Surmavalt tõsine: happelised ookeanid ja mida me peame tegema

Mark J. Spalding, Ocean Foundationi president

Eelmisel nädalal olin Californias Montereys 3. rahvusvaheline sümpoosion ookeanist kõrge CO2-heitega maailmas, mis oli samaaegne SININE Ookeani filmifestival kõrval asuvas hotellis (aga see on hoopis teine ​​lugu). Sümpoosionil ühinesin sadade teiste osalejatega, et õppida tundma teadmiste hetkeseisu ja võimalikke lahendusi, kuidas käsitleda kõrgenenud süsinikdioksiidi (CO2) mõju meie ookeanide tervisele ja elule. Me nimetame tagajärgi ookeanide hapestumiseks, kuna meie ookeani pH muutub madalamaks ja seega happelisemaks, mis võib oluliselt kahjustada meie teadaolevaid ookeanisüsteeme.

Ookeani hapestumine

2012. aasta kõrge CO2-heitega kohtumine oli tohutu hüpe võrreldes 2. kohtumisega Monacos 2008. aastal. Üle 500 osaleja ja 146 kõnelejat, kes esindasid 37 riiki, kogunes arutlema kõnealuseid küsimusi. See hõlmas esimest olulist sotsiaal-majanduslike uuringute lisamist. Ja kuigi põhitähelepanu oli endiselt mereorganismide reaktsioonidel ookeanide hapestumisele ja sellele, mida see ookeanisüsteemi jaoks tähendab, olid kõik ühel meelel, et meie teadmised mõjude ja võimalike lahenduste kohta on viimase nelja aasta jooksul oluliselt arenenud.

Istusin omalt poolt üllatunud hämmastusega, kui üks teadlane teise järel andis ookeanide hapestumise (OA) alase teaduse ajalugu, teavet OA kohta teaduse hetkeseisu kohta ja meie esimesi aimu ökosüsteemi ja majanduslike tagajärgede kohta. soojemast ookeanist, mis on happelisem ja madalama hapnikusisaldusega.

Dr Sam Dupont Sven Lovéni mereteaduste keskusest – Kristineberg, Rootsi ütles:

Mida me teame?

Ookeani hapestumine on tõeline
See tuleneb otseselt meie süsinikuheitest
See toimub kiiresti
Mõju on kindel
Väljasuremised on kindlad
See on juba süsteemides nähtav
Muutus toimub

Kuum, hapu ja hingeldav on kõik sama haiguse sümptomid.

Eriti koos teiste haigustega muutub OA suureks ohuks.

Võime oodata palju varieeruvust, samuti positiivseid ja negatiivseid ülekantavaid mõjusid.

Mõned liigid muudavad OA käitumist.

Teame piisavalt, et tegutseda

Teame, et tulemas on suur katastroof

Me teame, kuidas seda ennetada

Me teame seda, mida me ei tea

Me teame, mida peame tegema (teaduses)

Teame, millele keskendume (lahenduste toomine)

Kuid me peaksime olema valmis üllatusteks; oleme süsteemi nii täielikult seganud.

Dr Dupont lõpetas oma kommentaarid fotoga oma kahest lapsest võimsa ja rabava kahelauselise väitega:

Ma ei ole aktivist, ma olen teadlane. Kuid ma olen ka vastutustundlik isa.

Esimene selge väide, et CO2 akumuleerumisel meres võivad olla „võimalikud katastroofilised bioloogilised tagajärjed“, avaldati 1974. aastal (Whitfield, M. 1974. Accumulation of Fossil CO2 in the atmosfääris ja meres. Nature 247:523-525.). Neli aastat hiljem, 1978. aastal, tehti kindlaks fossiilkütuste otsene seos CO2 tuvastamisega ookeanis. Aastatel 1974–1980 hakati arvukalt uuringuid näitama ookeani aluselisuse tegelikku muutust. Ja lõpuks, aastal 2004, sai laiem teadusringkond aktsepteeritud ookeani hapestumise tont (OA) ja toimus esimene kõrge CO2 sümpoosion.

Järgmisel kevadel teavitati merenduse rahastajaid nende aastakoosolekul Montereys, sealhulgas väljasõidust, et näha Monterey Bay akvaariumi uurimisinstituudi (MBARI) tipptasemel uurimistööd. Pean märkima, et enamikule meist tuli meelde tuletada, mida tähendab pH-skaala, kuigi kõik tundusid mäletavat lakmuspaberi kasutamist vedelike testimiseks keskkooli loodusteaduste klassiruumides. Õnneks olid eksperdid valmis selgitama, et pH skaala on 0–14, kusjuures 7 on neutraalne. Mida madalam on pH, tähendab see madalamat aluselisust või rohkem happesust.

Praeguseks on selgunud, et varane huvi ookeani pH vastu on andnud konkreetseid tulemusi. Meil on mõned usaldusväärsed teaduslikud uuringud, mis ütlevad meile, et kui ookeani pH langeb, õitsevad mõned liigid, mõned jäävad ellu, mõned asendatakse ja paljud surevad välja (oodatav tulemus on bioloogilise mitmekesisuse vähenemine, kuid biomassi säilimine). See laiaulatuslik järeldus on laborikatsete, välikatsete, looduslikult kõrge CO2-heitega kohtades tehtud vaatluste ja uuringute tulemus, mis keskendusid varasemate OA sündmuste fossiilsetele dokumentidele.

Mida me teame varasematest ookeani hapestumise sündmustest

Kuigi tööstusrevolutsioonist möödunud 200 aasta jooksul on näha muutusi ookeanide keemias ja ookeanide pinnatemperatuuris, peame kontrolli võrdlemiseks minema ajas kaugemale (kuid mitte liiga kaugele tagasi). Seega on Kambriumi-eelne periood (Maa geoloogilise ajaloo esimesed 7/8) tuvastatud ainsa hea geoloogilise analoogina (kui mitte mingil muul põhjusel kui sarnased liigid) ja see hõlmab mõningaid madalama pH-ga perioode. Nendel varasematel perioodidel oli samasugune kõrge CO2 maailm madalama pH, madalama hapnikusisalduse ja soojema merepinna temperatuuriga.

Ajaloolistes dokumentides pole aga midagi meiega võrdset praegune muutuse kiirus pH-st või temperatuurist.

Viimane dramaatiline ookeani hapestumise sündmus on tuntud kui PETM või paleotseeni-eotseeni termiline maksimum, mis leidis aset 55 miljonit aastat tagasi ja on meie parim võrdlus. See juhtus kiiresti (umbes 2,000 aasta jooksul) ja kestis 50,000 XNUMX aastat. Meil on selle kohta tugevaid andmeid/tõendeid – ja seega kasutavad teadlased seda meie parima saadaoleva analoogina massilise süsiniku vabanemise jaoks.

Siiski pole see täiuslik analoog. Mõõdame neid vabanemisi petagrammides. PgC on süsiniku petagrammid: 1 petagramm = 1015 grammi = 1 miljard tonni. PETM tähistab perioodi, mil mõne tuhande aasta jooksul vabanes 3,000 PgC. Oluline on muutuste kiirus viimase 270 aasta jooksul (tööstusrevolutsioon), kuna oleme oma planeedi atmosfääri pumpanud 5,000 PgC süsinikku. See tähendab, et toonane väljalase oli 1 PgC y-1 võrreldes tööstusrevolutsiooniga, mis on 9 PgC y-1. Või kui olete lihtsalt rahvusvahelise õiguse tüüp nagu mina, tähendab see karmi reaalsust, et see, mida me oleme veidi vähem kui kolme sajandiga teinud, on 10 korda hullem kui see, mis põhjustas PETMis ookeanis väljasuremise.

PETM-i ookeani hapestumise sündmus põhjustas ülemaailmsetes ookeanisüsteemides suuri muutusi, sealhulgas mõningaid väljasuremisi. Huvitaval kombel näitab teadus, et kogu biomass püsis ligikaudu ühtlasena, kusjuures dinoflagellaatide õitsemine ja sarnased sündmused kompenseerisid teiste liikide kadumise. Kokkuvõttes näitab geoloogiline rekord väga erinevaid tagajärgi: õitsemine, väljasuremine, käibed, lupjumise muutused ja kääbus. Seega põhjustab OA märkimisväärset biootilist reaktsiooni isegi siis, kui muutuste kiirus on palju aeglasem kui meie praegune süsinikuheite kiirus. Kuid kuna see oli palju aeglasem, on tulevik enamiku kaasaegsete organismide evolutsiooniajaloos kaardistamata territoorium.

Seega ületab see inimtekkeline OA sündmus kergesti PETM-i mõju. JA peaksime eeldama muutusi muudatuste toimumises, kuna oleme süsteemi nii häirinud. Tõlge: Oodake üllatust.

Ökosüsteemi ja liikide reaktsioon

Ookeani hapestumine ja temperatuurimuutused mõjutavad mõlemad süsinikdioksiidi (CO2). Ja kuigi nad saavad suhelda, ei tööta nad paralleelselt. PH muutused on lineaarsemad, väiksemate kõrvalekalletega ja on erinevates geograafilistes ruumides homogeensemad. Temperatuur on palju muutlikum, suurte kõrvalekalletega ja ruumiliselt oluliselt muutuv.

Temperatuur on ookeani muutuste domineeriv tegur. Seega pole üllatav, et muutused põhjustavad liikide kohanemisvõimelise nihke. Ja me peame meeles pidama, et kõigil liikidel on kohanemisvõime piirid. Muidugi jäävad mõned liigid teistest tundlikumaks, kuna neil on kitsamad temperatuuripiirid, milles nad arenevad. Ja nagu teisedki stressorid, suurendavad äärmuslikud temperatuurid tundlikkust kõrge CO2 mõjude suhtes.

Rada näeb välja selline:

CO2 heitmed → OA → biofüüsikaline mõju → ökosüsteemiteenuste kaotus (nt riff sureb ega peata enam tormihoogusid) → sotsiaal-majanduslik mõju (kui tormilaine viib linna muuli välja)

Märkides samal ajal, et nõudlus ökosüsteemiteenuste järele kasvab koos rahvastiku kasvu ja sissetulekute (rikkuse) suurenemisega.

Mõjude vaatamiseks on teadlased uurinud erinevaid leevendusstsenaariume (erinevad pH muutuse määrad) võrreldes status quo säilitamisega, mis ohustab:

Mitmekesisuse lihtsustamine (kuni 40%) ja seeläbi ökosüsteemi kvaliteedi vähenemine
Mõju küllusele on väike või puudub üldse
Erinevate liikide keskmine suurus väheneb 50%
OA põhjustab kaltsifikaatorite (organismid, mille struktuur on moodustatud kaltsiumipõhisest materjalist) domineerimisest eemale:

Pole lootustki ellu jääda korallidel, mis sõltuvad täielikult veest teatud pH juures (ja külma vee korallide puhul süvendab probleemi soojem temperatuur);
Maojalgsed (õhukese koorega meriteod) on molluskitest kõige tundlikumad;
See avaldab suurt mõju eksoskeleti kandvatele veeselgrootutele, sealhulgas erinevatele molluskite, vähilaadsete ja okasnahksete liikidele (mõtleme merekarpidele, homaaridele ja siilikele)
Selles liigikategoorias ei ole lülijalgsed (nt krevetid) nii halvas olukorras, kuid on selge signaal nende vähenemisest

Teised selgrootud kohanevad kiiremini (nt meduusid või ussid)
Kaladel mitte nii palju ja kaladel ei pruugi olla ka kohta, kuhu rännata (näiteks Kagu-Austraalias)
Mõningane edu meretaimedele, mis võivad areneda CO2 tarbimisega
Teatud areng võib toimuda suhteliselt lühikese aja jooksul, mis võib tähendada lootust
Vähemtundlike liikide või liikide populatsioonide evolutsiooniline päästmine pH-taluvuse püsivast geneetilisest varieerumisest (seda näeme aretuskatsetest või uutest mutatsioonidest (mis on haruldased))

Niisiis jääb põhiküsimuseks: milliseid liike OA mõjutab? Meil on vastusest hea ettekujutus: kahepoolmelised, koorikloomad, kaltsifikaatorite röövloomad ja tippkiskjad üldiselt. Pole raske ette kujutada, kui tõsised on rahalised tagajärjed karpide, mereandide ja sukeldumisturismi tööstusele, veel vähem teistele tarnijate ja teenuste võrgustikus. Ja probleemi tohutut suurust silmas pidades võib olla raske lahendustele keskenduda.

Milline peaks olema meie reaktsioon

Kasvav CO2 on (haiguse) algpõhjus [kuid nagu suitsetamine, on suitsetaja suitsetamisest loobumine väga raske sundida]

Peame ravima sümptomeid [kõrge vererõhk, emfüseem]
Peame vähendama teisi stressoreid [vähendama joomist ja ülesöömist]

Ookeani hapestumise allikate vähendamine nõuab püsivaid jõupingutusi allikate vähendamiseks nii globaalsel kui ka kohalikul tasandil. Ülemaailmsed süsinikdioksiidi heitkogused on ookeanide hapestumise suurim tegur maailma ookeani mastaabis, seega peame neid vähendama. Kohalikud lämmastiku ja süsiniku lisamised punktallikatest, mittepunktallikatest ja looduslikest allikatest võivad süvendada ookeanide hapestumise mõju, luues tingimused, mis veelgi kiirendavad pH alanemist. Kohaliku õhusaaste (eelkõige süsinikdioksiidi, lämmastiku ja vääveloksiidi) sadestumine võib samuti kaasa aidata pH langusele ja hapestumisele. Kohalik tegevus võib aidata aeglustada hapestumise tempot. Seega peame kvantifitseerima peamised hapestumist soodustavad inimtekkelised ja looduslikud protsessid.

Järgmised on esmatähtsad lähiaja meetmed ookeanide hapestumise vastu võitlemiseks.

1. Kiiresti ja oluliselt vähendada ülemaailmseid süsinikdioksiidi heitkoguseid, et leevendada ja pöörata tagasi meie ookeanide hapestumist.
2. Piirake toitainete heidet merevette väikestest ja suurtest kohapealsetest kanalisatsioonisüsteemidest, olmereoveerajatistest ja põllumajandusest, piirates sellega ookeanielu stressitekitajaid, et toetada kohanemist ja ellujäämist.
3. Rakendada tõhusaid puhta vee seiret ja parimaid majandamistavasid ning vaadata läbi olemasolevad ja/või võtta vastu uued veekvaliteedi standardid, et muuta need asjakohaseks ookeanide hapestumise suhtes.
4. Uurige karpide ja teiste haavatavate mereliikide ookeani hapestumise taluvuse suhtes selektiivset aretust.
5. Tehke kindlaks, jälgige ja hallake merevett ja liike, mis asuvad ookeanide hapestumise eest potentsiaalsetes varjupaikades, et need taluksid samaaegseid pingeid.
6. Mõistma seost veekeemiliste muutujate ning karpide tootmise ja ellujäämise vahel haudejaamades ja looduskeskkonnas, edendades koostööd teadlaste, juhtide ja karpide kasvatajate vahel. Ja seadke sisse hädaolukorra hoiatus- ja reageerimisvõime, kui seire näitab madala pH-tasemega vee tõusu, mis ohustab tundlikke elupaiku või karpide tootmist.
7. Taastage merehein, mangroovid, rabarohi jne, mis seovad endasse ja fikseerivad merevetes lahustunud süsiniku ning takistavad kohapeal (või aeglaseid) muutusi nende merevete pH-s
8. Harida avalikkust ookeanide hapestumise probleemist ja selle tagajärgedest mere ökosüsteemidele, majandusele ja kultuuridele

Hea uudis on see, et kõigil neil rindel on tehtud edusamme. Ülemaailmselt töötavad kümned tuhanded inimesed kasvuhoonegaaside (sh CO2) heite vähendamise nimel rahvusvahelisel, riiklikul ja kohalikul tasandil (punkt 1). Ja USA-s on punkt 8 meie Ocean Conservancy'i sõprade koordineeritud valitsusväliste organisatsioonide koalitsiooni põhifookuses. 7. üksuse TOF hosts meie endi jõupingutusi kahjustatud mererohuniitude taastamiseks. Punktide 2–7 põnevas arenduses teeme aga koostööd nelja rannikuriigi peamiste riigiotsustajatega, et töötada välja, jagada ja juurutada õigusakte, mis on mõeldud OA käsitlemiseks. Ookeani hapestumise mõju karpidele ja muule mereelustikule Washingtoni ja Oregoni rannikuvetes on inspireerinud tegutsema mitmel viisil.

Kõik konverentsil esinenud tegid selgeks, et vaja on rohkem teavet – eriti selle kohta, kus pH muutub kiiresti, millised liigid on võimelised arenema, ellu jääma või kohanema ning millised kohalikud ja piirkondlikud strateegiad toimivad. Samal ajal oli õppetund, et kuigi me ei tea ookeanide hapestumise kohta kõike, mida tahame teada, saame ja peaksime astuma samme selle mõju leevendamiseks. Jätkame koostööd oma annetajate, nõustajate ja teiste TOF-i kogukonna liikmetega, et lahendusi toetada.