Deadly Serious: Happamat valtameret ja mitä meidän on tehtävä

kirjoittanut Mark J. Spalding, Ocean Foundationin puheenjohtaja

Viime viikolla olin Montereyssä, Kaliforniassa Kolmas kansainvälinen symposium valtamerestä korkean hiilidioksidipäästöjen maailmassa, joka oli samanaikaisesti BLUE Ocean Film Festival viereisessä hotellissa (mutta se on aivan toinen tarina kerrottavana). Liityin symposiumissa satojen muiden osallistujien kanssa oppimaan nykytiedon tilasta ja mahdollisista ratkaisuista, joilla puututaan kohonneen hiilidioksidin (CO2) vaikutuksiin valtameriemme terveyteen ja elämään. Kutsumme seurauksia valtamerten happamoimiseksi, koska valtameremme pH on laskemassa ja siten happamampi, mikä voi aiheuttaa merkittäviä haittoja tunnetuille valtamerijärjestelmille.

Valtameren happamoituminen

Vuoden 2012 High CO2 -kokous oli valtava harppaus toisesta Monacossa vuonna 2 pidetystä kokouksesta. Yli 2008 osallistujaa ja 500 puhujaa 146 maasta kokoontui keskustelemaan käsillä olevista asioista. Siihen sisältyi ensimmäinen merkittävä sosioekonomisten tutkimusten sisällyttäminen. Ja vaikka ensisijainen painopiste oli edelleen meren eliöiden reaktioissa valtamerten happamoitumisen yhteydessä ja sen merkityksessä valtamerijärjestelmälle, kaikki olivat yhtä mieltä siitä, että tietomme vaikutuksista ja mahdollisista ratkaisuista ovat kehittyneet huomattavasti viimeisten neljän vuoden aikana.

Istuin omalta osaltani hämmästyneenä, kun tiedemiehet kertoivat toisensa jälkeen valtamerten happamoitumista (OA) koskevan tieteen historiaa, tietoa OA:n nykyisestä tiedosta ja ensimmäiset havainnot ekosysteemistä ja taloudellisista seurauksista. lämpimämmästä valtamerestä, joka on happamampi ja jossa on alhaisemmat happipitoisuudet.

Kuten tri Sam Dupont Sven Lovénin meritieteiden keskuksesta – Kristineberg, Ruotsi sanoi:

Mitä me tiedämme?

Valtameren happamoituminen on totta
Se tulee suoraan hiilidioksidipäästöistämme
Se tapahtuu nopeasti
Vaikutus on varma
Sukupuutot ovat varmoja
Se näkyy jo järjestelmissä
Muutos tulee tapahtumaan

Kuuma, hapan ja hengästynyt ovat kaikki saman taudin oireita.

Varsinkin yhdistettynä muihin sairauksiin OA:sta tulee suuri uhka.

Voimme odottaa paljon vaihtelua sekä positiivisia ja negatiivisia siirtymävaikutuksia.

Jotkut lajit muuttavat käyttäytymistä OA:ssa.

Tiedämme tarpeeksi toimiaksemme

Tiedämme, että suuri katastrofi on tulossa

Tiedämme kuinka estää se

Tiedämme mitä emme tiedä

Tiedämme, mitä meidän on tehtävä (tieteessä)

Tiedämme, mihin keskitymme (tuomme ratkaisuja)

Meidän tulee kuitenkin varautua yllätyksiin; olemme sotkeneet järjestelmän niin täysin.

Tri. Dupont päätti kommenttinsa valokuvalla kahdesta lapsestaan ​​voimakkaalla ja silmiinpistävällä kahdella lauseella:

En ole aktivisti, olen tiedemies. Mutta olen myös vastuullinen isä.

Ensimmäinen selkeä lausunto siitä, että hiilidioksidin kertymisellä mereen voisi olla "mahdollisia katastrofaalisia biologisia seurauksia", julkaistiin vuonna 2 (Whitfield, M. 1974. Fossiilisen CO1974:n kerääntyminen ilmakehään ja mereen. Nature 247:523-525.). Neljä vuotta myöhemmin, vuonna 1978, vahvistettiin fossiilisten polttoaineiden suora yhteys valtameren hiilidioksidin havaitsemiseen. Vuosina 2-1974 lukuisat tutkimukset alkoivat osoittaa todellista muutosta valtamerten alkaliteetissa. Ja lopulta, vuonna 1980, valtamerten happamoitumisen haamu (OA) hyväksyttiin laajalti tiedeyhteisössä, ja ensimmäiset korkean hiilidioksidin symposiumit pidettiin.

Seuraavana keväänä meren rahoittajille kerrottiin heidän vuosikokouksessaan Montereyssa, mukaan lukien kenttäretki nähdäkseen huippuluokan tutkimusta Monterey Bay Aquarium Research Institutessa (MBARI). Minun on huomattava, että useimpia meistä oli muistutettava pH-asteikon merkityksestä, vaikka kaikki näyttivät muistavan lakmuspaperin käyttämisen nesteiden testaamiseen yläkoulun luonnontieteiden luokissa. Onneksi asiantuntijat olivat valmiita selittämään, että pH-asteikko on 0-14, ja 7 on neutraali. Mitä alempi pH on, se tarkoittaa alhaisempaa alkalisuutta tai enemmän happamuutta.

Tässä vaiheessa on käynyt selväksi, että varhainen kiinnostus valtamerten pH:ta kohtaan on tuottanut konkreettisia tuloksia. Meillä on joitakin uskottavia tieteellisiä tutkimuksia, jotka kertovat meille, että kun valtamerten pH laskee, jotkut lajit kukoistavat, jotkut selviytyvät, jotkut korvataan ja monet kuolevat sukupuuttoon (odotettu tulos on biologisen monimuotoisuuden väheneminen, mutta biomassan säilyminen). Tämä laaja johtopäätös on tulos laboratoriokokeista, kenttäaltistuskokeista, havainnoista luonnollisesti korkeissa CO2-kohteissa ja tutkimuksissa, jotka keskittyivät fossiileihin aikaisempien OA-tapahtumien historiassa.

Mitä tiedämme aiemmista valtameren happamoitumistapahtumista

Vaikka voimme nähdä muutoksia valtamerten kemiassa ja merenpinnan lämpötilassa teollisen vallankumouksen jälkeisten 200 vuoden aikana, meidän on palattava ajassa taaksepäin vertailua varten (mutta ei liian kauas taaksepäin). Esikambrian aika (ensimmäiset 7/8 maapallon geologisesta historiasta) on siis tunnistettu ainoaksi hyväksi geologiseksi analogiksi (jos ei muusta syystä kuin samankaltaisten lajien vuoksi), ja se sisältää joitain jaksoja, joiden pH on alhaisempi. Nämä aikaisemmat jaksot kokivat samanlaisen korkean CO2-maailman alhaisemmalla pH:lla, alhaisemmilla happitasoilla ja lämpimämmällä merenpinnan lämpötilalla.

Historiallisessa asiakirjassa ei kuitenkaan ole mitään, mikä olisi meidän vertaamme nykyinen muutosnopeus pH:sta tai lämpötilasta.

Viimeinen dramaattinen valtamerten happamoitumistapahtuma tunnetaan nimellä PETM tai paleoseeni-eoseeni lämpömaksimi, joka tapahtui 55 miljoonaa vuotta sitten ja on paras vertailumme. Se tapahtui nopeasti (yli 2,000 50,000 vuotta) ja kesti XNUMX XNUMX vuotta. Meillä on vahvaa dataa/todisteita siitä – ja siksi tiedemiehet käyttävät sitä parhaana saatavilla olevana analogina massiiviseen hiilidioksidipäästöihin.

Se ei kuitenkaan ole täydellinen analogi. Mittaamme nämä päästöt petagrammeilla. PgC ovat hiilen petagrammeja: 1 petagrammi = 1015 grammaa = 1 miljardi tonnia. PETM edustaa ajanjaksoa, jolloin 3,000 PgC:tä vapautui muutaman tuhannen vuoden aikana. Tärkeää on muutosnopeus viimeisten 270 vuoden aikana (teollinen vallankumous), kun olemme pumppaneet 5,000 PgC hiiltä planeettamme ilmakehään. Tämä tarkoittaa, että julkaisu oli silloin 1 PgC y-1 verrattuna teolliseen vallankumoukseen, mikä on 9 PgC y-1. Tai jos olet vain kansainvälisen oikeuden tyyppi kuten minä, tämä tarkoittaa karua todellisuutta, että se, mitä olemme tehneet vajaassa kolmessa vuosisadassa, on 10 kertaa pahempi kuin mikä aiheutti sukupuuttotapahtumat valtameressä PETM:ssä.

PETM-valtamerten happamoitumistapahtuma aiheutti suuria muutoksia maailmanlaajuisissa valtamerijärjestelmissä, mukaan lukien joitakin sukupuuttoja. Mielenkiintoista on, että tiede osoittaa, että kokonaisbiomassa pysyi suunnilleen tasaisena, ja dinoflagellaatin kukinnot ja vastaavat tapahtumat kompensoivat muiden lajien häviämistä. Kaiken kaikkiaan geologiset tiedot osoittavat monenlaisia ​​seurauksia: kukintoja, sukupuuttoja, liikevaihdoksia, kalkkeutuman muutoksia ja kääpiöjä. Siten OA aiheuttaa merkittävän bioottisen reaktion, vaikka muutosnopeus on paljon hitaampi kuin nykyinen hiilidioksidipäästömme. Mutta koska se oli paljon hitaampaa, "tulevaisuus on kartoittamaton alue useimpien nykyaikaisten organismien evoluutiohistoriassa".

Siten tämä antropogeeninen OA-tapahtuma nostaa helposti PETM:n vaikutuksen. JA meidän pitäisi odottaa näkevämme muutoksia siinä, miten muutos tapahtuu, koska olemme niin häirinneet järjestelmää. Käännös: Odota yllättyväsi.

Ekosysteemi- ja lajivaste

Valtameren happamoitumisen ja lämpötilan muutoksen taustalla on hiilidioksidi (CO2). Ja vaikka ne voivat olla vuorovaikutuksessa, ne eivät toimi rinnakkain. pH:n muutokset ovat lineaarisempia, pienempiä poikkeamia ja homogeenisempia eri maantieteellisillä alueilla. Lämpötila on paljon vaihtelevampi, suurilla poikkeamilla, ja se vaihtelee olennaisesti alueellisesti.

Lämpötila on valtameren muutoksen hallitseva tekijä. Ei siis ole yllätys, että muutos aiheuttaa muutosta lajien levinneisyydessä siinä määrin kuin ne voivat sopeutua. Ja meidän on muistettava, että kaikilla lajeilla on rajansa sopeutumiskyvylle. Tietenkin jotkut lajit ovat herkempiä kuin toiset, koska niillä on kapeammat lämpötilarajat, joissa ne viihtyvät. Ja kuten muutkin stressitekijät, äärimmäiset lämpötilat lisäävät herkkyyttä korkean CO2:n vaikutuksille.

Reitti näyttää tältä:

CO2-päästöt → OA → biofyysinen vaikutus → ekosysteemipalvelujen menetys (esim. riutta kuolee, eikä enää pysäytä myrskytulvia) → sosioekonomiset vaikutukset (kun myrskyaalto vie kaupungin laiturin)

Todettakoon samalla, että ekosysteemipalvelujen kysyntä kasvaa väestönkasvun ja tulojen (varallisuuden) kasvaessa.

Vaikutusten tarkastelemiseksi tutkijat ovat tutkineet erilaisia ​​lieventämisskenaarioita (eri pH-muutosnopeudet) verrattuna status quon säilyttämiseen, mikä vaarantaa:

Monimuotoisuuden yksinkertaistaminen (jopa 40 %) ja siten ekosysteemin laadun heikkeneminen
Sillä on vähän tai ei ollenkaan vaikutusta runsauteen
Eri lajien keskikoko pienenee 50 %
OA aiheuttaa kalkkeuttavien (eliöt, joiden rakenne muodostuu kalsiumpohjaisesta materiaalista) siirtymistä pois hallitsevasta asemasta:

Ei ole toivoa korallien selviytymisestä, jotka ovat täysin riippuvaisia ​​vedestä tietyssä pH:ssa (ja kylmän veden korallien osalta lämpimämpi lämpötila pahentaa ongelmaa);
Mahajalkaiset (ohutkuoriset merietanat) ovat nilviäisistä herkimpiä;
Sillä on suuri vaikutus selkärangattomiin, joissa on ulkopuolinen luuranko, mukaan lukien erilaiset nilviäisten, äyriäisten ja piikkinahkaisten lajit (ajatellen simpukoita, hummeria ja siiliä)
Tässä lajiryhmässä niveljalkaiset (kuten katkaravut) eivät voi yhtä huonosti, mutta niiden vähenemisestä on selvä merkki.

Muut selkärangattomat sopeutuvat nopeammin (kuten meduusat tai madot)
Kaloilla, ei niin paljoa, ja kaloilla ei myöskään välttämättä ole paikkaa, jonne muuttaa (esimerkiksi Kaakkois-Australiassa)
Jonkin verran menestystä merikasveille, jotka voivat menestyä hiilidioksidin kulutuksella
Jotain kehitystä voi tapahtua suhteellisen lyhyessä ajassa, mikä voi tarkoittaa toivoa
Vähemmän herkkien lajien tai lajien sisällä olevien populaatioiden evoluutiopelastus pysyvältä geneettiseltä vaihtelulta pH-sietokyvyn vuoksi (näemme tämän jalostuskokeista tai uusista mutaatioista (jotka ovat harvinaisia))

Keskeinen kysymys on siis edelleen: Mihin lajeihin OA vaikuttaa? Meillä on hyvä käsitys vastauksesta: simpukat, äyriäiset, kalkkeutuneiden saalistajat ja huippupetoeläimet yleensä. Ei ole vaikea kuvitella, kuinka vakavat taloudelliset seuraukset ovat äyriäis-, äyriäis- ja sukellusmatkailuteollisuudelle yksinään, varsinkin muille toimittaja- ja palveluverkoston toimijoille. Ja kun ongelma on valtava, voi olla vaikeaa keskittyä ratkaisuihin.

Mikä meidän vastauksemme pitäisi olla

Hiilidioksidin nousu on (sairauden) perimmäinen syy [mutta tupakoinnin tavoin tupakoinnin lopettaminen on erittäin vaikeaa]

Meidän on hoidettava oireita [korkea verenpaine, emfyseema]
Meidän on vähennettävä muita stressitekijöitä [vähennetään juomista ja ylensyöntiä]

Valtamerten happamoitumisen lähteiden vähentäminen edellyttää jatkuvia lähteiden vähentämistoimia sekä maailmanlaajuisesti että paikallisesti. Globaalit hiilidioksidipäästöt ovat suurin valtamerten happamoitumisen aiheuttaja maailman valtameren mittakaavassa, joten niitä on vähennettävä. Paikalliset typen ja hiilen lisäykset pistelähteistä, ei-pistelähteistä ja luonnollisista lähteistä voivat pahentaa valtamerten happamoitumisen vaikutuksia luomalla olosuhteet, jotka kiihdyttävät pH:n laskua entisestään. Paikallisten ilmansaasteiden (erityisesti hiilidioksidin, typen ja rikkioksidin) laskeuma voi myös vaikuttaa pH:n alenemiseen ja happamoitumiseen. Paikalliset toimet voivat hidastaa happamoitumista. Meidän on siis mitattava tärkeimmät happamoitumista edistävät ihmisperäiset ja luonnolliset prosessit.

Seuraavat ovat ensisijaisia, lyhyen aikavälin toimia valtamerten happamoitumisen torjumiseksi.

1. Vähennä maailmanlaajuisia hiilidioksidipäästöjä nopeasti ja merkittävästi valtameriemme happamoitumisen lieventämiseksi ja kääntämiseksi.
2. Rajoita ravinteiden päästöjä merivesiin pienistä ja suurista paikan päällä olevista viemärijärjestelmistä, kunnallisista jätevesilaitoksista ja maataloudesta, mikä rajoittaa valtamerten elämään kohdistuvia stressitekijöitä sopeutumisen ja selviytymisen tukemiseksi.
3. Toteuttaa tehokas puhtaan veden seuranta ja parhaat hallintakäytännöt sekä tarkistaa olemassa olevia ja/tai ottaa käyttöön uusia veden laatustandardeja, jotta ne ovat merkityksellisiä valtamerten happamoitumisen kannalta.
4. Selektiivisen jalostuksen tutkiminen äyriäisten ja muiden haavoittuvien merieläinten valtamerien happamoitumisen sietokyvyn suhteen.
5. Tunnista, tarkkaile ja hallitse merivesiä ja lajeja mahdollisissa turvapaikoissa valtamerten happamoitumista vastaan, jotta ne voivat kestää samanaikaisia ​​rasituksia.
6. Ymmärtää vesikemian muuttujien ja äyriäisten tuotannon ja selviytymisen välisen yhteyden hautomoissa ja luonnonympäristössä edistäen yhteistyötä tutkijoiden, johtajien ja äyriäisten viljelijöiden välillä. Ja luo hätävaroitus- ja reagointikapasiteetti, kun valvonta osoittaa matalan pH:n vesipiikin, joka uhkaa herkkiä elinympäristöjä tai äyriäisteollisuuden toimintaa.
7. Palauta meriruohoa, mangrovemetsiä, suoheinä jne., jotka keräävät ja sitovat liuennutta hiiltä merivesissä ja estävät paikallisesti (tai hitaita) muutoksia näiden merivesien pH:ssa
8. Kouluttaa yleisöä valtamerten happamoitumisen ongelmasta ja sen seurauksista meren ekosysteemeihin, talouteen ja kulttuureihin

Hyvä uutinen on, että edistystä tapahtuu kaikilla näillä rintamilla. Maailmanlaajuisesti kymmenet tuhannet ihmiset työskentelevät vähentääkseen kasvihuonekaasupäästöjä (mukaan lukien CO2) kansainvälisellä, kansallisella ja paikallisella tasolla (kohta 1). Ja Yhdysvalloissa kohta 8 on Ocean Conservancyn ystävämme koordinoiman kansalaisjärjestöjen yhteenliittymän pääpaino. Kohdalle 7, TOF-isännät oma ponnistelumme vahingoittuneiden meriruohoniityjen ennallistamiseksi. Mutta kohtien 2–7 jännittävässä kehityksessä työskentelemme tärkeimpien osavaltioiden päättäjien kanssa neljässä rannikkovaltiossa kehittääksemme, jakaaksemme ja ottaaksemme käyttöön lainsäädäntöä, joka on suunniteltu OA:n käsittelemiseksi. Valtamerten happamoitumisen nykyiset vaikutukset äyriäisiin ja muuhun meren elämään Washingtonin ja Oregonin rannikkovesissä ovat inspiroineet toimia monin tavoin.

Kaikki konferenssin puhujat tekivät selväksi, että tarvitaan lisää tietoa – erityisesti siitä, missä pH muuttuu nopeasti, mitkä lajit voivat menestyä, selviytyä tai sopeutua, sekä toimivista paikallisista ja alueellisista strategioista. Samalla oppitunti oli, että vaikka emme tiedä kaikkea, mitä haluamme tietää valtamerten happamoinnista, voimme ja meidän pitäisi ryhtyä toimiin sen vaikutusten lieventämiseksi. Jatkamme yhteistyötä lahjoittajien, neuvonantajien ja muiden TOF-yhteisön jäsenten kanssa tukeaksemme ratkaisuja.