치명적인 심각성: 산성 바다와 우리가 해야 할 일

The Ocean Foundation 회장 Mark J. Spalding 작성

지난 주에 저는 캘리포니아 몬터레이에 있었습니다. CO3가 높은 세계에서 해양에 관한 제2회 국제 심포지엄, 이는 블루 오션 영화제 옆집 호텔에서 (그러나 그것은 말할 완전히 다른 이야기입니다). 심포지엄에서 저는 수백 명의 다른 참석자들과 함께 이산화탄소(CO2) 증가가 해양 건강과 해양 생물에 미치는 영향을 해결하기 위한 현재 지식 상태와 잠재적 솔루션에 대해 배웠습니다. 우리는 바다의 pH가 낮아지고 따라서 더 산성화되어 우리가 알고 있는 해양 시스템에 상당한 잠재적 피해를 입히기 때문에 그 결과를 해양 산성화라고 부릅니다.

해양 산성화

2012년 High CO2 회의는 2년 모나코에서 열린 2008차 회의에서 크게 도약했습니다. 500개국을 대표하는 146명 이상의 참석자와 37명의 연사가 당면한 문제를 논의하기 위해 모였습니다. 그것은 사회 경제적 연구의 첫 번째 주요 포함을 포함했습니다. 그리고 주요 초점은 여전히 ​​해양 산성화에 대한 해양 생물 유기체의 반응과 그것이 해양 시스템에 의미하는 바에 있었지만, 지난 XNUMX년 동안 영향과 잠재적 솔루션에 대한 우리의 지식이 크게 발전했다는 데 모두가 동의했습니다.

나는 한 과학자가 해양 산성화(OA)에 관한 과학의 역사, OA에 대한 과학 지식의 현재 상태에 대한 정보, 생태계와 경제적 결과에 대한 세부 사항에 대한 최초의 암시를 제공하는 과학자에 대해 황홀경에 빠졌습니다. 더 산성이고 산소 수준이 더 낮은 따뜻한 바다.

스웨덴 Kristineberg의 The Sven Lovén Center for Marine Sciences의 Sam Dupont 박사는 다음과 같이 말했습니다.

우리가 뭘 안다고?

해양 산성화는 현실이다
탄소 배출량에서 직접 발생합니다.
빠르게 일어나고 있습니다
영향은 확실하다
멸종은 확실하다
시스템에서 이미 볼 수 있습니다.
변화가 일어날 것이다

덥고, 시큼하고, 숨이 차는 것은 모두 같은 질병의 증상입니다.

특히 다른 질병과 결합될 때 OA는 주요 위협이 됩니다.

긍정적이고 부정적인 이월 효과뿐만 아니라 많은 변동성을 기대할 수 있습니다.

일부 종은 OA에서 행동을 변경합니다.

우리는 행동할 만큼 충분히 알고 있다

우리는 대재앙적인 사건이 다가오고 있음을 알고 있습니다.

우리는 그것을 방지하는 방법을 알고

우리는 우리가 모르는 것을 알고 있습니다.

우리는 우리가 무엇을 해야 하는지 알고 있습니다(과학에서)

우리는 우리가 무엇에 집중할 것인지 알고 있습니다(솔루션 제공).

그러나 우리는 놀라움에 대비해야 합니다. 우리는 시스템을 완전히 교란했습니다.

Dupont 박사는 두 자녀의 사진과 함께 강력하고 인상적인 두 문장으로 의견을 마무리했습니다.

저는 활동가가 아니라 과학자입니다. 그러나 나는 또한 책임감 있는 아버지이기도 하다.

바다의 CO2 축적이 "가능한 치명적인 생물학적 결과"를 가질 수 있다는 최초의 명확한 진술은 1974년에 발표되었습니다(Whitfield, M. 1974. 대기와 바다에서 화석 CO2 축적. 자연 247:523-525.). 1978년 후인 2년에 화석 연료와 해양 CO1974 탐지의 직접적인 연관성이 확립되었습니다. 1980년과 2004년 사이에 수많은 연구가 해양 알칼리도의 실제 변화를 입증하기 시작했습니다. 그리고 마침내 2년에 해양산성화(OA)의 유령이 과학계 전반에 받아들여졌고 첫 번째 고 COXNUMX 심포지엄이 개최되었습니다.

이듬해 봄, 해양 기금 제공자들은 Monterey Bay Aquarium Research Institute(MBARI)에서 일부 최첨단 연구를 보기 위한 견학을 포함하여 Monterey에서 열린 연례 회의에서 브리핑을 받았습니다. 모든 사람이 중학교 과학 교실에서 액체를 테스트하기 위해 리트머스 종이를 사용하는 것을 기억하는 것처럼 보였지만 우리 대부분은 pH 척도가 의미하는 바를 상기시켜야 한다는 점에 유의해야 합니다. 다행스럽게도 전문가들은 pH 척도가 0에서 14까지이며 7이 중성이라고 기꺼이 설명했습니다. pH가 낮을수록 알칼리도가 낮거나 산도가 높습니다.

이 시점에서 해양 pH에 대한 초기 관심이 몇 가지 구체적인 결과를 낳았다는 것이 분명해졌습니다. 해양 pH가 떨어지면 일부 종은 번성하고, 일부는 생존하고, 일부는 대체되고, 많은 종은 멸종할 것이라는 신뢰할 수 있는 과학적 연구 결과가 있습니다(예상되는 결과는 생물 다양성의 손실이지만 생물량은 유지됨). 이 광범위한 결론은 실험실 실험, 현장 노출 실험, 자연적으로 높은 CO2 위치에서의 관찰 및 역사상 이전 OA 사건의 화석 기록에 초점을 맞춘 연구의 결과입니다.

과거 해양 산성화 사건에서 우리가 알고 있는 것

산업 혁명 이후 200년 동안 해양 화학 및 해양 해수면 온도의 변화를 볼 수 있지만 제어 비교를 위해 시간을 더 거슬러 올라갈 필요가 있습니다(하지만 너무 멀지는 않음). 따라서 선캄브리아기(지구 지질학적 역사의 처음 7/8)는 유일하게 우수한 지질학적 아날로그(유사한 종 외에 다른 이유가 없는 경우)로 확인되었으며 pH가 낮은 일부 기간을 포함합니다. 이 이전 기간은 pH가 낮고 산소 수준이 낮으며 해수면 온도가 따뜻한 유사한 높은 CO2 세계를 경험했습니다.

그러나 역사 기록에 우리와 같은 것은 없다. 현재 변화율 pH 또는 온도.

마지막 극적인 해양 산성화 사건은 PETM 또는 Paleocene–Eocene Thermal Maximum으로 알려져 있으며, 이는 55만 년 전에 발생했으며 가장 좋은 비교입니다. 그것은 빠르게 일어났고(약 2,000년 이상) 50,000년 동안 지속되었습니다. 우리는 이에 대한 강력한 데이터/증거를 가지고 있으므로 과학자들은 이를 대량 탄소 배출에 대한 최상의 아날로그로 사용합니다.

그러나 완벽한 아날로그는 아닙니다. 우리는 이러한 릴리스를 페타그램으로 측정합니다. PgC는 탄소의 페타그램입니다: 1페타그램 = 1015그램 = 1억 미터톤. PETM은 수천 년 동안 3,000 PgC가 방출된 기간을 나타냅니다. 중요한 것은 지난 270년(산업 혁명) 동안의 변화율입니다. 우리는 지구 대기에 5,000PgC의 탄소를 주입했습니다. 이는 당시 방출이 1 PgC y-1인 산업 혁명에 비해 9 PgC y-1임을 의미합니다. 아니면, 당신이 저와 같은 국제법 전문가라면, 이것은 우리가 불과 XNUMX년 동안 한 일이 10배 더 나쁨 PETM에서 바다에서 멸종 사건을 일으킨 것보다.

PETM 해양 산성화 사건은 일부 멸종을 포함하여 전 세계 해양 시스템에 큰 변화를 일으켰습니다. 흥미롭게도, 과학은 와편모충 꽃과 유사한 사건이 다른 종의 손실을 상쇄하면서 전체 생물량이 거의 균등하게 유지되었음을 나타냅니다. 전반적으로 지질학적 기록은 개화, 멸종, 전환, 석회화 변화, 왜소화 등 광범위한 결과를 보여줍니다. 따라서 OA는 변화 속도가 현재 탄소 배출 속도보다 훨씬 느린 경우에도 상당한 생물학적 반응을 일으킵니다. 그러나 훨씬 더 느렸기 때문에 "미래는 대부분의 현대 유기체의 진화 역사에서 미지의 영역입니다."

따라서 이 인위적 OA 이벤트는 영향면에서 PETM을 쉽게 능가할 것입니다. 그리고 우리는 시스템을 너무 교란했기 때문에 변화가 일어나는 방식에 변화를 기대해야 합니다. 번역: 놀랄 것으로 기대하십시오.

생태계 및 종 대응

해양 산성화와 온도 변화는 모두 이산화탄소(CO2)를 동인으로 합니다. 그리고 상호 작용할 수는 있지만 병렬로 실행되지는 않습니다. pH의 변화는 보다 선형적이고 편차가 작으며 다양한 지리적 공간에서 보다 균일합니다. 온도는 훨씬 더 가변적이고 편차가 크며 공간적으로도 상당히 가변적입니다.

온도는 해양 변화의 지배적인 동인입니다. 따라서 변화가 적응할 수 있는 범위까지 종의 분포를 변화시키는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 그리고 모든 종은 순응 능력에 한계가 있음을 기억해야 합니다. 물론 일부 종은 번성하는 온도 범위가 더 좁기 때문에 다른 종보다 더 민감합니다. 그리고 다른 스트레스 요인과 마찬가지로 극한 온도는 높은 CO2의 영향에 대한 민감도를 증가시킵니다.

경로는 다음과 같습니다.

CO2 배출량 → OA → 생물 물리학적 영향 → 생태계 서비스의 손실 (예: 암초가 죽고 더 이상 폭풍 해일을 멈추지 않음) → 사회 경제적 영향 (폭풍 해일이 마을 부두를 덮쳤을 때)

동시에 생태계 서비스에 대한 수요는 인구 증가와 소득(부) 증가에 따라 증가하고 있습니다.

그 효과를 살펴보기 위해 과학자들은 다음과 같은 위험이 있는 현상 유지와 비교하여 다양한 완화 시나리오(pH 변화율이 다름)를 조사했습니다.

다양성의 단순화(최대 40%) 및 이에 따른 생태계 품질 감소
풍요에 미치는 영향은 거의 또는 전혀 없습니다.
다양한 종의 평균 크기가 50% 감소합니다.
OA는 석회화제(칼슘 기반 물질로 구성된 구조를 가진 유기체)에 의한 우세에서 이동을 유발합니다.

생존을 위해 특정 pH의 물에 전적으로 의존하는 산호의 생존에 대한 희망은 없습니다(차가운 산호의 경우 따뜻한 온도가 문제를 악화시킬 것입니다).
복족류(껍질이 얇은 바다달팽이)는 연체동물 중에서 가장 민감합니다.
다양한 종의 연체동물, 갑각류, 극피동물(조개, 바닷가재, 성게 등)을 포함하여 외골격을 지닌 수생 무척추동물에 큰 영향을 미칩니다.
이 종 범주 내에서 절지동물(예: 새우)은 상태가 나쁘지는 않지만 쇠퇴의 분명한 신호가 있습니다.

다른 무척추동물은 더 빨리 적응합니다(예: 해파리 또는 벌레)
물고기는 그리 많지 않으며 물고기도 이주할 곳이 없을 수 있습니다(예: 호주 남동부).
CO2 소비로 번성할 수 있는 해양 식물의 일부 성공
일부 진화는 상대적으로 짧은 시간 단위로 발생할 수 있으며 이는 희망을 의미할 수 있습니다.
pH 내성에 대한 유전적 변이로부터 덜 민감한 종 또는 종 내 개체군에 의한 진화적 구조(교배 실험에서 또는 새로운 돌연변이(드문 경우)에서 볼 수 있음)

따라서 중요한 질문은 남아 있습니다. 어떤 종이 ​​OA의 영향을 받을까요? 우리는 이매패류, 갑각류, 석회화 포식자, 그리고 일반적으로 상위 포식자 등 답에 대한 좋은 아이디어를 가지고 있습니다. 어패류, 해산물 및 다이빙 관광 산업에만 재정적 결과가 얼마나 심각한지 상상하는 것은 어렵지 않습니다. 공급자 및 서비스 네트워크에 있는 다른 산업은 훨씬 적습니다. 그리고 문제의 방대함에 직면하여 해결책에 집중하는 것이 어려울 수 있습니다.

우리의 반응은 어떠해야 하는가

증가하는 CO2가 (질병의) 근본 원인입니다 [그러나 흡연과 마찬가지로 흡연자를 끊게 하는 것은 매우 어렵습니다]

증상[고혈압, 폐기종]을 치료해야 합니다.
우리는 다른 스트레스 요인을 줄여야 합니다[음주와 과식을 자제]

해양 산성화 원인을 줄이려면 지구적 규모와 지역적 규모 모두에서 지속적인 원인 감소 노력이 필요합니다. 전 세계 이산화탄소 배출량은 세계 해양 규모에서 해양 산성화의 가장 큰 원인이므로 반드시 줄여야 합니다. 점오염원, 비점오염원, 천연자원에서 나오는 질소와 탄소의 국지적 추가는 pH 감소를 더욱 가속화하는 조건을 만들어 해양 산성화의 영향을 악화시킬 수 있습니다. 지역 대기 오염(특히 이산화탄소, 질소 및 황산화물)의 침착도 pH 감소 및 산성화에 기여할 수 있습니다. 현지 조치는 산성화 속도를 늦추는 데 도움이 될 수 있습니다. 따라서 산성화에 기여하는 주요 인위적 및 자연적 과정을 정량화해야 합니다.

다음은 해양 산성화를 해결하기 위한 우선적이고 단기적인 행동 항목입니다.

1. 해양의 산성화를 완화하고 되돌리기 위해 전 세계 이산화탄소 배출량을 빠르고 크게 줄입니다.
2. 적응과 생존을 지원하기 위해 크고 작은 현장 하수 시스템, 도시 폐수 시설 및 농업에서 해양수로 유입되는 영양분 배출을 제한하여 해양 생물에 대한 스트레스 요인을 제한합니다.
3. 효과적인 깨끗한 물 모니터링 및 최상의 관리 관행을 구현하고 해양 산성화와 관련되도록 기존 수질 기준을 수정하거나 새로운 수질 기준을 채택합니다.
4. 패류 및 기타 취약한 해양 종의 해양 산성화 내성에 대한 선택적 번식을 조사합니다.
5. 해양 산성화로 인한 잠재적인 피난처의 해양수와 종을 식별, 모니터링 및 관리하여 동시에 발생하는 스트레스를 견딜 수 있도록 합니다.
6. 부화장과 자연 환경에서 수질 화학 변수와 패류 생산 및 생존 사이의 연관성을 이해하여 과학자, 관리자 및 패류 재배자 간의 협력을 촉진합니다. 그리고 민감한 서식지 또는 패류 산업 운영을 위협하는 pH가 낮은 물의 급증이 모니터링에 표시될 때 비상 경고 및 대응 능력을 확립하십시오.
7. 해초, 맹그로브, 습지 풀 등을 복원하여 해수에 용해된 탄소를 흡수 및 고정하고 해당 해수의 pH 변화를 국부적으로 방지(또는 지연)합니다.
8. 해양 산성화 문제와 해양 생태계, 경제 및 문화에 미치는 영향에 대해 대중을 교육합니다.

좋은 소식은 이러한 모든 측면에서 진전이 이루어지고 있다는 것입니다. 전 세계적으로 수만 명의 사람들이 국제적, 국가적, 지역적 차원에서 온실가스 배출량(CO2 포함)을 줄이기 위해 노력하고 있습니다(항목 1). 그리고 미국에서 항목 8은 Ocean Conservancy의 친구들이 조정한 NGO 연합의 주요 초점입니다. 항목 7의 경우 TOF 호스트 손상된 해초 초원을 복원하기 위한 우리의 노력. 그러나 항목 2-7에 대한 흥미진진한 발전에서 우리는 OA를 다루기 위해 고안된 법안을 개발, 공유 및 도입하기 위해 XNUMX개 연안 주의 주요 주 의사 결정자와 협력하고 있습니다. 워싱턴과 오레곤 연안 해역의 조개류 및 기타 해양 생물에 대한 해양 산성화의 기존 영향은 여러 가지 방식으로 조치를 취하도록 영감을 주었습니다.

컨퍼런스의 모든 연사들은 더 많은 정보가 필요하다는 점을 분명히 밝혔습니다. 특히 pH가 빠르게 변하는 곳, 어떤 종이 ​​번성하고 생존하거나 적응할 수 있는지, 지역 및 지역 전략이 효과가 있는지에 대한 정보가 필요합니다. 동시에, 우리가 해양 산성화에 대해 알고 싶은 모든 것을 알지는 못하더라도 그 영향을 완화하기 위한 조치를 취할 수 있고 취해야 한다는 교훈을 얻었습니다. 솔루션을 지원하기 위해 기부자, 고문 및 TOF 커뮤니티의 다른 구성원과 계속 협력할 것입니다.