مرگبار جدی: اقیانوس های اسیدی و آنچه باید انجام دهیم

توسط مارک جی اسپالدینگ، رئیس بنیاد اقیانوس

هفته گذشته من در مونتری، کالیفرنیا بودم سومین سمپوزیوم بین المللی اقیانوس در جهان با دی اکسید کربن بالا، که همزمان با جشنواره فیلم اقیانوس آبی در هتل همسایه (اما این داستان کاملاً دیگری است). در این سمپوزیوم، من به صدها نفر دیگر از شرکت‌کنندگان پیوستم تا در مورد وضعیت فعلی دانش و راه‌حل‌های بالقوه برای رسیدگی به اثرات افزایش دی‌اکسید کربن (CO2) بر سلامت اقیانوس‌ها و زندگی درون‌مان بیاموزم. ما عواقب آن را اسیدی شدن اقیانوس می نامیم زیرا PH اقیانوس ما در حال کاهش و در نتیجه اسیدی تر می شود و آسیب بالقوه قابل توجهی برای سیستم های اقیانوسی همانطور که می شناسیم دارد.

اقیانوس اسیدی

نشست CO2012 بالا در سال 2 یک جهش بزرگ از دومین نشست در موناکو در سال 2 بود. بیش از 2008 شرکت کننده و 500 سخنران به نمایندگی از 146 کشور گرد هم آمدند تا درباره موضوعات مورد بحث بحث کنند. این شامل اولین گنجاندن عمده مطالعات اجتماعی-اقتصادی بود. و در حالی که تمرکز اصلی هنوز بر واکنش موجودات زنده دریایی به اسیدی شدن اقیانوس و معنای آن برای سیستم اقیانوس بود، همه موافق بودند که دانش ما در مورد اثرات و راه حل های بالقوه در چهار سال گذشته بسیار پیشرفت کرده است.

به نوبه خود، زمانی که دانشمندان یکی پس از دیگری تاریخچه ای از علم در مورد اسیدی شدن اقیانوس ها (OA)، اطلاعاتی در مورد وضعیت فعلی دانش علم در مورد OA و اولین برداشت های ما از جزئیات مربوط به اکوسیستم و پیامدهای اقتصادی را ارائه می کردند، در شگفتی نشسته بودم. یک اقیانوس گرمتر که اسیدی تر است و سطح اکسیژن پایین تری دارد.

همانطور که دکتر سام دوپون از مرکز علوم دریایی Sven Lovén - کریستینبرگ، سوئد گفت:

چه می دانیم؟

اسیدی شدن اقیانوس واقعی است
این به طور مستقیم از انتشار کربن ما می آید
به سرعت در حال وقوع است
تاثیر قطعی است
انقراض ها قطعی است
در حال حاضر در سیستم ها قابل مشاهده است
تغییر اتفاق خواهد افتاد

داغ، ترش و نفس نفس زدن همگی از علائم یک بیماری هستند.

به خصوص هنگامی که با سایر بیماری ها ترکیب شود، OA به یک تهدید بزرگ تبدیل می شود.

می‌توانیم انتظار تغییرات زیادی و همچنین اثرات مثبت و منفی داشته باشیم.

برخی از گونه ها رفتار خود را تحت OA تغییر می دهند.

ما به اندازه کافی می دانیم که بتوانیم عمل کنیم

ما می دانیم که یک رویداد فاجعه بار بزرگ در راه است

ما می دانیم که چگونه از آن جلوگیری کنیم

آنچه را که نمی دانیم می دانیم

ما می دانیم که چه کاری باید انجام دهیم (در علم)

ما می دانیم که روی چه چیزی تمرکز خواهیم کرد (ارائه راه حل)

اما، ما باید برای غافلگیری آماده باشیم. ما سیستم را کاملاً مختل کرده ایم.

دکتر دوپون نظرات خود را با عکسی از دو فرزندش با جمله ای قدرتمند و چشمگیر بسته است:

من یک فعال نیستم، من یک دانشمند هستم. اما، من همچنین یک پدر مسئول هستم.

اولین بیانیه واضح مبنی بر اینکه تجمع CO2 در دریا می تواند "پیامدهای بیولوژیکی فاجعه بار احتمالی" داشته باشد در سال 1974 منتشر شد (Whitfield, M. 1974. تجمع CO2 فسیلی در جو و دریا. طبیعت 247:523-525.). چهار سال بعد، در سال 1978، ارتباط مستقیم سوخت‌های فسیلی با شناسایی CO2 در اقیانوس برقرار شد. بین سال های 1974 و 1980، مطالعات متعددی برای نشان دادن تغییر واقعی در قلیایی بودن اقیانوس ها آغاز شد. و سرانجام، در سال 2004، شبح اسیدی شدن اقیانوس (OA) توسط جامعه علمی به طور کلی پذیرفته شد و اولین سمپوزیوم از سمپوزیوم های CO2 بالا برگزار شد.

بهار سال بعد، حامیان مالی دریایی در نشست سالانه خود در مونتری، از جمله یک سفر میدانی برای دیدن برخی تحقیقات پیشرفته در مؤسسه تحقیقاتی آکواریوم خلیج مونتری (MBARI) توضیح داده شدند. باید توجه داشته باشم که بیشتر ما باید به معنای مقیاس pH یادآوری می‌شدیم، اگرچه به نظر می‌رسید همه استفاده از کاغذ تورنسل را برای آزمایش مایعات در کلاس‌های علوم دبیرستان به خاطر می‌آورند. خوشبختانه، کارشناسان مایل بودند توضیح دهند که مقیاس pH از 0 تا 14 است که 7 خنثی است. هرچه PH کمتر باشد، به معنای قلیائیت کمتر یا اسیدیته بیشتر است.

در این مرحله، مشخص شده است که علاقه اولیه به pH اقیانوس ها نتایج مشخصی را به همراه داشته است. ما مطالعات علمی معتبری داریم که به ما می‌گوید با کاهش pH اقیانوس‌ها، برخی از گونه‌ها رشد می‌کنند، برخی زنده می‌مانند، برخی جایگزین می‌شوند و بسیاری از آنها منقرض می‌شوند (نتیجه مورد انتظار از بین رفتن تنوع زیستی است، اما حفظ زیست توده). این نتیجه گیری گسترده نتیجه آزمایش های آزمایشگاهی، آزمایش های قرار گرفتن در معرض میدانی، مشاهدات در مکان های طبیعی بالای CO2، و مطالعات متمرکز بر سوابق فسیلی از رویدادهای OA قبلی در تاریخ است.

آنچه ما از رویدادهای اسیدی شدن اقیانوس در گذشته می دانیم

در حالی که می‌توانیم تغییراتی را در شیمی اقیانوس‌ها و دمای سطح دریاها در طول 200 سال پس از انقلاب صنعتی مشاهده کنیم، برای مقایسه کنترلی (اما نه خیلی دور) باید در زمان به عقب برگردیم. بنابراین دوره پیش کامبرین (7/8 ثانیه اول تاریخ زمین شناسی زمین) به عنوان تنها آنالوگ زمین شناسی خوب (اگر دلیل دیگری جز گونه های مشابه نداشته باشد) شناسایی شده است و شامل دوره هایی با PH پایین تر است. در این دوره‌های قبلی، جهان دی‌اکسید کربن بالا مشابهی با pH پایین‌تر، سطح اکسیژن پایین‌تر و دمای سطح دریا گرم‌تر بود.

با این حال، هیچ چیزی در سوابق تاریخی به اندازه ما وجود ندارد نرخ فعلی تغییر pH یا دما

آخرین رویداد دراماتیک اسیدی شدن اقیانوس به نام PETM یا حداکثر حرارتی پالئوسن-ائوسن شناخته می شود که 55 میلیون سال پیش رخ داد و بهترین مقایسه ما است. به سرعت اتفاق افتاد (بیش از 2,000 سال) و 50,000 سال دوام آورد. ما داده ها/شواهد قوی برای آن داریم – و بنابراین دانشمندان از آن به عنوان بهترین آنالوگ موجود برای انتشار کربن عظیم استفاده می کنند.

با این حال، آنالوگ کامل نیست. ما این رهاسازی ها را با پتاگرام اندازه گیری می کنیم. PgC پتاگرم کربن است: 1 پتاگرم = 1015 گرم = 1 میلیارد تن متریک. PETM نشان دهنده دوره ای است که 3,000 PgC طی چند هزار سال آزاد شد. آنچه اهمیت دارد میزان تغییر در 270 سال گذشته (انقلاب صنعتی) است، زیرا ما 5,000 PgC کربن را به جو سیاره خود پمپاژ کرده ایم. این بدان معناست که در آن زمان انتشار 1 PgC y-1 در مقایسه با انقلاب صنعتی بود که 9 PgC y-1 است. یا، اگر شما فقط یک مرد حقوق بین الملل مانند من هستید، این به این واقعیت تلخ تبدیل می شود که آنچه ما در کمتر از سه قرن انجام داده ایم 10 بار بدتر است بیش از آنچه باعث رویدادهای انقراض در اقیانوس در PETM شد.

رویداد اسیدی شدن اقیانوس PETM باعث تغییرات بزرگی در سیستم‌های اقیانوسی جهانی، از جمله برخی انقراض‌ها شد. جالب توجه است، علم نشان می دهد که زیست توده کل تقریباً یکنواخت باقی مانده است، با شکوفه های دینوفلاژلات و رویدادهای مشابه که از دست دادن سایر گونه ها را جبران می کند. در مجموع، سوابق زمین شناسی طیف گسترده ای از پیامدها را نشان می دهد: شکوفه ها، انقراض ها، جابجایی ها، تغییرات کلسیفیکاسیون و کوتولگی. بنابراین، OA باعث واکنش زیستی قابل توجهی می شود حتی زمانی که سرعت تغییر بسیار کندتر از نرخ فعلی انتشار کربن ما باشد. اما، چون بسیار کندتر بود، «آینده قلمروی ناشناخته در تاریخ تکاملی بیشتر موجودات مدرن است».

بنابراین، این رویداد OA انسانی به راحتی از نظر تأثیر PETM بالاتر خواهد رفت. و، ما باید انتظار داشته باشیم که تغییراتی را در نحوه ایجاد تغییر مشاهده کنیم، زیرا سیستم را بسیار مختل کرده ایم. ترجمه: انتظار داشته باشید که غافلگیر شوید.

پاسخ اکوسیستم و گونه ها

اسیدی شدن اقیانوس و تغییر دما هر دو دارای دی اکسید کربن (CO2) به عنوان محرک هستند. و، در حالی که آنها می توانند تعامل داشته باشند، آنها به صورت موازی در حال اجرا نیستند. تغییرات pH خطی تر، با انحرافات کوچکتر است و در فضاهای جغرافیایی مختلف همگن تر است. دما بسیار متغیرتر، با انحرافات گسترده است، و به طور قابل توجهی از نظر مکانی متغیر است.

دما عامل اصلی تغییر در اقیانوس است. بنابراین، جای تعجب نیست که تغییر باعث تغییر در توزیع گونه‌ها تا حدی که می‌توانند سازگار شوند. و ما باید به یاد داشته باشیم که همه گونه ها محدودیت هایی برای ظرفیت سازگاری دارند. البته برخی از گونه‌ها حساس‌تر از گونه‌های دیگر باقی می‌مانند زیرا مرزهای باریک‌تری از دما دارند که در آن رشد می‌کنند. و مانند سایر عوامل استرس زا، دمای افراطی حساسیت به اثرات CO2 بالا را افزایش می دهد.

مسیر به شکل زیر است:

انتشار گاز CO2 → OA → تاثیر بیوفیزیکی → از دست دادن خدمات اکوسیستمی (به عنوان مثال یک صخره می میرد، و دیگر موج های طوفان را متوقف نمی کند) → تأثیرات اقتصادی - اجتماعی (زمانی که طوفان اسکله شهر را بیرون می آورد)

در عین حال، با توجه به اینکه تقاضا برای خدمات اکوسیستمی با رشد جمعیت و افزایش درآمد (ثروت) در حال افزایش است.

برای بررسی اثرات، دانشمندان سناریوهای مختلف کاهش (نرخ های مختلف تغییر pH) را در مقایسه با حفظ وضعیت موجود مورد بررسی قرار داده اند که خطرات زیر را دارد:

ساده سازی تنوع (تا 40%) و در نتیجه کاهش کیفیت اکوسیستم
تأثیر کمی بر فراوانی دارد یا اصلاً تأثیری ندارد
میانگین اندازه گونه های مختلف 50 درصد کاهش می یابد
استئوآرتریت باعث دور شدن از تسلط کلسیفایرها می شود (جاندارانی که ساختار آنها از مواد مبتنی بر کلسیم تشکیل شده است):

هیچ امیدی به بقای مرجان‌هایی که برای زنده ماندن کاملاً به آب در pH معین وابسته هستند وجود ندارد (و برای مرجان‌های آب سرد، دمای گرم‌تر مشکل را تشدید می‌کند).
گاستروپودها (حلزون های دریایی با پوسته نازک) حساس ترین نرم تنان هستند.
تأثیر زیادی بر بی مهرگان آبزی دارای اسکلت خارجی، از جمله گونه های مختلف نرم تنان، سخت پوستان، و خارپوستان (صفحه صدف، خرچنگ و خارپشت) وجود دارد.
در این دسته از گونه ها، بندپایان (مانند میگو) چندان بد نیستند، اما سیگنال واضحی از زوال آنها وجود دارد.

سایر بی مهرگان سریعتر سازگار می شوند (مانند چتر دریایی یا کرم ها)
ماهی، نه چندان، و ماهی نیز ممکن است جایی برای مهاجرت نداشته باشد (به عنوان مثال در جنوب استرالیا)
برخی از موفقیت‌ها برای گیاهان دریایی که ممکن است با مصرف CO2 رشد کنند
برخی از تکامل ها می توانند در مقیاس های زمانی نسبتاً کوتاه رخ دهند که ممکن است به معنای امید باشد
نجات تکاملی گونه‌ها یا جمعیت‌های کمتر حساس درون گونه‌ها از تغییرات ژنتیکی ثابت برای تحمل pH (ما می‌توانیم این را از آزمایش‌های اصلاحی ببینیم؛ یا از جهش‌های جدید (که نادر هستند))

بنابراین، سوال کلیدی باقی می ماند: کدام گونه تحت تاثیر OA قرار خواهد گرفت؟ ما ایده خوبی از پاسخ داریم: دوکفه ای ها، سخت پوستان، شکارچیان کلسیفایرها و به طور کلی شکارچیان برتر. تصور اینکه چقدر عواقب مالی آن برای صنایع صدف دریایی، غذاهای دریایی و گردشگری غواصی به تنهایی و حتی برای سایر صنایع موجود در شبکه تامین کنندگان و خدمات چقدر سخت خواهد بود، دشوار نیست. و در مواجهه با عظمت مشکل، تمرکز بر راه حل ها دشوار است.

پاسخ ما چه باید باشد

افزایش CO2 علت اصلی (بیماری) است [اما مانند سیگار کشیدن، ترک سیگار بسیار سخت است]

ما باید علائم [فشار خون بالا، آمفیزم] را درمان کنیم.
ما باید سایر عوامل استرس زا را کاهش دهیم [مصرف الکل و پرخوری را کاهش دهیم]

کاهش منابع اسیدی شدن اقیانوس ها نیازمند تلاش های کاهش منابع پایدار در مقیاس جهانی و محلی است. انتشار دی اکسید کربن جهانی بزرگترین محرک اسیدی شدن اقیانوس ها در مقیاس اقیانوس های جهان است، بنابراین ما باید آنها را کاهش دهیم. افزودن موضعی نیتروژن و کربن از منابع نقطه‌ای، منابع غیرنقطه‌ای و منابع طبیعی می‌تواند با ایجاد شرایطی که کاهش pH را تسریع می‌کند، اثرات اسیدی شدن اقیانوس‌ها را تشدید کند. رسوب آلودگی محلی هوا (به ویژه دی اکسید کربن، نیتروژن و اکسید گوگرد) نیز می تواند به کاهش pH و اسیدی شدن کمک کند. اقدامات موضعی می تواند به کاهش سرعت اسیدی شدن کمک کند. بنابراین، ما باید فرآیندهای انسانی و طبیعی کلیدی را که به اسیدی شدن کمک می کنند، کمی کنیم.

موارد زیر اولویت و اقدامات کوتاه مدت برای رسیدگی به اسیدی شدن اقیانوس ها هستند.

1. کاهش سریع و قابل توجه انتشار جهانی دی اکسید کربن برای کاهش و معکوس کردن اسیدی شدن اقیانوس های ما.
2. تخلیه مواد مغذی ورودی به آب های دریایی را از سیستم های فاضلاب کوچک و بزرگ محل، تاسیسات فاضلاب شهری و کشاورزی محدود کنید، بنابراین عوامل استرس زا را بر زندگی اقیانوس ها برای حمایت از سازگاری و بقا محدود کنید.
3. اجرای نظارت موثر بر آب پاک و بهترین شیوه های مدیریت، و همچنین تجدید نظر در استانداردهای موجود و/یا اتخاذ استانداردهای جدید کیفیت آب برای مرتبط ساختن آنها با اسیدی شدن اقیانوس.
4. بررسی پرورش انتخابی برای تحمل اسیدی شدن اقیانوس در صدف ها و سایر گونه های دریایی آسیب پذیر.
5. شناسایی، نظارت و مدیریت آب‌های دریایی و گونه‌های موجود در پناهگاه‌های احتمالی ناشی از اسیدی‌شدن اقیانوس‌ها به طوری که ممکن است تنش‌های همزمان را تحمل کنند.
6. درک ارتباط بین متغیرهای شیمی آب و تولید صدف و بقا در جوجه کشی ها و در محیط طبیعی، ترویج همکاری بین دانشمندان، مدیران و پرورش دهندگان صدف. و هنگامی که پایش نشان دهنده افزایش شدید آب با pH پایین است که زیستگاه حساس یا عملیات صنعت صدف را تهدید می کند، یک ظرفیت هشدار و واکنش اضطراری ایجاد کنید.
7. بازیابی علف‌های دریایی، حرا، علف‌های مردابی و غیره که کربن محلول را در آب‌های دریایی جذب و تثبیت می‌کنند و به طور موضعی از تغییرات pH آن آب‌های دریایی جلوگیری می‌کنند (یا آهسته).
8. آموزش مردم در مورد مشکل اسیدی شدن اقیانوس ها و پیامدهای آن برای اکوسیستم های دریایی، اقتصاد و فرهنگ ها

خبر خوب این است که پیشرفت در همه این جبهه ها در حال انجام است. در سطح جهان، ده‌ها هزار نفر برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای (از جمله CO2) در سطوح بین‌المللی، ملی و محلی تلاش می‌کنند (بند 1). و در ایالات متحده آمریکا، مورد 8 تمرکز اصلی ائتلافی از NGOها است که توسط دوستان ما در Ocean Conservancy هماهنگ شده است. برای مورد 7، میزبان TOF تلاش خودمان برای احیای علفزارهای آسیب دیده دریایی. اما، در یک توسعه هیجان انگیز برای موارد 2-7، ما با تصمیم گیرندگان کلیدی ایالت در چهار ایالت ساحلی برای توسعه، به اشتراک گذاری و معرفی قوانین طراحی شده برای رفع OA کار می کنیم. اثرات موجود اسیدی شدن اقیانوس ها بر روی صدف ها و دیگر جانداران دریایی در آب های ساحلی واشنگتن و اورگان، الهام بخش اقدامات متعددی بوده است.

همه سخنرانان کنفرانس به صراحت بیان کردند که به اطلاعات بیشتری نیاز است – به خصوص در مورد مکان هایی که pH به سرعت در حال تغییر است، گونه هایی که قادر به رشد، زنده ماندن یا سازگاری خواهند بود و استراتژی های محلی و منطقه ای که کار می کنند. در همان زمان، درس اولیه این بود که اگرچه ما همه چیزهایی را که می‌خواهیم درباره اسیدی شدن اقیانوس بدانیم نمی‌دانیم، می‌توانیم و باید اقداماتی را برای کاهش اثرات آن انجام دهیم. ما به همکاری با اهداکنندگان، مشاوران و سایر اعضای جامعه TOF برای حمایت از راه حل ها ادامه خواهیم داد.