רציני קטלני: אוקיינוסים חומציים ומה עלינו לעשות

מאת מארק ג'יי ספלדינג, נשיא The Ocean Foundation

בשבוע שעבר הייתי במונטריי, קליפורניה בשביל ה סימפוזיון בינלאומי שלישי על האוקיינוס ​​בעולם גבוה של CO3, שהיה במקביל ל- פסטיבל הסרטים BLUE Ocean במלון הסמוך (אבל זה כבר סיפור אחר לגמרי). בסימפוזיון הצטרפתי למאות משתתפים נוספים בלמידה על מצב הידע הנוכחי ופתרונות פוטנציאליים להתמודדות עם ההשפעות של פחמן דו חמצני מוגבר (CO2) על בריאות האוקיינוסים שלנו והחיים בתוכם. אנו קוראים לתוצאות החמצת האוקיינוסים מכיוון שה-pH של האוקיינוס ​​שלנו נהיה נמוך יותר ולכן חומצי יותר, עם פוטנציאל לפגיעה משמעותית במערכות האוקיינוס ​​כפי שאנו מכירים אותן.

אוקיינוס ​​החמצה

מפגש High CO2012 2 היה קפיצת מדרגה עצומה מהפגישה השנייה במונקו בשנת 2. למעלה מ-2008 משתתפים ו-500 דוברים, המייצגים 146 מדינות, נאספו כדי לדון בנושאים שעל הפרק. זה כלל הכללה מרכזית ראשונה של מחקרים סוציו-אקונומיים. ולמרות שההתמקדות העיקרית עדיין הייתה בתגובות של אורגניזמים של חיים ימיים להחמצת האוקיינוסים ומה המשמעות של זה עבור מערכת האוקיינוסים, כולם היו מסכימים שהידע שלנו לגבי השפעות ופתרונות פוטנציאליים התקדם מאוד בארבע השנים האחרונות.

מצדי, ישבתי בפליאה נלהבת כשמדען אחד אחרי השני נתן היסטוריה של המדע סביב החמצת האוקיינוסים (OA), מידע על המצב הנוכחי של הידע המדעי על OA, ורמזים ראשונים שלנו לפרטים על המערכת האקולוגית וההשלכות הכלכליות. של אוקיינוס ​​חם יותר שהוא חומצי יותר ובעל רמות חמצן נמוכות יותר.

כפי שאמר ד"ר סם דופונט ממרכז סוון לובן למדעי הים - קריסטינברג, שוודיה:

מה אנחנו יודעים?

חמצת האוקיינוס ​​היא אמיתית
זה מגיע ישירות מפליטת הפחמן שלנו
זה קורה מהר
ההשפעה בטוחה
הכחדות בטוחות
זה כבר נראה במערכות
שינוי יקרה

חם, חמוץ וקצר נשימה הם כולם תסמינים של אותה מחלה.

במיוחד בשילוב עם מחלות אחרות, OA הופך לאיום גדול.

אנו יכולים לצפות להרבה שונות, כמו גם השפעות העברה חיוביות ושליליות.

מינים מסוימים ישנו התנהגות תחת OA.

אנחנו יודעים מספיק כדי לפעול

אנחנו יודעים שאירוע קטסטרופלי גדול מגיע

אנחנו יודעים איך למנוע את זה

אנחנו יודעים מה שאנחנו לא יודעים

אנחנו יודעים מה אנחנו צריכים לעשות (במדע)

אנחנו יודעים במה נתמקד (להביא פתרונות)

אבל, אנחנו צריכים להיות מוכנים להפתעות; כל כך פגענו במערכת.

ד"ר דופונט סגר את הערותיו בתמונה של שני ילדיו עם אמירה עוצמתית ובולטת של שני משפטים:

אני לא אקטיביסט, אני מדען. אבל, אני גם אבא אחראי.

ההצהרה הברורה הראשונה שלפיה להצטברות CO2 בים עלולה להיות "השלכות ביולוגיות הרות אסון" פורסמה בשנת 1974 (Whitfield, M. 1974. הצטברות CO2 מאובנים באטמוספרה ובים. טבע 247:523-525.). ארבע שנים מאוחר יותר, ב-1978, נוצר הקשר הישיר של דלקים מאובנים לגילוי CO2 באוקיינוס. בין 1974 ל-1980, מחקרים רבים החלו להדגים את השינוי הממשי בבסיסיות האוקיינוס. ולבסוף, בשנת 2004, רוח הרפאים של החמצת האוקיינוסים (OA) הפכה מקובלת על ידי הקהילה המדעית בכללותה, והתקיים הראשון בסימפוזיון ה-CO2 הגבוה.

באביב שלאחר מכן, המממנים הימיים עודכנו בפגישה השנתית שלהם במונטריי, כולל טיול שטח כדי לראות מחקר חדשני במכון המחקר לאקווריום מפרץ מונטריי (MBARI). עלי לציין שלרובנו היה צריך להזכיר את המשמעות של סולם ה-pH, למרות שכולם זוכרים את השימוש בנייר הלקמוס לבדיקת נוזלים בכיתות מדעים בחטיבת הביניים. למרבה המזל, המומחים היו מוכנים להסביר כי סולם ה-pH הוא מ-0 עד 14, כאשר 7 הוא ניטרלי. ככל שה-pH נמוך יותר, פירושו בסיסיות נמוכה יותר, או יותר חומציות.

בשלב זה, התברר שהעניין המוקדם ב-pH האוקיינוס ​​הניב כמה תוצאות קונקרטיות. יש לנו כמה מחקרים מדעיים אמינים, שאומרים לנו שככל שה-pH של האוקיינוס ​​יורד, מינים מסוימים ישגשגו, חלקם ישרדו, חלקם מוחלפים ורבים נכחדים (התוצאה הצפויה היא אובדן המגוון הביולוגי, אך שמירה על ביומסה). מסקנה רחבה זו היא תוצאה של ניסויי מעבדה, ניסויים בחשיפה בשטח, תצפיות במיקומי CO2 גבוהים באופן טבעי, ומחקרים שהתמקדו בתיעוד מאובנים מאירועי OA קודמים בהיסטוריה.

מה שאנחנו יודעים מאירועי החמצה בעבר באוקיינוס

למרות שאנו יכולים לראות שינויים בכימיה של האוקיינוס ​​ובטמפרטורת פני הים של האוקיינוס ​​במהלך 200 השנים האחרונות מאז המהפכה התעשייתית, עלינו לחזור אחורה בזמן לצורך השוואת בקרה (אך לא רחוק מדי אחורה). אז התקופה הקדם-קמברית (ה-7/8 הראשונות של ההיסטוריה הגיאולוגית של כדור הארץ) זוהתה כאנלוגי הגיאולוגי הטוב היחיד (אם אין סיבה אחרת מאשר מינים דומים) וכוללת כמה תקופות עם pH נמוך יותר. תקופות קודמות אלו חוו עולם CO2 גבוה דומה עם pH נמוך יותר, רמות חמצן נמוכות יותר וטמפרטורות פני הים חמות יותר.

עם זאת, אין שום דבר ברשומה ההיסטורית השווה לשלנו קצב השינוי הנוכחי של pH או טמפרטורה.

אירוע החמצת האוקיינוס ​​הדרמטי האחרון ידוע כ-PETM, או המקסימום התרמי של פליאוקן-איאוקן, שהתרחש לפני 55 מיליון שנה וזו ההשוואה הטובה ביותר שלנו. זה קרה במהירות (בערך 2,000 שנה) זה נמשך 50,000 שנה. יש לנו נתונים/ראיות חזקות לכך - ולכן מדענים משתמשים בו בתור האנלוגי הכי זמין שלנו לשחרור פחמן מסיבי.

עם זאת, זה לא אנלוגי מושלם. אנו מודדים את השחרורים הללו בפטגרמות. PgC הם פטאגרם של פחמן: פטגרם אחד = 1 גרם = מיליארד טון מטרי. ה-PETM מייצג תקופה שבה 1015 PgC שוחררו במשך כמה אלפי שנים. מה שחשוב הוא קצב השינוי ב-1 השנים האחרונות (המהפכה התעשייתית), שכן הזרמנו 3,000 PgC של פחמן לאטמוספירה של הפלנטה שלנו. המשמעות היא שהשחרור אז היה 270 PgC y-5,000 בהשוואה למהפכה התעשייתית, שהיא 1 PgC y-1. או, אם אתה רק איש משפט בינלאומי כמוני, זה מתורגם למציאות הקשה שמה שעשינו בקצת פחות משלוש מאות שנה הוא פי 10 גרוע יותר ממה שגרם לאירועי ההכחדה באוקיינוס ​​ב-PETM.

אירוע החמצת האוקיינוס ​​PETM גרם לשינויים גדולים במערכות האוקיינוס ​​העולמיות, כולל כמה הכחדות. מעניין לציין שהמדע מצביע על כך שהביומסה הכוללת נשארה בערך אחידה, כאשר פריחת דינופלגלטים ואירועים דומים מקזזים אובדן של מינים אחרים. בסך הכל, התיעוד הגיאולוגי מראה מגוון רחב של השלכות: פריחה, הכחדה, תחלופה, שינויי הסתיידות וגמדות. לפיכך, OA גורם לתגובה ביוטית משמעותית גם כאשר קצב השינוי איטי בהרבה מקצב פליטת הפחמן הנוכחי שלנו. אבל בגלל שזה היה הרבה יותר איטי, "העתיד הוא טריטוריה לא ידועה בהיסטוריה האבולוציונית של רוב האורגניזמים המודרניים".

לפיכך, אירוע OA אנתרופוגני זה יעלה בקלות את ה-PETM בהשפעה. וגם, עלינו לצפות לראות שינויים באופן שבו השינוי מתרחש מכיוון שכל כך הפרענו את המערכת. תרגום: צפו להיות מופתעים.

תגובת מערכת אקולוגית ומינים

להחמצת האוקיינוס ​​ולשינוי הטמפרטורה יש פחמן דו חמצני (CO2) כמניע. ולמרות שהם יכולים ליצור אינטראקציה, הם לא פועלים במקביל. שינויים ב-pH הם ליניאריים יותר, עם סטיות קטנות יותר, והם הומוגניים יותר במרחבים גיאוגרפיים שונים. הטמפרטורה משתנה הרבה יותר, עם סטיות רחבות, והיא משתנה במידה ניכרת מבחינה מרחבית.

הטמפרטורה היא המניע הדומיננטי לשינוי באוקיינוס. לפיכך, אין זה מפתיע ששינוי גורם לשינוי בתפוצה של מינים במידה שהם יכולים להסתגל. ועלינו לזכור שלכל המינים יש גבולות ליכולת ההתאקלמות. כמובן, מינים מסוימים נשארים רגישים יותר מאחרים מכיוון שיש להם גבולות טמפרטורה צרים יותר שבהם הם משגשגים. וכמו גורמי לחץ אחרים, טמפרטורה קיצונית מגבירה את הרגישות להשפעות של CO2 גבוה.

המסלול נראה כך:

פליטת CO2 → OA → השפעה ביו-פיסית → אובדן שירותי מערכת אקולוגית (למשל שונית מתה, ואינה עוצרת עוד את גלי הסערה) → השפעה חברתית-כלכלית (כאשר נחשול הסערה מוציא את מזח העיר)

מציינים במקביל, שהביקוש לשירותי מערכת אקולוגית עולה עם גידול האוכלוסייה והגדלת ההכנסה (העושר).

כדי להסתכל על ההשפעות, מדענים בחנו תרחישי הפחתה שונים (שיעורים שונים של שינויי pH) בהשוואה לשמירה על המצב הקיים המסכן:

פישוט הגיוון (עד 40%), ובכך הפחתה באיכות המערכת האקולוגית
יש השפעה קטנה או לא על השפע
הגודל הממוצע של מינים שונים יורד ב-50%
OA גורם להתרחקות מהדומיננטיות על ידי מסיידים (אורגניזמים שהמבנה שלהם נוצר מחומר על בסיס סידן):

אין תקווה להישרדות של אלמוגים אשר תלויים לחלוטין במים ב-pH מסוים כדי לשרוד (ועבור אלמוגים מים קרים, טמפרטורות חמות יותר יחמירו את הבעיה);
גסטרופודים (חלזונות ים עם קליפה דקה) הם הרגישים ביותר מבין הרכיכות;
ישנה השפעה גדולה על חסרי חוליות מימיים הנושאים שלד חיצוני, כולל מינים שונים של רכיכות, סרטנים ועורקי עור (חשבו על צדפות, לובסטרים וקיפודים)
בקטגוריה זו של מינים, מצבם של פרוקי רגליים (כגון שרימפס) לא כל כך גרוע, אבל יש איתות ברור לדעיכתם

חסרי חוליות אחרים מסתגלים מהר יותר (כגון מדוזה או תולעים)
לדגים, לא כל כך, ולדגים אולי גם אין לאן להגר (למשל באוסטרליה המזרחית)
הצלחה מסוימת לצמחים ימיים שעשויים לשגשג על צריכת CO2
אבולוציה מסוימת יכולה להתרחש בסקאלות זמן קצרות יחסית, מה שעשוי להיות תקווה
הצלה אבולוציונית על ידי מינים או אוכלוסיות פחות רגישות בתוך המינים משונות גנטית עומדת עבור סובלנות pH (אנו יכולים לראות זאת מניסויי רבייה; או ממוטציות חדשות (שהן נדירות))

אז, נותרה שאלת המפתח: איזה מין יושפע מ-OA? יש לנו מושג טוב על התשובה: שני מסתיים, סרטנים, טורפים של מסויידים וטורפים מובילים בכלל. לא קשה לדמיין עד כמה קשות יהיו ההשלכות הכספיות על תעשיית הרכיכות, פירות הים ותיירות הצלילה בלבד, על אחת כמה וכמה על אחרים ברשת הספקים והשירותים. ולנוכח גודל הבעיה, יכול להיות קשה להתמקד בפתרונות.

מה צריכה להיות התגובה שלנו

עליית CO2 היא הסיבה השורשית (למחלה) [אבל כמו עישון, קשה מאוד לגרום למעשן להפסיק]

עלינו לטפל בסימפטומים [לחץ דם גבוה, אמפיזמה]
עלינו להפחית גורמי לחץ אחרים [להפחית בשתייה ואכילת יתר]

צמצום מקורות החמצת האוקיינוסים מצריך מאמצי צמצום מקורות מתמשכים בקנה מידה עולמי וגם בקנה מידה מקומי. פליטת פחמן דו חמצני גלובלית היא המניע הגדול ביותר להחמצת האוקיינוסים בקנה מידה של האוקיינוס ​​העולמי, ולכן עלינו לצמצם אותן. תוספות מקומיות של חנקן ופחמן ממקורות נקודתיים, מקורות לא נקודתיים ומקורות טבעיים עלולות להחמיר את ההשפעות של החמצת האוקיינוסים על ידי יצירת תנאים שמאיצים עוד יותר את הפחתת ה-pH. שקיעה של זיהום אוויר מקומי (במיוחד פחמן דו חמצני, חנקן ותחמוצת גופרית) יכולה גם היא לתרום להפחתת ה-pH והחמצה. פעולה מקומית יכולה לעזור להאט את קצב ההחמצה. לכן, עלינו לכמת תהליכים אנתרופוגניים וטבעיים מרכזיים התורמים להחמצה.

להלן פריטי פעולה עדיפות לטווח הקרוב לטיפול בהחמצת האוקיינוסים.

1. להפחית במהירות ובאופן משמעותי את הפליטות העולמיות של פחמן דו חמצני כדי למתן ולהפוך את החמצת האוקיינוסים שלנו.
2. להגביל את הזרמת הזנה הנכנסת למים ימיים ממערכות ביוב קטנות וגדולות באתר, מתקני שפכים עירוניים וחקלאות, ובכך להגביל את גורמי הלחץ על החיים באוקיינוס ​​כדי לתמוך בהסתגלות ובהישרדות.
3. ליישם ניטור יעיל של מים נקיים ושיטות ניהול מיטביות, וכן לשנות ו/או לאמץ תקני איכות מים חדשים כדי להפוך אותם לרלוונטיים להחמצת האוקיינוסים.
4. לחקור רבייה סלקטיבית לסבילות לחמצת האוקיינוסים ברכיכות ומינים ימיים פגיעים אחרים.
5. לזהות, לנטר ולנהל את המים והמינים הימיים במקלטים פוטנציאליים מהחמצת האוקיינוסים כדי שיוכלו לסבול מתחים במקביל.
6. להבין את הקשר בין משתני כימיה של מים לייצור והישרדות של רכיכות במדגרות ובסביבה הטבעית, לקדם שיתופי פעולה בין מדענים, מנהלים ומגדלי רכיכות. בנוסף, קבע אזהרה ויכולת תגובה לשעת חירום כאשר הניטור מצביע על עלייה במים ב-pH נמוך המאיים על תעשיית הרכיכות או בתי גידול רגישים.
7. שחזר עשב ים, מנגרובים, עשב ביצות וכדומה שיספוג ויקבע פחמן מומס במים ימיים וימנע באופן מקומי (או איטי) שינויים ב-pH של אותם מים ימיים
8. לחנך את הציבור על בעיית החמצת האוקיינוסים והשלכותיה על מערכות אקולוגיות, כלכלה ותרבויות ימיות

החדשות הטובות הן שמתקדמת בכל החזיתות הללו. בעולם, עשרות אלפי אנשים פועלים להפחתת פליטת גזי חממה (כולל CO2) ברמה הבינלאומית, הלאומית והמקומית (פריט 1). ובארה"ב, פריט 8 הוא המוקד העיקרי של קואליציה של ארגונים לא ממשלתיים המתואמים על ידי חברינו ב-Ocean Conservancy. עבור פריט 7, TOF מארח המאמץ שלנו לשקם כרי עשב ים שניזוקו. אבל, בפיתוח מרגש לפריטים 2-7, אנו עובדים עם מקבלי החלטות מרכזיים במדינות בארבע מדינות חוף כדי לפתח, לשתף ולהציג חקיקה שנועדה לטפל ב-OA. ההשפעות הקיימות של החמצת האוקיינוסים על רכיכות וחיים ימיים אחרים במימי החוף של וושינגטון ואורגון עוררו השראה לפעולה במספר דרכים.

כל הדוברים בכנס הבהירו כי יש צורך במידע נוסף - במיוחד על היכן ה-pH משתנה במהירות, אילו מינים יוכלו לשגשג, לשרוד או להסתגל, ואסטרטגיות מקומיות ואזוריות שפועלות. יחד עם זאת, הלקח שלקח חלק היה שלמרות שאיננו יודעים כל מה שאנו רוצים לדעת על החמצת האוקיינוסים, אנו יכולים וצריכים לנקוט בצעדים כדי למתן את השפעותיה. אנו נמשיך לעבוד עם התורמים, היועצים וחברים אחרים בקהילת TOF שלנו כדי לתמוך בפתרונות.