Tödlicher Ernst: Saure Ozeane und was wir tun müssen

von Mark J. Spalding, Präsident der Ocean Foundation

Letzte Woche war ich in Monterey, Kalifornien für die 3. Internationales Symposium über den Ozean in einer Welt mit hohem CO2-Ausstoß, die gleichzeitig mit der war BLUE Ocean Filmfestival im Hotel nebenan (aber das ist eine ganz andere Geschichte). Auf dem Symposium lernte ich zusammen mit Hunderten anderer Teilnehmer den aktuellen Wissensstand und mögliche Lösungen kennen, um die Auswirkungen von erhöhtem Kohlendioxid (CO2) auf die Gesundheit unserer Ozeane und das Leben darin anzugehen. Wir nennen die Folgen Ozeanversauerung, weil der pH-Wert unseres Ozeans niedriger und damit saurer wird, mit erheblichen potenziellen Schäden für die Ozeansysteme, wie wir sie kennen.

Ozeanversauerung

Das High CO2012-Meeting 2 war ein großer Sprung nach dem zweiten Meeting in Monaco im Jahr 2. Über 2008 Teilnehmer und 500 Redner aus 146 Nationen kamen zusammen, um die anstehenden Themen zu diskutieren. Es beinhaltete eine erste große Aufnahme von sozioökonomischen Studien. Und während der Hauptfokus immer noch auf den Reaktionen von Meereslebewesen auf die Ozeanversauerung lag und was das für das Ozeansystem bedeutet, waren sich alle einig, dass unser Wissen über Auswirkungen und mögliche Lösungen in den letzten vier Jahren stark vorangekommen ist.

Ich für meinen Teil saß fassungslos da, als ein Wissenschaftler nach dem anderen die Geschichte der Wissenschaft rund um die Ozeanversauerung (OA), Informationen über den aktuellen Stand des wissenschaftlichen Wissens über OA und unsere ersten Ahnungen von Besonderheiten des Ökosystems und der wirtschaftlichen Folgen gab eines wärmeren Ozeans, der saurer ist und einen niedrigeren Sauerstoffgehalt hat.

Wie Dr. Sam Dupont vom Sven Lovén Centre for Marine Sciences – Kristineberg, Schweden sagte:

Was wissen wir?

Ozeanversauerung ist real
Es kommt direkt von unseren Kohlenstoffemissionen
Es geht schnell
Wirkung ist sicher
Aussterben ist sicher
Es ist bereits in den Systemen sichtbar
Veränderung wird passieren

Heiß, sauer und atemlos sind alle Symptome derselben Krankheit.

Besonders in Kombination mit anderen Krankheiten wird OA zu einer großen Bedrohung.

Wir können viel Variabilität sowie positive und negative Übertragungseffekte erwarten.

Einige Arten ändern ihr Verhalten unter OA.

Wir wissen genug, um zu handeln

Wir wissen, dass ein großes katastrophales Ereignis bevorsteht

Wir wissen, wie man das verhindert

Wir wissen, was wir nicht wissen

Wir wissen, was wir tun müssen (in der Wissenschaft)

Wir wissen, worauf wir uns konzentrieren werden (Lösungen bringen)

Aber wir sollten auf Überraschungen vorbereitet sein; wir haben das System so vollkommen gestört.

Dr. Dupont schloss seine Kommentare mit einem Foto seiner beiden Kinder mit einer kraftvollen und eindrucksvollen Aussage in zwei Sätzen:

Ich bin kein Aktivist, ich bin Wissenschaftler. Aber ich bin auch ein verantwortungsvoller Vater.

Die erste klare Aussage, dass die Ansammlung von CO2 im Meer „mögliche katastrophale biologische Folgen“ haben könnte, wurde 1974 veröffentlicht (Whitfield, M. 1974. Akkumulation von fossilem CO2 in der Atmosphäre und im Meer. Nature 247:523-525.). Vier Jahre später, 1978, wurde der direkte Zusammenhang zwischen fossilen Brennstoffen und der CO2-Erkennung im Ozean hergestellt. Zwischen 1974 und 1980 begannen zahlreiche Studien, die tatsächliche Veränderung der Alkalinität der Ozeane nachzuweisen. Und schließlich wurde 2004 das Gespenst der Ozeanversauerung (OA) von der wissenschaftlichen Gemeinschaft allgemein akzeptiert, und die ersten Symposien mit hohem CO2-Gehalt wurden abgehalten.

Im folgenden Frühjahr wurden die Meeresförderer bei ihrem Jahrestreffen in Monterey informiert, einschließlich einer Exkursion, um einige Spitzenforschungen am Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI) zu sehen. Ich sollte anmerken, dass die meisten von uns daran erinnert werden mussten, was die pH-Skala bedeutet, obwohl sich alle daran zu erinnern schienen, das Lackmuspapier zum Testen von Flüssigkeiten in naturwissenschaftlichen Klassenzimmern der Mittelstufe verwendet zu haben. Glücklicherweise waren die Experten bereit zu erklären, dass die pH-Skala von 0 bis 14 reicht, wobei 7 neutral ist. Je niedriger der pH-Wert, desto geringer die Alkalinität oder der Säuregehalt.

An diesem Punkt ist klar geworden, dass das frühe Interesse am pH-Wert der Ozeane zu einigen konkreten Ergebnissen geführt hat. Wir haben einige glaubwürdige wissenschaftliche Studien, die uns sagen, dass bei sinkendem pH-Wert des Ozeans einige Arten gedeihen, einige überleben, einige ersetzt werden und viele aussterben (das erwartete Ergebnis ist ein Verlust an Biodiversität, aber ein Erhalt der Biomasse). Diese allgemeine Schlussfolgerung ist das Ergebnis von Laborexperimenten, Feldexpositionsexperimenten, Beobachtungen an Orten mit natürlich hohem CO2-Ausstoß und Studien, die sich auf Fossilienfunde früherer OA-Ereignisse in der Geschichte konzentrierten.

Was wir von vergangenen Ozeanversauerungsereignissen wissen

Während wir Veränderungen in der Chemie der Ozeane und der Meeresoberflächentemperatur über die 200 Jahre seit der industriellen Revolution sehen können, müssen wir für einen Kontrollvergleich zeitlich weiter zurückgehen (aber nicht zu weit zurück). Daher wurde die präkambrische Periode (die ersten 7/8 der geologischen Geschichte der Erde) als das einzige gute geologische Analogon identifiziert (wenn auch aus keinem anderen Grund als ähnlichen Arten) und umfasst einige Perioden mit niedrigerem pH-Wert. Diese früheren Perioden erlebten eine ähnlich hohe CO2-Welt mit niedrigerem pH-Wert, niedrigerem Sauerstoffgehalt und wärmeren Meeresoberflächentemperaturen.

Es gibt jedoch nichts in der historischen Aufzeichnung, das unserem gleichkommt aktuelle Änderungsrate von pH oder Temperatur.

Das letzte dramatische Ereignis der Ozeanversauerung ist als PETM oder Paläozän-Eozän-Thermalmaximum bekannt, das vor 55 Millionen Jahren stattfand und unser bester Vergleich ist. Es geschah schnell (über etwa 2,000 Jahre) und dauerte 50,000 Jahre. Wir haben starke Daten/Beweise dafür – und daher verwenden Wissenschaftler es als unser bestes verfügbares Analogon für eine massive Kohlenstofffreisetzung.

Es ist jedoch kein perfektes Analogon. Wir messen diese Freisetzungen in Petagramm. PgC sind Petagramm Kohlenstoff: 1 Petagramm = 1015 Gramm = 1 Milliarde Tonnen. Das PETM repräsentiert einen Zeitraum, in dem 3,000 PgC über einige tausend Jahre freigesetzt wurden. Was zählt, ist die Veränderungsrate in den letzten 270 Jahren (der industriellen Revolution), da wir 5,000 PgC Kohlenstoff in die Atmosphäre unseres Planeten gepumpt haben. Dies bedeutet, dass die Freisetzung damals 1 PgC pro Jahr betrug, verglichen mit der industriellen Revolution, die 1 PgC pro Jahr beträgt. Oder, wenn Sie nur ein Typ für internationales Recht sind wie ich, bedeutet dies, dass das, was wir in knapp drei Jahrhunderten getan haben, die nackte Realität ist 10 mal schlechter als das, was die Aussterbeereignisse im Ozean bei PETM verursacht hat.

Das PETM-Ozeanversauerungsereignis verursachte große Veränderungen in den globalen Ozeansystemen, einschließlich einiger Aussterben. Interessanterweise weist die Wissenschaft darauf hin, dass die Gesamtbiomasse ungefähr gleich blieb, wobei Dinoflagellatenblüten und ähnliche Ereignisse den Verlust anderer Arten ausgleichen. Insgesamt zeigen die geologischen Aufzeichnungen eine breite Palette von Folgen: Blüten, Aussterben, Umsätze, Verkalkungsänderungen und Zwergwuchs. Daher verursacht OA eine signifikante biotische Reaktion, selbst wenn die Änderungsrate viel langsamer ist als unsere derzeitige Rate an Kohlenstoffemissionen. Aber weil es viel langsamer war, ist die „Zukunft Neuland in der Evolutionsgeschichte der meisten modernen Organismen“.

Somit wird dieses anthropogene OA-Ereignis PETM in seiner Wirkung leicht übertreffen. UND wir sollten damit rechnen, Veränderungen in der Art und Weise zu sehen, wie Veränderungen auftreten, weil wir das System so gestört haben. Übersetzung: Lassen Sie sich überraschen.

Reaktion auf Ökosysteme und Arten

Ozeanversauerung und Temperaturänderung haben beide Kohlendioxid (CO2) als Treiber. Und obwohl sie interagieren können, laufen sie nicht parallel. Änderungen des pH-Werts sind linearer, mit kleineren Abweichungen und in verschiedenen geografischen Räumen homogener. Die Temperatur ist viel variabler, mit großen Abweichungen, und ist räumlich wesentlich variabel.

Die Temperatur ist der dominierende Faktor für Veränderungen im Ozean. Daher ist es nicht verwunderlich, dass der Wandel zu einer Verschiebung der Verbreitung von Arten in dem Maße führt, in dem sie sich anpassen können. Und wir müssen uns daran erinnern, dass alle Arten Grenzen der Akklimatisierungskapazität haben. Natürlich bleiben einige Arten empfindlicher als andere, weil sie engere Temperaturgrenzen haben, in denen sie gedeihen. Und wie andere Stressoren erhöhen Temperaturextreme die Empfindlichkeit gegenüber den Auswirkungen eines hohen CO2-Gehalts.

Der Weg sieht so aus:

CO2-Emissionen → OA → biophysikalische Wirkung → Verlust von Ökosystemleistungen (zB ein Riff stirbt ab und stoppt Sturmfluten nicht mehr) → sozioökonomische Auswirkungen (wenn die Sturmflut den Stadtpier zerstört)

Gleichzeitig wird darauf hingewiesen, dass die Nachfrage nach Ökosystemleistungen mit dem Bevölkerungswachstum und steigendem Einkommen (Vermögen) steigt.

Um die Auswirkungen zu untersuchen, haben Wissenschaftler verschiedene Minderungsszenarien (unterschiedliche Raten der pH-Änderung) im Vergleich zur Beibehaltung des Status quo untersucht, was folgende Risiken mit sich bringt:

Vereinfachung der Vielfalt (bis zu 40 %) und damit eine Verringerung der Ökosystemqualität
Es gibt wenig oder keinen Einfluss auf die Fülle
Die durchschnittliche Größe verschiedener Arten nimmt um 50 % ab
OA bewirkt eine Abkehr von der Dominanz der Kalkbildner (Organismen, deren Struktur aus kalziumbasiertem Material besteht):

Keine Hoffnung auf Überleben von Korallen, die zum Überleben völlig auf Wasser mit einem bestimmten pH-Wert angewiesen sind (und für Kaltwasserkorallen werden wärmere Temperaturen das Problem verschlimmern);
Schnecken (dünnschalige Meeresschnecken) sind die empfindlichsten Weichtiere;
Es gibt einen großen Einfluss auf Exoskelett-tragende wirbellose Wassertiere, einschließlich verschiedener Arten von Mollusken, Krebstieren und Stachelhäutern (denken Sie an Muscheln, Hummer und Seeigel).
Innerhalb dieser Artenkategorie sind Arthropoden (wie Garnelen) nicht so schlecht dran, aber es gibt ein klares Signal für ihren Rückgang

Andere Wirbellose passen sich schneller an (wie Quallen oder Würmer)
Fisch, nicht so sehr, und Fische haben möglicherweise auch keinen Ort, an den sie wandern können (z. B. in Südostaustralien).
Ein gewisser Erfolg für Meerespflanzen, die vom Verbrauch von CO2 gedeihen können
Eine gewisse Evolution kann auf relativ kurzen Zeitskalen stattfinden, was Hoffnung bedeuten kann
Evolutionäre Rettung durch weniger empfindliche Arten oder Populationen innerhalb von Arten vor bestehender genetischer Variation für pH-Toleranz (wir können dies aus Zuchtexperimenten sehen; oder durch neue Mutationen (die selten sind))

Die Schlüsselfrage bleibt also: Welche Arten werden von OA betroffen sein? Wir haben eine gute Vorstellung von der Antwort: Muscheln, Krebstiere, Raubtiere von Kalkmachern und Spitzenprädatoren im Allgemeinen. Es ist nicht schwer vorstellbar, wie schwerwiegend die finanziellen Folgen allein für die Schalentier-, Meeresfrüchte- und Tauchtourismusindustrie sein werden, geschweige denn für andere im Netzwerk von Lieferanten und Dienstleistungen. Und angesichts der Größe des Problems kann es schwierig sein, sich auf Lösungen zu konzentrieren.

Was unsere Antwort sein sollte

Steigender CO2-Gehalt ist die Hauptursache (der Krankheit) [aber wie beim Rauchen ist es sehr schwierig, den Raucher zum Aufhören zu bringen]

Wir müssen die Symptome behandeln [Bluthochdruck, Lungenemphysem]
Wir müssen andere Stressoren reduzieren [Reduzieren von Trinken und Überessen]

Die Reduzierung der Quellen der Ozeanversauerung erfordert nachhaltige Bemühungen zur Reduzierung der Quellen sowohl auf globaler als auch auf lokaler Ebene. Die globalen Kohlendioxidemissionen sind der größte Treiber der Ozeanversauerung im Ausmaß der Weltmeere, also müssen wir sie reduzieren. Lokale Zugaben von Stickstoff und Kohlenstoff aus Punktquellen, nicht punktuellen Quellen und natürlichen Quellen können die Auswirkungen der Ozeanversauerung verschlimmern, indem Bedingungen geschaffen werden, die die pH-Senkung weiter beschleunigen. Die Ablagerung lokaler Luftverschmutzung (insbesondere Kohlendioxid, Stickstoff und Schwefeloxid) kann ebenfalls zu einer Verringerung des pH-Werts und einer Versauerung beitragen. Lokale Maßnahmen können helfen, das Tempo der Versauerung zu verlangsamen. Daher müssen wir die wichtigsten anthropogenen und natürlichen Prozesse quantifizieren, die zur Versauerung beitragen.

Die folgenden sind vorrangige kurzfristige Maßnahmen zur Bekämpfung der Ozeanversauerung.

1. Die globalen Kohlendioxidemissionen schnell und deutlich reduzieren, um die Versauerung unserer Ozeane abzumildern und umzukehren.
2. Begrenzen Sie die Nährstoffeinträge, die aus kleinen und großen Abwassersystemen vor Ort, kommunalen Abwasseranlagen und der Landwirtschaft in Meeresgewässer gelangen, und begrenzen Sie so die Stressfaktoren für das Leben im Meer, um Anpassung und Überleben zu unterstützen.
3. Implementieren Sie eine effektive Überwachung von sauberem Wasser und bewährte Managementpraktiken sowie die Überarbeitung bestehender und/oder Annahme neuer Wasserqualitätsstandards, um sie für die Ozeanversauerung relevant zu machen.
4. Untersuchung der selektiven Züchtung auf Ozeanversauerungstoleranz bei Schalentieren und anderen gefährdeten Meeresarten.
5. Identifizieren, überwachen und verwalten Sie die Meeresgewässer und -arten in potenziellen Zufluchtsorten vor der Ozeanversauerung, damit sie gleichzeitigen Belastungen standhalten können.
6. Verstehen Sie den Zusammenhang zwischen wasserchemischen Variablen und der Schalentierproduktion und dem Überleben in Brütereien und in der natürlichen Umgebung und fördern Sie die Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlern, Managern und Schalentierzüchtern. Und richten Sie eine Notfallwarn- und Reaktionskapazität ein, wenn die Überwachung einen Anstieg des Wassers mit niedrigem pH-Wert anzeigt, der empfindliche Lebensräume oder Betriebe der Schalentierindustrie bedroht.
7. Wiederherstellung von Seegras, Mangroven, Sumpfgras usw., die gelösten Kohlenstoff in Meeresgewässern aufnehmen und binden und lokal Änderungen des pH-Werts dieser Meeresgewässer verhindern (oder verlangsamen).
8. Aufklärung der Öffentlichkeit über das Problem der Ozeanversauerung und ihre Folgen für marine Ökosysteme, Wirtschaft und Kulturen

Die gute Nachricht ist, dass an all diesen Fronten Fortschritte erzielt werden. Weltweit arbeiten zehntausende Menschen daran, Treibhausgasemissionen (einschließlich CO2) auf internationaler, nationaler und lokaler Ebene zu reduzieren (Punkt 1). Und in den USA steht Punkt 8 im Mittelpunkt einer Koalition von NGOs, die von unseren Freunden bei Ocean Conservancy koordiniert wird. Für Punkt 7 TOF-Hosts unsere eigene Anstrengung, beschädigte Seegraswiesen wiederherzustellen. Aber in einer aufregenden Entwicklung für die Punkte 2-7 arbeiten wir mit wichtigen staatlichen Entscheidungsträgern in vier Küstenstaaten zusammen, um Gesetze zur Bekämpfung von OA zu entwickeln, auszutauschen und einzuführen. Die bestehenden Auswirkungen der Ozeanversauerung auf Schalentiere und andere Meereslebewesen in den Küstengewässern von Washington und Oregon haben in vielerlei Hinsicht zu Maßnahmen angeregt.

Alle Redner auf der Konferenz machten deutlich, dass mehr Informationen benötigt werden – insbesondere darüber, wo sich der pH-Wert schnell ändert, welche Arten gedeihen, überleben oder sich anpassen können und welche lokalen und regionalen Strategien funktionieren. Gleichzeitig war die Lektion zum Mitnehmen, dass wir zwar nicht alles wissen, was wir über die Ozeanversauerung wissen wollen, aber wir können und sollten Maßnahmen ergreifen, um ihre Auswirkungen zu mildern. Wir werden weiterhin mit unseren Spendern, Beratern und anderen Mitgliedern der TOF-Community zusammenarbeiten, um die Lösungen zu unterstützen.