske sisteme kakve poznajemo.

Ocean Acidification

Sastanak o visokom CO2012 2. bio je veliki skok u odnosu na 2. sastanak u Monaku 2008. godine. Preko 500 učesnika i 146 govornika, koji predstavljaju 37 nacija, okupilo se da razgovaraju o problemima. To je uključivalo prvo veće uključivanje socio-ekonomskih studija. I dok je primarni fokus i dalje bio na odgovorima organizama morskog života na zakiseljavanje okeana i šta to znači za okeanski sistem, svi su se složili da je naše znanje o efektima i potencijalnim rješenjima znatno napredovalo u posljednje četiri godine.

Sa svoje strane, sjedio sam u zaprepaštenju dok su naučnici jedan za drugim davali historiju nauke oko acidifikacije oceana (OA), informacije o trenutnom stanju naučnog znanja o OA i naše prve naznake specifičnosti ekosistema i ekonomskih posljedica toplijeg okeana koji je kiseliji i ima niži nivo kiseonika.

Kao što je rekao dr. Sam Dupont iz Centra za morske nauke Sven Lovén – Kristineberg, Švedska:

Šta znamo?

Zakiseljavanje okeana je stvarno
To dolazi direktno iz naših emisija ugljika
Događa se brzo
Uticaj je siguran
Izumiranja su izvjesna
To je već vidljivo u sistemima
Promjena će se dogoditi

Vruće, kiselo i bez daha simptomi su iste bolesti.

Naročito u kombinaciji s drugim bolestima, OA postaje velika prijetnja.

Možemo očekivati ​​mnogo varijabilnosti, kao i pozitivne i negativne efekte prenošenja.

Neke vrste će promijeniti ponašanje pod OA.

Znamo dovoljno da djelujemo

Znamo da dolazi veliki katastrofalan događaj

Znamo kako to spriječiti

Znamo šta ne znamo

Znamo šta treba da radimo (u nauci)

Znamo na šta ćemo se fokusirati (donošenje rješenja)

Ali, trebamo biti spremni na iznenađenja; tako smo potpuno poremetili sistem.

Dr. Dupont je zaključio svoje komentare fotografijom svoje dvoje djece snažnom i upečatljivom izjavom u dvije rečenice:

Ja nisam aktivista, ja sam naučnik. Ali, ja sam i odgovoran otac.

Prva jasna izjava da bi akumulacija CO2 u moru mogla imati “moguće katastrofalne biološke posljedice” objavljena je 1974. (Whitfield, M. 1974. Akumulacija fosilnog CO2 u atmosferi i moru). Nature 247:523-525.). Četiri godine kasnije, 1978. godine, uspostavljena je direktna veza fosilnih goriva sa detekcijom CO2 u okeanu. Između 1974. i 1980. godine, brojne studije su počele da pokazuju stvarnu promjenu alkalnosti okeana. I, konačno, 2004. godine, bauk acidifikacije oceana (OA) postao je prihvaćen od strane široke naučne zajednice i održan je prvi simpozijum o visokom CO2.

Sljedećeg proljeća, pomorski finansijeri su obaviješteni na svom godišnjem sastanku u Montereyu, uključujući obilazak terena kako bi vidjeli neka vrhunska istraživanja u Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI). Trebao bih napomenuti da je većinu nas trebalo podsjetiti šta znači pH skala, iako se činilo da se svi sjećaju da su koristili lakmus papir za testiranje tekućina u učionicama prirodnih nauka u srednjoj školi. Na sreću, stručnjaci su bili spremni da objasne da je pH skala od 0 do 14, pri čemu je 7 neutralno. Što je niži pH, znači nižu alkalnost ili veću kiselost.

U ovom trenutku, postalo je jasno da je rano interesovanje za pH okeana dalo neke konkretne rezultate. Imamo neke vjerodostojne naučne studije, koje nam govore da kako pH okeana opada, neke vrste će napredovati, neke će preživjeti, neke će biti zamijenjene, a mnoge će izumrijeti (očekivani rezultat je gubitak biodiverziteta, ali održavanje biomase). Ovaj široki zaključak rezultat je laboratorijskih eksperimenata, eksperimenata izlaganja na terenu, opservacija na lokacijama s prirodnim visokim sadržajem CO2 i studija fokusiranih na fosilne zapise iz prethodnih događaja OA u povijesti.

Šta znamo iz prošlih događaja zakiseljavanja okeana

Iako možemo vidjeti promjene u hemiji okeana i temperaturi površine mora u okeanu tokom nekih 200 godina od industrijske revolucije, moramo se vratiti u prošlost za kontrolno poređenje (ali ne previše unazad). Tako je pretkambrijsko razdoblje (prvih 7/8s Zemljine geološke povijesti) identificirano kao jedini dobar geološki analog (ako ni zbog čega drugog osim sličnih vrsta) i uključuje neke periode sa nižim pH. U ovim prethodnim periodima svijet je imao sličan visok CO2 s nižim pH, nižim nivoom kisika i toplijom temperaturom površine mora.

Međutim, u istorijskom zapisu nema ničega što bi bilo jednako našem trenutnu stopu promjene pH ili temperature.

Posljednji dramatični događaj acidifikacije oceana poznat je kao PETM, ili paleocen-eocenski termalni maksimum, koji se dogodio prije 55 miliona godina i predstavlja naše najbolje poređenje. Dogodilo se brzo (preko 2,000 godina) i trajalo je 50,000 godina. Imamo snažne podatke/dokaze za to – i stoga ga naučnici koriste kao naš najbolji dostupni analog za masovno oslobađanje ugljika.

Međutim, to nije savršen analog. Ova oslobađanja mjerimo u petagramima. PgC su petagrami ugljenika: 1 petagram = 1015 grama = 1 milijarda metričkih tona. PETM predstavlja period kada je 3,000 PgC oslobođeno tokom nekoliko hiljada godina. Ono što je važno je stopa promjene u posljednjih 270 godina (industrijska revolucija), jer smo upumpali 5,000 PgC ugljika u atmosferu naše planete. To znači da je tada oslobađanje bilo 1 PgC y-1 u poređenju sa industrijskom revolucijom, što je 9 PgC y-1. Ili, ako ste samo tip iz međunarodnog prava poput mene, ovo se prevodi u suštu stvarnost da je ono što smo uradili u nešto manje od tri stoljeća 10 puta gore nego što je uzrokovalo događaje izumiranja u okeanu u PETM-u.

Događaj zakiseljavanja okeana PETM izazvao je velike promjene u globalnim okeanskim sistemima, uključujući i neka izumiranja. Zanimljivo je da nauka pokazuje da je ukupna biomasa ostala ujednačena, uz cvjetanje dinoflagelata i slični događaji koji su nadoknadili gubitak drugih vrsta. Sveukupno, geološki zapisi pokazuju širok spektar posljedica: cvjetanje, izumiranje, promet, promjene kalcifikacije i patuljastost. Stoga, OA izaziva značajnu biotičku reakciju čak i kada je stopa promjene mnogo sporija od naše trenutne stope emisije ugljika. Ali, budući da je bilo mnogo sporije, „budućnost je neistražena teritorija u evolucionoj istoriji većine modernih organizama“.

Stoga će ovaj antropogeni događaj OA lako nadmašiti PETM po utjecaju. I, trebali bismo očekivati ​​promjene u načinu na koji se promjena dešava jer smo toliko poremetili sistem. Prijevod: Očekujte da ćete biti iznenađeni.

Odgovor ekosistema i vrsta

Zakiseljavanje okeana i promjena temperature imaju ugljični dioksid (CO2) kao pokretač. I, iako mogu da komuniciraju, ne rade paralelno. Promjene pH su linearnije, sa manjim odstupanjima i homogenije su u različitim geografskim prostorima. Temperatura je daleko varijabilnija, sa velikim odstupanjima, i značajno je prostorno varijabilna.

Temperatura je dominantan pokretač promjena u okeanu. Stoga nije iznenađenje da promjena uzrokuje promjenu u distribuciji vrsta u mjeri u kojoj se mogu prilagoditi. I moramo imati na umu da sve vrste imaju ograničenja u sposobnosti privikavanja. Naravno, neke vrste ostaju osjetljivije od drugih jer imaju uže granice temperature u kojima uspijevaju. I, kao i drugi stresori, ekstremne temperature povećavaju osjetljivost na efekte visokog CO2.

Put izgleda ovako:

CO2 emisije → OA → biofizički uticaj → gubitak usluga ekosistema (npr. greben umire i više ne zaustavlja olujne udare) → socio-ekonomski uticaj (kada olujni udar uništi gradski mol)

Napominjući istovremeno da potražnja za uslugama ekosistema raste sa rastom stanovništva i povećanjem prihoda (bogatstva).

Kako bi pogledali efekte, naučnici su ispitali različite scenarije ublažavanja (različite stope promjene pH vrijednosti) u poređenju sa održavanjem statusa quo koji rizikuje:

Pojednostavljenje raznovrsnosti (do 40%), a time i smanjenje kvaliteta ekosistema
Postoji mali ili nikakav uticaj na obilje
Prosječna veličina različitih vrsta se smanjuje za 50%
OA uzrokuje pomak od dominacije kalcifikatora (organizama čija je struktura formirana od materijala na bazi kalcija):

Nema nade za preživljavanje koralja koji u potpunosti zavise od vode pri određenom pH da bi preživjeli (a za korale s hladnom vodom, toplije temperature će pogoršati problem);
Gastropodi (morski puževi s tankom ljuskom) su najosetljiviji od mekušaca;
Postoji veliki utjecaj na vodene beskičmenjake koji nose egzoskelet, uključujući različite vrste mekušaca, rakova i bodljokožaca (mislimo na školjke, jastoge i ježeve)
Unutar ove kategorije vrsta, člankonošci (kao što su škampi) nisu tako loši, ali postoji jasan signal njihovog opadanja

Ostali beskičmenjaci se brže prilagođavaju (kao što su meduze ili crvi)
Riba, ne toliko, a ribe također možda nemaju gdje da migriraju (na primjer u JI Australiji)
Neki uspjeh za morske biljke koje mogu napredovati na potrošnji CO2
Neka evolucija se može dogoditi u relativno kratkim vremenskim razmjerima, što može značiti nadu
Evolucijsko spašavanje manje osjetljivih vrsta ili populacija unutar vrsta od trajne genetske varijacije za pH toleranciju (to možemo vidjeti iz eksperimenata o uzgoju; ili od novih mutacija (koje su rijetke))

Dakle, ostaje ključno pitanje: Koje vrste će biti pogođene OA? Imamo dobru ideju o odgovoru: školjkaši, rakovi, grabežljivci kalcifikatora i vrhunski grabežljivci općenito. Nije teško zamisliti koliko će ozbiljne financijske posljedice biti samo za industriju školjkaša, morskih plodova i ronilačkog turizma, a još manje za ostale u mreži dobavljača i usluga. I suočeni s ogromnošću problema, može biti teško fokusirati se na rješenja.

Kakav bi trebao biti naš odgovor

Povećanje CO2 je osnovni uzrok (bolesti) [ali kao i pušenje, vrlo je teško natjerati pušača da prestane]

Moramo liječiti simptome (visok krvni tlak, emfizem)
Moramo smanjiti druge stresore [smanjiti pijenje i prejedanje]

Smanjenje izvora zakiseljavanja oceana zahtijeva kontinuirane napore za smanjenje izvora na globalnoj i lokalnoj razini. Globalne emisije ugljičnog dioksida najveći su pokretač zakiseljavanja oceana u razmjerima svjetskog oceana, pa ih moramo smanjiti. Lokalni dodaci dušika i ugljika iz točkastih izvora, netačkastih izvora i prirodnih izvora mogu pogoršati efekte zakiseljavanja oceana stvaranjem uvjeta koji dodatno ubrzavaju smanjenje pH vrijednosti. Taloženje lokalnog zagađenja zraka (posebno ugljičnog dioksida, dušika i sumpornog oksida) također može doprinijeti smanjenom pH i zakiseljavanju. Lokalno djelovanje može pomoći u usporavanju ritma acidifikacije. Dakle, moramo kvantifikovati ključne antropogene i prirodne procese koji doprinose acidifikaciji.

Sljedeće su prioritetne, kratkoročne akcije za rješavanje acidifikacije oceana.

1. Brzo i značajno smanjiti globalne emisije ugljičnog dioksida kako bi ublažili i preokrenuli zakiseljavanje naših okeana.
2. Ograničiti ispuštanje hranljivih materija koje ulaze u morske vode iz malih i velikih kanalizacionih sistema na lokaciji, komunalnih postrojenja za otpadne vode i poljoprivrede, čime se ograničavaju faktori stresa na život u okeanu kako bi se podržala adaptacija i preživljavanje.
3. Implementirati efikasan monitoring čiste vode i najbolje prakse upravljanja, kao i revidirati postojeće i/ili usvojiti nove standarde kvaliteta vode kako bi bili relevantni za acidifikaciju okeana.
4. Istražiti selektivni uzgoj za toleranciju zakiseljavanja oceana kod školjki i drugih ranjivih morskih vrsta.
5. Identifikovati, pratiti i upravljati morskim vodama i vrstama u potencijalnim skloništima od zakiseljavanja okeana kako bi mogli izdržati istovremene stresove.
6. Razumjeti povezanost između kemijskih varijabli vode i proizvodnje školjki i opstanka u mrjestilištima iu prirodnom okruženju, promovirajući suradnju između naučnika, menadžera i uzgajivača školjki. I uspostavite kapacitet za upozorenje i reagovanje u hitnim slučajevima kada praćenje ukaže na skok u vodi sa niskim pH koji ugrožava osjetljivo stanište ili rad industrije školjkaša.
7. Obnovite morsku travu, mangrove, močvarnu travu itd. koja će uzeti i popraviti otopljeni ugljik u morskim vodama i lokalno spriječiti (ili usporiti) promjene pH vrijednosti tih morskih voda
8. Obrazovati javnost o problemu acidifikacije okeana i njegovim posljedicama na morske ekosisteme, ekonomiju i kulture

Dobra vijest je da je napredak postignut na svim ovim frontovima. Globalno, desetine hiljada ljudi rade na smanjenju emisija stakleničkih plinova (uključujući CO2) na međunarodnom, nacionalnom i lokalnom nivou (tačka 1). A, u SAD, tačka 8 je primarni fokus koalicije nevladinih organizacija koju koordiniraju naši prijatelji iz Ocean Conservancy. Za stavku 7, TOF domaćini vlastitim naporima da obnovimo oštećene livade morske trave. Ali, u uzbudljivom razvoju za stavke 2-7, radimo sa ključnim državnim donosiocima odluka u četiri obalne države na razvoju, dijeljenju i uvođenju zakona dizajniranih za rješavanje problema OA. Postojeći učinci zakiseljavanja oceana na školjke i drugi morski život u obalnim vodama Washingtona i Oregona inspirirali su akciju na više načina.

Svi govornici na konferenciji jasno su stavili do znanja da je potrebno više informacija - posebno o tome gdje se pH brzo mijenja, koje vrste će moći napredovati, preživjeti ili se prilagoditi, te o lokalnim i regionalnim strategijama koje funkcionišu. U isto vrijeme, lekcija je bila da, iako ne znamo sve što želimo da znamo o zakiseljavanju oceana, možemo i trebamo poduzeti korake da ublažimo njegove posljedice. Nastavićemo da radimo sa našim donatorima, savetnicima i drugim članovima TOF zajednice kako bismo podržali rešenja.