Smrtelně vážně: Kyselé oceány a co musíme udělat

od Marka J. Spaldinga, prezidenta The Ocean Foundation

Minulý týden jsem byl v Monterey v Kalifornii 3. mezinárodní sympozium o oceánu ve světě s vysokým obsahem CO2, který byl současně s Filmový festival BLUE Ocean ve vedlejším hotelu (ale to je úplně jiný příběh). Na sympoziu jsem se připojil ke stovkám dalších účastníků, kteří se dozvěděli o současném stavu znalostí a potenciálních řešeních pro řešení účinků zvýšeného oxidu uhličitého (CO2) na zdraví našich oceánů a života v nich. Důsledkům říkáme okyselování oceánů, protože pH našeho oceánu je stále nižší, a tedy kyselejší, což může významně poškodit oceánské systémy, jak je známe.

Okyselení oceánů

Setkání s vysokými emisemi CO2012 v roce 2 bylo velkým skokem oproti druhému setkání v Monaku v roce 2. Sešlo se více než 2008 účastníků a 500 řečníků zastupujících 146 národů, aby prodiskutovali aktuální problémy. Zahrnovalo první velké zahrnutí socioekonomických studií. A přestože se hlavní pozornost stále soustředila na reakce mořských organismů na okyselení oceánů a na to, co to znamená pro oceánský systém, všichni se shodli, že naše znalosti o účincích a potenciálních řešeních za poslední čtyři roky značně pokročily.

Co se mě týče, seděl jsem v uchváceném úžasu, když jeden vědec za druhým podával historii vědy o acidifikaci oceánů (OA), informace o současném stavu vědeckých znalostí o OA a naše první tušení specifik o ekosystému a ekonomických důsledcích. teplejšího oceánu, který je kyselejší a má nižší hladinu kyslíku.

Jak řekl Dr. Sam Dupont z Centra Svena Lovéna pro mořské vědy – Kristineberg, Švédsko:

Co víme?

Okyselení oceánů je skutečné
Pochází přímo z našich uhlíkových emisí
Děje se to rychle
Dopad je jistý
Vymírání je jisté
V systémech už je to vidět
Ke změně dojde

Horké, kyselé a bez dechu jsou příznaky stejné nemoci.

Zejména v kombinaci s jinými nemocemi se OA stává velkou hrozbou.

Můžeme očekávat velkou variabilitu, stejně jako pozitivní a negativní přenosové efekty.

Některé druhy změní chování pod OA.

Víme dost, abychom mohli jednat

Víme, že se blíží velká katastrofická událost

Víme, jak tomu předejít

Víme, co nevíme

Víme, co musíme udělat (ve vědě)

Víme, na co se zaměříme (přinášíme řešení)

Ale měli bychom být připraveni na překvapení; tak jsme úplně narušili systém.

Dr. Dupont uzavřel své komentáře fotkou svých dvou dětí s mocným a úderným prohlášením o dvou větách:

Nejsem aktivista, jsem vědec. Ale jsem také zodpovědný otec.

První jasné prohlášení, že akumulace CO2 v moři by mohla mít „možné katastrofické biologické důsledky“, bylo zveřejněno v roce 1974 (Whitfield, M. 1974. Akumulace fosilního CO2 v atmosféře a v moři. Nature 247:523-525.). O čtyři roky později, v roce 1978, bylo prokázáno přímé spojení fosilních paliv s detekcí CO2 v oceánu. Mezi lety 1974 a 1980 začala řada studií prokazovat skutečnou změnu zásaditosti oceánů. A konečně, v roce 2004 se přízrak okyselování oceánů (OA) stal akceptován širokou vědeckou komunitou a konalo se první ze sympozií s vysokým obsahem CO2.

Příští jaro byli poskytovatelé mořských zdrojů informováni na jejich výročním setkání v Monterey, včetně exkurze do terénu, aby viděli některé špičkové výzkumy v Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI). Měl bych poznamenat, že většině z nás bylo třeba připomenout, co znamená stupnice pH, i když se zdálo, že si všichni pamatují použití lakmusového papírku k testování tekutin ve středoškolských učebnách přírodních věd. Naštěstí byli odborníci ochotni vysvětlit, že stupnice pH je od 0 do 14, přičemž 7 je neutrální. Čím nižší je pH, znamená to nižší zásaditost nebo vyšší kyselost.

V tomto okamžiku se ukázalo, že raný zájem o pH oceánu přinesl určité konkrétní výsledky. Máme několik důvěryhodných vědeckých studií, které nám říkají, že jak pH oceánu klesá, některé druhy budou prosperovat, některé přežijí, některé budou nahrazeny a mnohé vyhynou (očekávaným výsledkem je ztráta biodiverzity, ale zachování biomasy). Tento široký závěr je výsledkem laboratorních experimentů, expozičních experimentů v terénu, pozorování na místech s přirozeně vysokým obsahem CO2 a studií zaměřených na fosilní záznamy z předchozích událostí OA v historii.

Co víme z minulých událostí okyselování oceánů

I když můžeme za posledních 200 let od průmyslové revoluce pozorovat změny v chemickém složení oceánů a povrchové teplotě oceánů, musíme se pro srovnání kontroly vrátit dále v čase (ale ne příliš zpět). Takže předkambrické období (prvních 7/8 geologické historie Země) bylo identifikováno jako jediný dobrý geologický analog (pokud pro nic jiného než podobné druhy) a zahrnuje některá období s nižším pH. Tato předchozí období zažila podobný svět s vysokým obsahem CO2 s nižším pH, nižšími hladinami kyslíku a teplejšími teplotami mořského povrchu.

V historickém záznamu však není nic, co by se vyrovnalo našemu aktuální rychlost změny pH nebo teploty.

Poslední dramatická událost okyselení oceánu je známá jako PETM, neboli paleocén-eocénní tepelné maximum, ke kterému došlo před 55 miliony let a je naším nejlepším srovnáním. Stalo se to rychle (přes asi 2,000 let), trvalo to 50,000 XNUMX let. Máme pro to silná data/důkazy – a proto je vědci používají jako náš nejlepší dostupný analog pro masivní uvolňování uhlíku.

Není to však dokonalý analog. Tyto úniky měříme v petagramech. PgC jsou petagramy uhlíku: 1 petagram = 1015 gramů = 1 miliarda metrických tun. PETM představuje období, kdy bylo během několika tisíc let uvolněno 3,000 PgC. Důležitá je rychlost změny za posledních 270 let (průmyslová revoluce), kdy jsme do atmosféry naší planety napumpovali 5,000 PgC uhlíku. To znamená, že vydání pak bylo 1 PgC y-1 ve srovnání s průmyslovou revolucí, což je 9 PgC y-1. Nebo, pokud jste jen člověk s mezinárodním právem jako já, znamená to tvrdou realitu, že to, co jsme udělali za méně než tři století, 10krát horší než to, co způsobilo události vymírání v oceánu v PETM.

Okyselení oceánů PETM způsobilo velké změny v globálních oceánských systémech, včetně některých vymírání. Je zajímavé, že věda naznačuje, že celková biomasa zůstala přibližně stejná, s květy dinoflagelátu a podobnými událostmi, které kompenzují ztrátu jiných druhů. Celkově geologický záznam ukazuje širokou škálu důsledků: květy, vymírání, obraty, změny vápnění a zakrslost. OA tedy způsobuje významnou biotickou reakci, i když je rychlost změny mnohem pomalejší než naše současná rychlost uhlíkových emisí. Ale protože to bylo mnohem pomalejší, „budoucnost je nezmapované území v evoluční historii většiny moderních organismů“.

Tato antropogenní událost OA tedy snadno překoná PETM v dopadu. A měli bychom očekávat změny v tom, jak ke změnám dochází, protože jsme tak narušili systém. Překlad: Očekávejte, že budete překvapeni.

Reakce ekosystémů a druhů

Okyselení oceánů a změny teploty mají za následek oxid uhličitý (CO2). A i když mohou interagovat, neběží paralelně. Změny pH jsou lineárnější, s menšími odchylkami a jsou homogennější v různých geografických prostorech. Teplota je mnohem proměnnější, s velkými odchylkami a je podstatně proměnlivá v prostoru.

Teplota je dominantním motorem změn v oceánu. Není tedy překvapením, že změna způsobuje posun v distribuci druhů do té míry, do jaké se mohou přizpůsobit. A musíme si pamatovat, že všechny druhy mají limity aklimatizační kapacity. Některé druhy samozřejmě zůstávají citlivější než jiné, protože mají užší hranice teplot, ve kterých se jim daří. A stejně jako jiné stresory zvyšují teplotní extrémy citlivost na účinky vysokého CO2.

Cesta vypadá takto:

emise CO2 → OA → biofyzikální dopad → ztráta ekosystémových služeb (např. útes zemře a již nezastaví bouřkové vlny) → socioekonomický dopad (když příval bouře vytáhne městské molo)

Zároveň je třeba poznamenat, že poptávka po ekosystémových službách roste s růstem populace a rostoucím příjmem (bohatstvím).

Aby se podívali na účinky, vědci prozkoumali různé scénáře zmírnění (různé míry změny pH) ve srovnání se zachováním status quo, který riskuje:

Zjednodušení diverzity (až o 40 %), a tím snížení kvality ekosystému
Má malý nebo žádný vliv na hojnost
Průměrná velikost různých druhů klesá o 50 %
OA způsobuje odklon od dominance kalcifikátorů (organismů, jejichž struktura je tvořena materiálem na bázi vápníku):

Žádná naděje na přežití korálů, jejichž přežití je zcela závislé na vodě s určitým pH (a u studenovodních korálů problém zhorší vyšší teploty);
Gastropodi (mořští plži s tenkými krunýři) jsou nejcitlivější z měkkýšů;
Velký dopad má na vodní bezobratlé s exoskeletem, včetně různých druhů měkkýšů, korýšů a ostnokožců (například škeble, humři a ježci)
V rámci této kategorie druhů na tom nejsou členovci (jako jsou krevety) tak špatně, ale existuje jasný signál o jejich úbytku.

Ostatní bezobratlí se přizpůsobují rychleji (jako medúzy nebo červi)
Ryby tolik ne, a ryby také nemusí mít kam migrovat (například v JV Austrálii)
Určitý úspěch pro mořské rostliny, které mohou prosperovat ze spotřeby CO2
K určité evoluci může dojít v relativně krátkém časovém měřítku, což může znamenat naději
Evoluční záchrana méně citlivými druhy nebo populacemi v rámci druhu před stálými genetickými variacemi pro toleranci pH (můžeme to vidět z pokusů o chovu; nebo z nových mutací (které jsou vzácné))

Klíčovou otázkou tedy zůstává: Které druhy budou ovlivněny OA? Máme dobrou představu o odpovědi: mlži, korýši, predátoři vápenatých a obecně vrcholoví predátoři. Není těžké si představit, jak vážné budou finanční důsledky pro samotný průmysl měkkýšů, mořských plodů a potápěčské turistiky, natož pro ostatní v síti dodavatelů a služeb. A tváří v tvář obrovskému problému může být těžké soustředit se na řešení.

Jaká by měla být naše odpověď

Rostoucí CO2 je hlavní příčinou (nemoci) [ale stejně jako kouření je velmi těžké přimět kuřáka, aby přestal]

Musíme léčit příznaky [vysoký krevní tlak, emfyzém]
Musíme omezit další stresory [omezit pití a přejídání]

Snížení zdrojů acidifikace oceánů vyžaduje trvalé úsilí o snížení zdrojů v globálním i místním měřítku. Globální emise oxidu uhličitého jsou největší hnací silou okyselování oceánů v měřítku světového oceánu, takže je musíme snížit. Místní přidávání dusíku a uhlíku z bodových zdrojů, z bodových zdrojů a přírodních zdrojů může zhoršit účinky okyselování oceánů vytvořením podmínek, které dále urychlují snižování pH. Ke snížení pH a acidifikaci může přispět i usazování lokálního znečištění ovzduší (konkrétně oxid uhličitý, dusík a oxid síry). Místní působení může pomoci zpomalit tempo acidifikace. Potřebujeme tedy kvantifikovat klíčové antropogenní a přírodní procesy přispívající k acidifikaci.

Následují prioritní, krátkodobé akční body pro řešení acidifikace oceánů.

1. Rychle a výrazně snížit globální emise oxidu uhličitého, aby se zmírnilo a zvrátilo okyselování našich oceánů.
2. Omezit vypouštění živin do mořských vod z malých a velkých místních kanalizačních systémů, komunálních zařízení pro odpadní vody a zemědělství, a tím omezit stresory pro život v oceánech na podporu adaptace a přežití.
3. Zavést účinné monitorování čisté vody a osvědčené postupy řízení a také revidovat stávající a/nebo přijmout nové normy kvality vody, aby byly relevantní pro acidifikaci oceánů.
4. Prozkoumat selektivní šlechtění na odolnost vůči acidifikaci oceánů u měkkýšů a jiných zranitelných mořských druhů.
5. Identifikujte, monitorujte a spravujte mořské vody a druhy v potenciálních útočištích před acidifikací oceánů, aby mohly vydržet souběžný stres.
6. Pochopit souvislost mezi proměnnými chemického složení vody a produkcí a přežitím měkkýšů v líhních a v přirozeném prostředí, podporovat spolupráci mezi vědci, manažery a pěstiteli měkkýšů. A zaveďte pohotovostní výstrahu a schopnost reagovat, když monitorování indikuje prudký nárůst vody s nízkým pH, který ohrožuje citlivá stanoviště nebo průmyslové provozy měkkýšů.
7. Obnovte mořskou trávu, mangrovy, bahenní trávu atd., které budou absorbovat a fixovat rozpuštěný uhlík v mořských vodách a lokálně zabránit (nebo zpomalit) změny pH těchto mořských vod.
8. Vzdělávat veřejnost o problému acidifikace oceánů a jejích důsledcích pro mořské ekosystémy, ekonomiku a kultury

Dobrou zprávou je, že na všech těchto frontách dochází k pokroku. Desítky tisíc lidí po celém světě pracují na snižování emisí skleníkových plynů (včetně CO2) na mezinárodní, národní a místní úrovni (bod 1). A v USA je bod 8 primárním cílem koalice nevládních organizací koordinovaných našimi přáteli z Ocean Conservancy. U položky 7 hostitelé TOF naší vlastní snahou obnovit poškozené louky s mořskou trávou. Ale ve vzrušujícím vývoji pro položky 2-7 pracujeme s klíčovými státními činiteli s rozhodovací pravomocí ve čtyřech pobřežních státech na vývoji, sdílení a zavádění legislativy určené k řešení OA. Stávající účinky okyselování oceánů na měkkýše a další mořský život v pobřežních vodách Washingtonu a Oregonu inspirovaly k akci mnoha způsoby.

Všichni řečníci na konferenci jasně řekli, že je zapotřebí více informací – zejména o tom, kde se pH rychle mění, které druhy budou schopny prosperovat, přežít nebo se přizpůsobit, a místní a regionální strategie, které fungují. Zároveň bylo poučením, že i když o acidifikaci oceánů nevíme vše, co bychom chtěli vědět, můžeme a měli bychom podnikat kroky ke zmírnění jejích dopadů. Na podpoře řešení budeme i nadále spolupracovat s našimi dárci, poradci a dalšími členy komunity TOF.