Mirtinai rimta: rūgštūs vandenynai ir tai, ką turime padaryti

Markas J. Spaldingas, „The Ocean Foundation“ prezidentas

Praėjusią savaitę buvau Monterėjuje, Kalifornijoje 3-asis tarptautinis simpoziumas apie vandenyną pasaulyje, kuriame daug CO2, kuris buvo kartu su BLUE Ocean Film Festival gretimame viešbutyje (bet tai jau visai kita istorija). Simpoziume prisijungiau prie šimtų kitų dalyvių, kad sužinočiau apie dabartinę žinių būklę ir galimus sprendimus, kaip spręsti padidėjusio anglies dioksido (CO2) poveikio mūsų vandenynų sveikatai ir gyvybei juose. Pasekmes vadiname vandenynų rūgštėjimu, nes mūsų vandenyno pH tampa žemesnis, todėl rūgštėja, o tai gali padaryti didelę žalą mums žinomoms vandenynų sistemoms.

Vandenyno rūgštėjimas

2012 m. didelio CO2 susitikimas buvo didžiulis šuolis nuo antrojo susitikimo Monake 2 m. Daugiau nei 2008 dalyvių ir 500 pranešėjai, atstovaujantys 146 tautoms, buvo susirinkę aptarti nagrinėjamų klausimų. Į jį pirmą kartą buvo įtraukti socialiniai ir ekonominiai tyrimai. Ir nors pagrindinis dėmesys vis dar buvo skirtas jūros gyvybės organizmų atsakui į vandenynų rūgštėjimą ir tai, ką tai reiškia vandenynų sistemai, visi sutiko, kad mūsų žinios apie poveikį ir galimus sprendimus per pastaruosius ketverius metus labai pažengė į priekį.

Savo ruožtu sėdėjau nustebęs, kai vienas po kito mokslininkai dėstė mokslo apie vandenynų rūgštėjimą (OA) istoriją, informaciją apie dabartinę mokslo būklę, žinias apie OA ir pirmuosius mūsų supratimą apie ekosistemos ir ekonominių pasekmių specifiką. šiltesnio vandenyno, kuris yra rūgštesnis ir kuriame mažesnis deguonies kiekis.

Kaip sakė dr. Sam Dupont iš Sven Lovén jūrų mokslų centro Kristineberge, Švedija:

Ką mes žinome?

Vandenyno rūgštėjimas yra tikras
Tai tiesiogiai kyla iš mūsų išmetamo anglies dioksido
Tai vyksta greitai
Poveikis yra tikras
Išnykimas yra tikras
Tai jau matoma sistemose
Pokyčiai įvyks

Karšta, rūgšta ir dusulys yra tos pačios ligos simptomai.

Ypač kartu su kitomis ligomis OA tampa didele grėsme.

Galime tikėtis daug kintamumo, taip pat teigiamų ir neigiamų perkeliamų padarinių.

Kai kurios rūšys pakeis elgesį OA.

Mes pakankamai žinome, kad galėtume veikti

Žinome, kad artėja didelė katastrofa

Mes žinome, kaip to išvengti

Mes žinome tai, ko nežinome

Mes žinome, ką turime daryti (moksle)

Mes žinome, į ką sutelksime dėmesį (pateiksime sprendimus)

Tačiau turėtume būti pasiruošę netikėtumams; mes taip visiškai sujaukėme sistemą.

Dr. Dupont užbaigė savo komentarus su savo dviejų vaikų nuotrauka su galingu ir įspūdingu dviejų sakinių teiginiu:

Aš ne aktyvistas, aš mokslininkas. Tačiau aš taip pat esu atsakingas tėvas.

Pirmasis aiškus teiginys, kad CO2 kaupimasis jūroje gali turėti „galimų katastrofiškų biologinių pasekmių“, buvo paskelbtas 1974 m. (Whitfield, M. 1974. Fossil CO2 kaupimasis atmosferoje ir jūroje. Nature 247:523-525.). Po ketverių metų, 1978 m., buvo nustatytas tiesioginis iškastinio kuro ryšys su CO2 aptikimu vandenyne. Nuo 1974 iki 1980 m. buvo pradėta daugybė tyrimų, rodančių tikrąjį vandenyno šarmingumo pokyčius. Ir galiausiai, 2004 m., vandenyno rūgštėjimo šmėkla (OA) tapo pripažinta plačiosios mokslo bendruomenės ir buvo surengtas pirmasis simpoziumas dėl didelio CO2 kiekio.

Kitą pavasarį jūrų finansuotojai buvo informuoti jų metiniame susitikime Monterėjuje, įskaitant kelionę, kad pamatytumėte pažangiausius Monterey Bay akvariumo tyrimų instituto (MBARI) tyrimus. Turėčiau pažymėti, kad daugumai iš mūsų teko priminti, ką reiškia pH skalė, nors atrodė, kad visi prisiminė lakmuso popierių skysčiams tirti vidurinės mokyklos gamtos mokslų klasėse. Laimei, ekspertai norėjo paaiškinti, kad pH skalė yra nuo 0 iki 14, o 7 yra neutralus. Kuo žemesnis pH, reiškia mažesnį šarmingumą arba didesnį rūgštingumą.

Šiuo metu tapo aišku, kad ankstyvas susidomėjimas vandenyno pH davė tam tikrų konkrečių rezultatų. Turime keletą patikimų mokslinių tyrimų, kurie mums sako, kad krintant vandenyno pH, kai kurios rūšys klestės, kai kurios išliks, kai kurios pakeičiamos, o daugelis išnyksta (tikimasi rezultatas – biologinės įvairovės nykimas, bet biomasės išlaikymas). Ši plati išvada yra laboratorinių eksperimentų, lauko ekspozicijos eksperimentų, stebėjimų natūraliai didelėse CO2 vietose ir tyrimų, kuriuose pagrindinis dėmesys buvo skiriamas ankstesnių OA įvykių istorijoje, iškastiniams įrašams rezultatas.

Ką žinome iš praeities vandenyno rūgštėjimo įvykių

Nors per 200 metų nuo pramonės revoliucijos matome vandenynų chemijos ir vandenyno paviršiaus temperatūros pokyčius, turime grįžti atgal laiku, kad galėtume palyginti kontrolinį darbą (bet ne per toli). Taigi ikikambro laikotarpis (pirmosios 7/8 Žemės geologinės istorijos) buvo nustatytas kaip vienintelis geras geologinis analogas (jei ne dėl kitų priežasčių, išskyrus panašias rūšis) ir apima kai kuriuos mažesnio pH laikotarpius. Šiais ankstesniais laikotarpiais buvo panašus didelis CO2 pasaulis su žemesniu pH, mažesniu deguonies lygiu ir šiltesne jūros paviršiaus temperatūra.

Tačiau istoriniuose įrašuose nėra nieko, kas prilygtų mums dabartinis pokyčių tempas pH arba temperatūros.

Paskutinis dramatiškas vandenyno rūgštėjimo įvykis žinomas kaip PETM arba paleoceno-eoceno terminis maksimumas, kuris įvyko prieš 55 milijonus metų ir yra geriausias mūsų palyginimas. Tai įvyko greitai (daugiau nei 2,000 metų), truko 50,000 XNUMX metų. Turime tvirtų duomenų/įrodymų, todėl mokslininkai tai naudoja kaip geriausią turimą analogą didžiuliam anglies išmetimui.

Tačiau tai nėra tobulas analogas. Šiuos išleidimus matuojame petagramomis. PgC yra anglies petagramos: 1 petagrama = 1015 gramų = 1 milijardas metrinių tonų. PETM yra laikotarpis, kai per kelis tūkstančius metų buvo išleista 3,000 PgC. Svarbu yra pokyčių greitis per pastaruosius 270 metų (pramonės revoliucija), nes į savo planetos atmosferą išpumpavome 5,000 PgC anglies. Tai reiškia, kad tada išleidimas buvo 1 PgC y-1, palyginti su pramonės revoliucija, tai yra 9 PgC y-1. Arba, jei esate tik tarptautinės teisės žmogus, kaip aš, tai reiškia, kad tai, ką mes padarėme per mažiau nei tris šimtmečius, yra akivaizdi tikrovė. 10 kartus blogiau nei tai, kas sukėlė išnykimo įvykius vandenyne PETM.

PETM vandenyno rūgštėjimo įvykis sukėlė didelių pokyčių pasaulio vandenynų sistemose, įskaitant kai kuriuos išnykimus. Įdomu tai, kad mokslas rodo, kad bendra biomasė išliko maždaug vienoda, o dinoflagelatų žydėjimas ir panašūs įvykiai kompensavo kitų rūšių nykimą. Iš viso geologiniai įrašai rodo daugybę pasekmių: žydėjimą, išnykimą, apyvartą, kalcifikacijos pokyčius ir nykštukumą. Taigi, OA sukelia reikšmingą biotinę reakciją net tada, kai pokyčių greitis yra daug lėtesnis nei dabartinis anglies emisijos greitis. Tačiau, kadangi ji buvo daug lėtesnė, „ateitis yra neatrasta teritorija daugelio šiuolaikinių organizmų evoliucijos istorijoje“.

Taigi šis antropogeninis OA įvykis lengvai padidins PETM poveikį. IR turėtume tikėtis, kad pasikeis pokyčiai, nes mes taip sutrikdėme sistemą. Vertimas: Tikėkitės, kad būsite nustebinti.

Ekosistemos ir rūšių atsakas

Vandenyno rūgštėjimas ir temperatūros pokyčiai turi įtakos anglies dioksidui (CO2). Ir nors jie gali bendrauti, jie neveikia lygiagrečiai. PH pokyčiai yra tiesiškesni, su mažesniais nuokrypiais ir yra homogeniškesni skirtingose ​​geografinėse erdvėse. Temperatūra yra daug labiau kintama, su dideliais nuokrypiais ir iš esmės kinta erdvėje.

Temperatūra yra dominuojantis vandenyno pokyčių variklis. Taigi nenuostabu, kad pokyčiai sukelia rūšių pasiskirstymą tiek, kiek jos gali prisitaikyti. Ir mes turime atsiminti, kad visos rūšys turi aklimatizavimo galimybių ribas. Žinoma, kai kurios rūšys išlieka jautresnės nei kitos, nes jos turi siauresnes temperatūros ribas, kuriose jos klesti. Ir, kaip ir kiti stresoriai, ekstremalios temperatūros padidina jautrumą didelio CO2 poveikiui.

Kelias atrodo taip:

CO2 emisija → OA → biofizinis poveikis → ekosistemų paslaugų praradimas (pvz., rifas miršta ir nebesustabdo audros bangų) → socialinis ir ekonominis poveikis (kai audros banga nuneša miesto prieplauką)

Kartu pažymint, kad ekosistemų paslaugų paklausa auga augant gyventojų skaičiui ir didėjant pajamoms (turtui).

Siekdami pažvelgti į poveikį, mokslininkai išnagrinėjo įvairius švelninimo scenarijus (skirtingą pH pokyčio greitį), palyginti su status quo išlaikymu, dėl kurio kyla pavojus:

Įvairovės supaprastinimas (iki 40%), taigi ir ekosistemos kokybės pablogėjimas
Gausumui įtakos turi mažai arba visai nėra
Vidutinis įvairių rūšių dydis sumažėja 50 proc.
OA sukelia kalcifikatorių (organizmų, kurių struktūrą sudaro kalcio pagrindu pagamintos medžiagos) dominavimą.

Nėra vilties, kad išliks koralai, kurie visiškai priklauso nuo tam tikro pH vandens (o šalto vandens koralams problemą paaštrins aukštesnė temperatūra);
Gastropodai (plonalukštės jūrinės sraigės) yra jautriausi iš moliuskų;
Tai daro didelį poveikį vandens bestuburiams, turintiems egzoskeletą, įskaitant įvairių rūšių moliuskus, vėžiagyvius ir dygiaodžius (pagalvokite apie moliuskus, omarus ir ežius).
Šioje rūšių kategorijoje nariuotakojų (pvz., krevečių) būklė nėra tokia bloga, tačiau yra aiškus jų nykimo ženklas.

Kiti bestuburiai greičiau prisitaiko (pvz., medūzos ar kirminai)
Žuvis, ne tiek daug, o žuvys taip pat gali neturėti kur migruoti (pavyzdžiui, Pietų Australijoje)
Tam tikra sėkmė jūrų augalams, kurie gali klestėti vartodami CO2
Tam tikra evoliucija gali įvykti per palyginti trumpą laiką, o tai gali reikšti viltį
Mažiau jautrių rūšių ar rūšių populiacijų evoliucinis gelbėjimas nuo nuolatinės genetinės variacijos dėl pH tolerancijos (tai matome iš veisimo eksperimentų arba dėl naujų mutacijų (kurios yra retos))

Taigi, pagrindinis klausimas išlieka: kurias rūšis paveiks OA? Puikiai žinome atsakymą: dvigeldžiai, vėžiagyviai, kalcifikuotojų plėšrūnai ir pagrindiniai plėšrūnai apskritai. Nesunku įsivaizduoti, kokios sunkios finansinės pasekmės bus vien vėžiagyvių, jūros gėrybių ir nardymo turizmo pramonei, o tuo labiau kitoms tiekėjų ir paslaugų tinkle. O susidūrus su didžiulės problemos galimybe, gali būti sunku sutelkti dėmesį į sprendimus.

Koks turėtų būti mūsų atsakas

Didėjantis CO2 yra pagrindinė (ligos) priežastis [tačiau kaip ir rūkymas, labai sunku priversti rūkalius mesti rūkyti]

Turime gydyti simptomus [aukštas kraujospūdis, emfizema]
Turime sumažinti kitus stresorius [sumažinti gėrimą ir persivalgymą]

Norint sumažinti vandenynų rūgštėjimo šaltinius, reikia tvarių šaltinių mažinimo pastangų tiek pasauliniu, tiek vietiniu mastu. Pasaulinis anglies dioksido išmetimas yra didžiausias vandenynų rūgštėjimo veiksnys pasaulio vandenyno mastu, todėl turime jį sumažinti. Vietiniai azoto ir anglies priedai iš taškinių šaltinių, netaškinių šaltinių ir natūralių šaltinių gali sustiprinti vandenyno rūgštėjimo poveikį, sudarydami sąlygas, kurios dar labiau paspartins pH mažinimą. Vietinės oro taršos (ypač anglies dioksido, azoto ir sieros oksido) nusėdimas taip pat gali prisidėti prie pH sumažėjimo ir rūgštėjimo. Vietiniai veiksmai gali padėti sulėtinti rūgštėjimo tempą. Taigi, turime kiekybiškai įvertinti pagrindinius antropogeninius ir natūralius procesus, prisidedančius prie rūgštėjimo.

Toliau pateikiami prioritetiniai, trumpalaikiai veiksmai sprendžiant vandenynų rūgštėjimo problemą.

1. Greitai ir žymiai sumažinkite pasaulinį anglies dioksido išmetimą, kad sušvelnintumėte ir pakeistumėte mūsų vandenynų rūgštėjimą.
2. Apriboti maistinių medžiagų išmetimą į jūros vandenis iš mažų ir didelių vietinių nuotekų sistemų, komunalinių nuotekų įrenginių ir žemės ūkio, taip apribodami vandenynų gyvybei keliamus streso veiksnius, kad būtų lengviau prisitaikyti ir išgyventi.
3. Įgyvendinti veiksmingą švaraus vandens stebėseną ir geriausią valdymo praktiką, taip pat peržiūrėti esamus ir (arba) priimti naujus vandens kokybės standartus, kad jie būtų susiję su vandenynų rūgštėjimu.
4. Ištirti vėžiagyvių ir kitų pažeidžiamų jūrų rūšių selektyvų veisimąsi, siekiant toleruoti vandenynų rūgštėjimą.
5. Nustatykite, stebėkite ir valdykite jūrų vandenis ir rūšis, esančias potencialiuose prieglobsčiuose nuo vandenynų rūgštėjimo, kad jie galėtų ištverti tuo pačiu metu patiriamą įtampą.
6. Suprasti ryšį tarp vandens chemijos kintamųjų ir vėžiagyvių gamybos bei išlikimo peryklose ir natūralioje aplinkoje, skatinant mokslininkų, vadovų ir vėžiagyvių augintojų bendradarbiavimą. Taip pat nustatykite įspėjimo ir reagavimo pajėgumus, kai stebėjimas rodo žemo pH vandens šuolį, kuris kelia grėsmę jautrioms buveinėms arba vėžiagyvių pramonės veiklai.
7. Atkurkite jūržoles, mangroves, pelkių žoles ir kt., kurios sugers ir sulaikys ištirpusią anglį jūros vandenyse ir užkirs kelią (arba lėtam) tų jūrų vandenų pH pokyčiams.
8. Šviesti visuomenę apie vandenynų rūgštėjimo problemą ir jos pasekmes jūrų ekosistemoms, ekonomikai ir kultūroms

Geros naujienos yra tai, kad visose šiose srityse daroma pažanga. Pasaulyje dešimtys tūkstančių žmonių stengiasi sumažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų (įskaitant CO2) išmetimą tarptautiniu, nacionaliniu ir vietos lygiu (1 punktas). O JAV 8 punktas yra pagrindinis NVO koalicijos, kurią koordinuoja mūsų draugai iš Ocean Conservancy, dėmesys. 7 elementui – TOF šeimininkai mūsų pačių pastangomis atkurti pažeistas jūržolių pievas. Tačiau įdomiai plėtodami 2–7 punktus, dirbame su pagrindiniais valstybės sprendimus priimančiais asmenimis keturiose pakrantės valstybėse, siekdami parengti, dalytis ir pristatyti teisės aktus, skirtus OA problemai spręsti. Esamas vandenynų rūgštėjimo poveikis vėžiagyviams ir kitiems jūrų gyvūnams Vašingtono ir Oregono pakrančių vandenyse paskatino imtis veiksmų įvairiais būdais.

Visi konferencijos pranešėjai aiškiai parodė, kad reikia daugiau informacijos, ypač apie tai, kur greitai keičiasi pH, kurios rūšys galės klestėti, išgyventi ar prisitaikyti, ir apie veikiančias vietines bei regionines strategijas. Tuo pačiu metu pamoka buvo ta, kad nors nežinome visko, ką norime žinoti apie vandenynų rūgštėjimą, galime ir turėtume imtis veiksmų, kad sumažintume jo poveikį. Mes ir toliau dirbsime su savo donorais, patarėjais ir kitais TOF bendruomenės nariais, kad palaikytume sprendimus.