Deadly Serious: Acid Oceans og hvad vi skal gøre

af Mark J. Spalding, formand for The Ocean Foundation

I sidste uge var jeg i Monterey, Californien for at 3. internationale symposium om havet i en høj CO2-verden, som var samtidig med BLUE Ocean Film Festival på hotellet ved siden af ​​(men det er en helt anden historie at fortælle). På symposiet sluttede jeg mig til hundredvis af andre deltagere for at lære om den nuværende vidensstatus og potentielle løsninger til at adressere virkningerne af forhøjet kuldioxid (CO2) på sundheden i vores have og livet indeni. Vi kalder konsekvenserne havforsuring, fordi pH-værdien i vores hav bliver lavere og dermed mere sur, med betydelig potentiel skade på havsystemerne, som vi kender dem.

Ocean-syrning

Høj CO2012-mødet i 2 var et stort spring fra det 2. møde i Monaco i 2008. Over 500 deltagere og 146 talere, der repræsenterer 37 nationer, var samlet for at diskutere de aktuelle emner. Det omfattede en første større inddragelse af socioøkonomiske undersøgelser. Og mens det primære fokus stadig var på marine organismers reaktioner på havforsuring, og hvad det betyder for havsystemet, var alle enige om, at vores viden om effekter og potentielle løsninger er steget meget i de sidste fire år.

For mit vedkommende sad jeg henrykt forbløffet, da den ene videnskabsmand efter den anden gav en historie om videnskaben omkring havforsuring (OA), information om den nuværende videnskabelige viden om OA og vores første anelse af detaljer om økosystemet og økonomiske konsekvenser af et varmere hav, der er mere surt og har lavere iltniveau.

Som Dr. Sam Dupont fra Sven Lovén Center for Marine Sciences – Kristineberg, Sverige sagde:

Hvad ved vi?

Havforsuring er ægte
Det kommer direkte fra vores COXNUMX-udledning
Det sker hurtigt
Virkningen er sikker
Udryddelser er sikre
Det er allerede synligt i systemerne
Forandring vil ske

Varmt, surt og forpustet er alle symptomer på den samme sygdom.

Især når det kombineres med andre sygdomme, bliver OA en stor trussel.

Vi kan forvente masser af variation, såvel som positive og negative overførselseffekter.

Nogle arter vil ændre adfærd under OA.

Vi ved nok til at handle

Vi ved, at en stor katastrofal begivenhed er på vej

Vi ved, hvordan vi forhindrer det

Vi ved, hvad vi ikke ved

Vi ved, hvad vi skal gøre (i videnskaben)

Vi ved, hvad vi vil fokusere på (at bringe løsninger)

Men vi bør være forberedt på overraskelser; vi har så fuldstændig forstyrret systemet.

Dr. Dupont afsluttede sine kommentarer med et foto af sine to børn med en kraftfuld og slående udtalelse i to sætninger:

Jeg er ikke aktivist, jeg er videnskabsmand. Men jeg er også en ansvarlig far.

Det første klare udsagn om, at CO2-akkumulering i havet kunne have "mulige katastrofale biologiske konsekvenser" blev offentliggjort i 1974 (Whitfield, M. 1974. Akkumulering af fossil CO2 i atmosfæren og i havet. Nature 247:523-525.). Fire år senere, i 1978, blev den direkte kobling af fossile brændstoffer til CO2-detektion i havet etableret. Mellem 1974 og 1980 begyndte adskillige undersøgelser at påvise den faktiske ændring i havets alkalinitet. Og endelig, i 2004, blev spekteret af havforsuring (OA) accepteret af det videnskabelige samfund som helhed, og det første af de høje CO2-symposier blev afholdt.

Det følgende forår blev de marinefinansierere orienteret på deres årlige møde i Monterey, inklusive en ekskursion for at se noget banebrydende forskning på Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI). Jeg skal bemærke, at de fleste af os skulle mindes om, hvad pH-skalaen betyder, selvom alle syntes at huske, at de brugte lakmuspapiret til at teste væsker i videnskabelige klasseværelser i mellemskolen. Heldigvis var eksperterne villige til at forklare, at pH-skalaen er fra 0 til 14, hvor 7 er neutral. Jo lavere pH, betyder lavere alkalinitet eller mere surhed.

På dette tidspunkt er det blevet klart, at den tidlige interesse for havets pH har givet nogle konkrete resultater. Vi har nogle troværdige videnskabelige undersøgelser, som fortæller os, at når havets pH falder, vil nogle arter trives, nogle overleve, nogle erstattes, og mange uddør (det forventede resultat er tab af biodiversitet, men opretholdelse af biomasse). Denne brede konklusion er resultatet af laboratorieeksperimenter, felteksponeringseksperimenter, observationer ved naturligt høje CO2-steder og undersøgelser fokuseret på fossile optegnelser fra tidligere OA-begivenheder i historien.

Hvad vi ved fra tidligere havforsuringsbegivenheder

Selvom vi kan se ændringer i havets kemi og havoverfladetemperaturen i løbet af de 200 nogle år siden den industrielle revolution, er vi nødt til at gå længere tilbage i tiden for en kontrolsammenligning (men ikke for langt tilbage). Så den præ-kambriske periode (de første 7/8s af Jordens geologiske historie) er blevet identificeret som den eneste gode geologiske analog (om ikke af anden grund end lignende arter) og inkluderer nogle perioder med lavere pH. Disse tidligere perioder oplevede en lignende høj CO2-verden med lavere pH, lavere iltniveauer og varmere havoverfladetemperaturer.

Der er dog intet i den historiske optegnelse, der svarer til vores nuværende ændringshastighed af pH eller temperatur.

Den sidste dramatiske havforsuringsbegivenhed er kendt som PETM eller Paleocæn-Eocæn Thermal Maximum, som fandt sted for 55 millioner år siden og er vores bedste sammenligning. Det skete hurtigt (over omkring 2,000 år) det varede i 50,000 år. Vi har stærke data/beviser for det – og derfor bruger forskere det som vores bedste tilgængelige analog til en massiv kulstoffrigivelse.

Det er dog ikke en perfekt analog. Vi måler disse udsætninger i petagrammer. PgC er petagrammer af kulstof: 1 petagram = 1015 gram = 1 milliard tons. PETM repræsenterer en periode, hvor 3,000 PgC blev frigivet over et par tusinde år. Det, der betyder noget, er forandringshastigheden i de sidste 270 år (den industrielle revolution), da vi har pumpet 5,000 PgC kulstof ind i vores planets atmosfære. Det betyder, at udgivelsen dengang var 1 PgC y-1 sammenlignet med den industrielle revolution, som er 9 PgC y-1. Eller, hvis du bare er en international lovmand som mig, oversætter dette til den skarpe virkelighed, at det, vi har gjort i lige under tre århundreder, er 10 gange værre end hvad der forårsagede udryddelsesbegivenhederne i havet ved PETM.

PETM-havforsuringshændelsen forårsagede store ændringer i de globale havsystemer, herunder nogle udryddelser. Interessant nok indikerer videnskaben, at den samlede biomasse forblev nogenlunde jævn, med dinoflagellatopblomstringer og lignende begivenheder, der opvejede tabet af andre arter. I alt viser den geologiske optegnelse en lang række konsekvenser: opblomstring, udryddelse, omsætning, forkalkningsændringer og dværgvækst. Således forårsager OA en betydelig biotisk reaktion, selv når ændringshastigheden er meget langsommere end vores nuværende hastighed for kulstofemissioner. Men fordi det var meget langsommere, er "fremtiden ukendt territorium i de fleste moderne organismers evolutionære historie."

Således vil denne menneskeskabte OA-begivenhed nemt toppe PETM i påvirkning. OG vi bør forvente at se ændringer i, hvordan ændringer opstår, fordi vi har så forstyrret systemet. Oversættelse: Forvent at blive overrasket.

Økosystem og artsrespons

Havforsuring og temperaturændringer har begge kuldioxid (CO2) som drivkraft. Og selvom de kan interagere, kører de ikke parallelt. Ændringer i pH er mere lineære, med mindre afvigelser og er mere homogene i forskellige geografiske rum. Temperaturen er langt mere variabel, med store afvigelser og er væsentligt variabel rumlig.

Temperaturen er den dominerende drivkraft for forandringer i havet. Det er således ikke en overraskelse, at ændringer forårsager et skift i udbredelsen af ​​arter i det omfang, de kan tilpasse sig. Og vi skal huske, at alle arter har grænser for akklimatiseringskapacitet. Selvfølgelig forbliver nogle arter mere følsomme end andre, fordi de har snævrere temperaturgrænser, som de trives i. Og ligesom andre stressfaktorer øger ekstreme temperaturer følsomheden over for virkningerne af høj CO2.

Vejen ser således ud:

CO2-udledning → OA → biofysisk påvirkning → tab af økosystemtjenester (f.eks. dør et rev, og stopper ikke længere stormfloder) → samfundsøkonomiske konsekvenser (når stormfloden tager ud af byens mole)

Bemærker samtidig, at efterspørgslen efter økosystemtjenester stiger med befolkningsvækst og stigende indkomst (rigdom).

For at se på virkningerne har forskere undersøgt forskellige afbødningsscenarier (forskellige hastigheder af pH-ændringer) sammenlignet med at opretholde status quo, som risikerer:

Forenkling af mangfoldighed (op til 40%), og dermed en reduktion af økosystemkvalitet
Der er ringe eller ingen indflydelse på overflod
Den gennemsnitlige størrelse af forskellige arter falder med 50 %
OA forårsager skift væk fra dominans af forkalkningsstoffer (organismer, hvis struktur er dannet af calciumbaseret materiale):

Intet håb for overlevelse af koraller, som er fuldstændig afhængige af vand ved en bestemt pH-værdi for at overleve (og for koldtvandskoraller vil varmere temperaturer forværre problemet);
Gastropoder (tyndskallede havsnegle) er de mest følsomme af bløddyrene;
Der er en stor indvirkning på eksoskelet-bærende hvirvelløse vanddyr, herunder forskellige arter af bløddyr, krebsdyr og pighuder (tænk muslinger, hummere og pindsvin)
Inden for denne kategori af arter har leddyr (såsom rejer) det ikke så dårligt, men der er et klart signal om deres tilbagegang

Andre hvirvelløse dyr tilpasser sig hurtigere (såsom vandmænd eller orme)
Fisk, ikke så meget, og fisk har muligvis heller ikke noget sted at migrere til (for eksempel i SE Australien)
En vis succes for marine planter, der kan trives med at forbruge CO2
En vis udvikling kan forekomme på relativt korte tidsskalaer, hvilket kan betyde håb
Evolutionær redning af mindre følsomme arter eller populationer inden for arter fra stående genetisk variation for pH-tolerance (vi kan se dette fra avlseksperimenter; eller fra nye mutationer (som er sjældne))

Så det centrale spørgsmål er stadig: Hvilken art vil blive påvirket af OA? Vi har en god idé om svaret: muslinger, krebsdyr, rovdyr af forkalkninger og toprovdyr generelt. Det er ikke svært at forestille sig, hvor alvorlige de økonomiske konsekvenser vil være for skaldyrs-, skaldyrs- og dykkerturismeindustrien alene, meget mindre andre i netværket af leverandører og service. Og i lyset af problemets enorme omfang kan det være svært at fokusere på løsninger.

Hvad vores svar bør være

Stigende CO2 er grundårsagen (til sygdommen) [men ligesom rygning er det meget svært at få rygeren til at holde op]

Vi skal behandle symptomerne [forhøjet blodtryk, emfysem]
Vi skal reducere andre stressfaktorer [skære ned på at drikke og overspise]

At reducere kilderne til havforsuring kræver en vedvarende indsats for at reducere kilder på både global og lokal skala. Globale kuldioxid-emissioner er den største drivkraft bag forsuring af havet i størrelsesordenen af ​​verdenshavene, så vi skal reducere dem. Lokale tilsætninger af nitrogen og kulstof fra punktkilder, ikke-punktkilder og naturlige kilder kan forværre virkningerne af havforsuring ved at skabe forhold, der yderligere fremskynder pH-reduktioner. Deposition af lokal luftforurening (specifikt kuldioxid, nitrogen og svovloxid) kan også bidrage til reduceret pH og forsuring. Lokal handling kan hjælpe med at bremse forsuringstempoet. Så vi er nødt til at kvantificere centrale menneskeskabte og naturlige processer, der bidrager til forsuring.

Følgende er prioriterede, kortsigtede handlingspunkter til håndtering af havforsuring.

1. Reducer hurtigt og markant de globale emissioner af kuldioxid for at afbøde og vende forsuringen af ​​vores have.
2. Begræns udledninger af næringsstoffer, der kommer ind i havvandene fra små og store spildevandssystemer på stedet, kommunale spildevandsanlæg og landbrug, og begrænser således stressfaktorerne på havets liv for at understøtte tilpasning og overlevelse.
3. Implementer effektiv rentvandsovervågning og bedste forvaltningspraksis, samt revider eksisterende og/eller vedtage nye vandkvalitetsstandarder for at gøre dem relevante for havforsuring.
4. Undersøg selektiv avl for havforsuringstolerance hos skaldyr og andre sårbare marine arter.
5. Identificere, overvåge og forvalte de marine farvande og arter i potentielle tilflugtssteder fra havforsuring, så de kan udholde samtidige belastninger.
6. Forstå sammenhængen mellem vandkemiske variabler og skaldyrsproduktion og overlevelse i rugerier og i det naturlige miljø, fremme samarbejdet mellem videnskabsmænd, ledere og skaldyravlere. Og etablere en nødadvarsels- og reaktionskapacitet, når overvågning indikerer en stigning i vand med lav pH, der truer følsomme levesteder eller skaldyrsindustriens operationer.
7. Gendan søgræs, mangrover, sumpgræs osv., der vil optage og binde opløst kulstof i havvand og lokalt forhindre (eller langsomme) ændringer i pH-værdien af ​​disse havvande
8. Uddanne offentligheden om problemet med havforsuring og dets konsekvenser for marine økosystemer, økonomi og kulturer

Den gode nyhed er, at der sker fremskridt på alle disse fronter. Globalt arbejder titusindvis af mennesker på at reducere udledningen af ​​drivhusgasser (inklusive CO2) på internationalt, nationalt og lokalt plan (punkt 1). Og i USA er punkt 8 det primære fokus for en koalition af ngo'er koordineret af vores venner i Ocean Conservancy. For punkt 7, TOF-værter vores egen indsats for at genoprette beskadigede strandenge. Men i en spændende udvikling for punkt 2-7 arbejder vi sammen med centrale statslige beslutningstagere i fire kyststater om at udvikle, dele og indføre lovgivning designet til at imødegå OA. De eksisterende virkninger af havforsuring på skaldyr og andet havliv i Washington og Oregons kystnære farvande har inspireret til handling på en række måder.

Alle talerne på konferencen gjorde det klart, at der er behov for mere information - især om, hvor pH-værdien ændrer sig hurtigt, hvilke arter der vil være i stand til at trives, overleve eller tilpasse sig, og lokale og regionale strategier, der virker. Samtidig var lektionen, at selv om vi ikke ved alt, hvad vi ønsker at vide om havforsuring, kan og bør vi tage skridt til at afbøde dens virkninger. Vi vil fortsætte med at arbejde med vores donorer, rådgivere og andre medlemmer af TOF-fællesskabet for at understøtte løsningerne.