Deadly Serious: zure oceanen en wat we moeten doen

door Mark J. Spalding, voorzitter van The Ocean Foundation

Vorige week was ik in Monterey, Californië voor de 3e internationaal symposium over de oceaan in een wereld met een hoog CO2-gehalte, die gelijktijdig met de BLUE Ocean Filmfestival in het naastgelegen hotel (maar dat is een heel ander verhaal om te vertellen). Tijdens het symposium hoorde ik samen met honderden andere aanwezigen over de huidige stand van kennis en mogelijke oplossingen om de effecten van verhoogde koolstofdioxide (CO2) op de gezondheid van onze oceanen en het leven daarin aan te pakken. We noemen de gevolgen oceaanverzuring omdat de pH van onze oceaan lager en dus zuurder wordt, met aanzienlijke potentiële schade aan oceaansystemen zoals we die kennen.

Verzuring van de oceaan

De High CO2012-bijeenkomst van 2 was een enorme sprong voorwaarts ten opzichte van de 2e bijeenkomst in Monaco in 2008. Meer dan 500 aanwezigen en 146 sprekers, die 37 landen vertegenwoordigden, waren bijeengekomen om de actuele kwesties te bespreken. Het omvatte een eerste grote opname van sociaal-economische studies. En hoewel de primaire focus nog steeds lag op de reacties van het zeeleven op de verzuring van de oceaan en wat dat betekent voor het oceaansysteem, was iedereen het erover eens dat onze kennis over effecten en mogelijke oplossingen de afgelopen vier jaar enorm is verbeterd.

Van mijn kant zat ik vol verbazing toen de ene wetenschapper na de andere een geschiedenis gaf van de wetenschap rond oceaanverzuring (OA), informatie over de huidige stand van de wetenschappelijke kennis over OA en onze eerste vermoedens van details over het ecosysteem en de economische gevolgen van een warmere oceaan die zuurder is en een lager zuurstofgehalte heeft.

Zoals Dr. Sam Dupont van The Sven Lovén Centre for Marine Sciences – Kristineberg, Zweden zei:

Wat weten we?

Oceaanverzuring is reëel
Het is rechtstreeks afkomstig van onze koolstofemissies
Het gaat snel
Impact is zeker
Uitsterven is zeker
Het is al zichtbaar in de systemen
Verandering zal gebeuren

Heet, zuur en buiten adem zijn allemaal symptomen van dezelfde ziekte.

Vooral in combinatie met andere ziekten wordt artrose een grote bedreiging.

We kunnen veel variabiliteit verwachten, evenals positieve en negatieve overdrachtseffecten.

Sommige soorten zullen het gedrag onder OA veranderen.

We weten genoeg om te handelen

We weten dat er een grote catastrofale gebeurtenis aankomt

We weten hoe we het kunnen voorkomen

We weten wat we niet weten

We weten wat we moeten doen (in de wetenschap)

We weten waar we ons op gaan richten (oplossingen brengen)

Maar we moeten voorbereid zijn op verrassingen; we hebben het systeem zo volledig verstoord.

Dr. Dupont sloot zijn commentaar af met een foto van zijn twee kinderen met een krachtige en opvallende uitspraak van twee zinnen:

Ik ben geen activist, ik ben een wetenschapper. Maar ik ben ook een verantwoordelijke vader.

De eerste duidelijke verklaring dat CO2-accumulatie in de zee "mogelijk catastrofale biologische gevolgen" zou kunnen hebben, werd gepubliceerd in 1974 (Whitfield, M. 1974. Accumulatie van fossiele CO2 in de atmosfeer en in de zee. Natuur 247:523-525.). Vier jaar later, in 1978, werd de directe koppeling van fossiele brandstoffen aan CO2-detectie in de oceaan tot stand gebracht. Tussen 1974 en 1980 begonnen talloze onderzoeken de daadwerkelijke verandering in de alkaliteit van de oceaan aan te tonen. En tot slot, in 2004, werd het spookbeeld van oceaanverzuring (OA) geaccepteerd door de wetenschappelijke gemeenschap in het algemeen, en werden de eerste van de hoge CO2-symposia gehouden.

Het volgende voorjaar werden de mariene financiers geïnformeerd tijdens hun jaarlijkse bijeenkomst in Monterey, inclusief een excursie om baanbrekend onderzoek te zien aan het Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI). Ik moet opmerken dat de meesten van ons eraan herinnerd moesten worden wat de pH-schaal betekent, hoewel iedereen zich leek te herinneren dat hij het lakmoespapier gebruikte om vloeistoffen te testen in de klaslokalen van de middelbare school. Gelukkig waren de experts bereid uit te leggen dat de pH-schaal van 0 tot 14 is, waarbij 7 neutraal is. Hoe lager de pH, hoe lager de alkaliteit of hoe hoger de zuurgraad.

Op dit punt is het duidelijk geworden dat de vroege interesse in de pH van de oceaan enkele concrete resultaten heeft opgeleverd. We hebben enkele geloofwaardige wetenschappelijke studies die ons vertellen dat als de pH van de oceaan daalt, sommige soorten zullen gedijen, sommige overleven, sommige worden vervangen en vele uitsterven (het verwachte resultaat is verlies van biodiversiteit, maar behoud van biomassa). Deze brede conclusie is het resultaat van laboratoriumexperimenten, experimenten met blootstelling in het veld, observaties op locaties met een natuurlijk hoog CO2-gehalte en studies gericht op fossielen van eerdere OA-gebeurtenissen in de geschiedenis.

Wat we weten van eerdere oceaanverzuringsgebeurtenissen

Hoewel we veranderingen kunnen zien in de chemie van de oceaan en de oppervlaktetemperatuur van de oceaanzee gedurende de 200 jaar sinds de industriële revolutie, moeten we verder terug in de tijd gaan voor een controlevergelijking (maar niet te ver terug). Dus de Pre-Cambrische periode (de eerste 7/8 s van de geologische geschiedenis van de aarde) is geïdentificeerd als de enige goede geologische analoog (al was het om geen andere reden dan vergelijkbare soorten) en omvat enkele perioden met een lagere pH. Deze voorgaande perioden kenden een vergelijkbare hoge CO2-wereld met een lagere pH, lagere zuurstofniveaus en warmere zeeoppervlaktetemperaturen.

Er is echter niets in het historische record dat gelijk is aan het onze huidige veranderingssnelheid van pH of temperatuur.

De laatste dramatische verzuring van de oceaan staat bekend als PETM, of het Paleoceen-Eoceen Thermal Maximum, dat 55 miljoen jaar geleden plaatsvond en onze beste vergelijking is. Het gebeurde snel (over ongeveer 2,000 jaar) het duurde 50,000 jaar. We hebben er sterke gegevens/bewijs voor - en daarom gebruiken wetenschappers het als onze best beschikbare analoog voor een enorme koolstofafgifte.

Het is echter geen perfecte analoog. We meten deze releases in petagrammen. PgC zijn petagrammen van koolstof: 1 petagram = 1015 gram = 1 miljard ton. De PETM vertegenwoordigt een periode waarin 3,000 PgC werden vrijgegeven gedurende een paar duizend jaar. Waar het om gaat is de mate van verandering in de afgelopen 270 jaar (de industriële revolutie), aangezien we 5,000 PgC koolstof in de atmosfeer van onze planeet hebben gepompt. Dit betekent dat er toen 1 PgC j-1 vrijkwam in vergelijking met de industriële revolutie, dat is 9 PgC j-1. Of, als je gewoon een internationale jurist bent zoals ik, vertaalt dit zich naar de grimmige realiteit dat wat we in iets minder dan drie eeuwen hebben gedaan, 10 is erger dan wat de uitstervingsgebeurtenissen in de oceaan bij PETM veroorzaakte.

De PETM-verzuring van de oceaan veroorzaakte grote veranderingen in de wereldwijde oceaansystemen, waaronder enkele uitstervingen. Interessant is dat de wetenschap aangeeft dat de totale biomassa ongeveer gelijk bleef, met dinoflagellaatbloei en soortgelijke gebeurtenissen die het verlies van andere soorten compenseerden. In totaal laat het geologische record een breed scala aan gevolgen zien: bloei, uitsterving, omzet, veranderingen in verkalking en dwerggroei. OA veroorzaakt dus een significante biotische reactie, zelfs wanneer de snelheid van verandering veel langzamer is dan onze huidige snelheid van koolstofemissies. Maar omdat het veel langzamer was, is de "toekomst onbekend terrein in de evolutionaire geschiedenis van de meeste moderne organismen."

Dit antropogene OA-evenement zal dus gemakkelijk PETM overtreffen in impact. EN, we zouden veranderingen moeten verwachten in de manier waarop verandering plaatsvindt, omdat we het systeem zo hebben verstoord. Vertaling: Verwacht verrast te worden.

Ecosysteem en soortenrespons

Verzuring van de oceaan en temperatuurverandering hebben beide kooldioxide (CO2) als drijfveer. En hoewel ze kunnen communiceren, lopen ze niet parallel. Veranderingen in pH zijn meer lineair, met kleinere afwijkingen, en zijn homogener in verschillende geografische ruimten. De temperatuur is veel variabeler, met grote afwijkingen, en is ruimtelijk substantieel variabel.

Temperatuur is de dominante motor van verandering in de oceaan. Het is dus geen verrassing dat verandering een verschuiving veroorzaakt in de verspreiding van soorten voor zover ze zich kunnen aanpassen. En we moeten niet vergeten dat alle soorten grenzen hebben aan hun aanpassingsvermogen. Natuurlijk blijven sommige soorten gevoeliger dan andere omdat ze nauwere temperatuurgrenzen hebben waarin ze gedijen. En, net als andere stressfactoren, verhogen extreme temperaturen de gevoeligheid voor de effecten van een hoge CO2-uitstoot.

Het traject ziet er als volgt uit:

CO2 uitstoot → OA → biofysische impact → verlies van ecosysteemdiensten (bijv. een rif sterft af en houdt stormvloeden niet meer tegen) → sociaal-economische impact (wanneer de stormvloedkering de stadspier uitschakelt)

Tegelijkertijd constateren dat de vraag naar ecosysteemdiensten toeneemt met bevolkingsgroei en stijgend inkomen (vermogen).

Om naar de effecten te kijken, hebben wetenschappers verschillende mitigatiescenario's (verschillende snelheden van pH-verandering) onderzocht in vergelijking met het handhaven van de status-quo die risico's met zich meebrengt:

Vereenvoudiging van diversiteit (tot 40%), en daarmee een vermindering van de ecosysteemkwaliteit
Er is weinig of geen invloed op overvloed
Gemiddelde grootte van verschillende soorten neemt af met 50%
OA veroorzaakt verschuiving weg van dominantie door calcifiers (organismen waarvan de structuur is gevormd uit op calcium gebaseerd materiaal):

Geen hoop op overleving van koralen die volkomen afhankelijk zijn van water met een bepaalde pH om te overleven (en voor koudwaterkoralen zullen warmere temperaturen het probleem verergeren);
Gastropoden (zeeslakken met dunne schil) zijn de meest gevoelige van de weekdieren;
Er is een grote impact op exoskeletdragende ongewervelde waterdieren, waaronder verschillende soorten weekdieren, schaaldieren en stekelhuidigen (denk aan kokkels, kreeften en zee-egels)
Binnen deze categorie soorten zijn geleedpotigen (zoals garnalen) er niet zo slecht aan toe, maar er is een duidelijk signaal van achteruitgang

Andere ongewervelde dieren passen zich sneller aan (zoals kwallen of wormen)
Vissen, niet zo veel, en vissen hebben misschien ook geen plek om naartoe te migreren (bijvoorbeeld in Zuidoost-Australië)
Enig succes voor zeeplanten die kunnen gedijen op het consumeren van CO2
Enige evolutie kan plaatsvinden op relatief korte tijdschalen, wat hoop kan betekenen
Evolutionaire redding door minder gevoelige soorten of populaties binnen soorten van bestaande genetische variatie voor pH-tolerantie (we kunnen dit zien uit kweekexperimenten; of uit nieuwe mutaties (die zeldzaam zijn))

De hamvraag blijft dus: welke soorten zullen door artrose worden aangetast? We hebben een goed idee van het antwoord: tweekleppige dieren, schaaldieren, roofdieren van calcifiers en toppredatoren in het algemeen. Het is niet moeilijk voor te stellen hoe ernstig de financiële gevolgen zullen zijn voor alleen de schelpdier-, zeevrucht- en duiktoerisme-industrieën, laat staan ​​voor anderen in het netwerk van leveranciers en service. En ondanks de enorme omvang van het probleem kan het moeilijk zijn om op oplossingen te focussen.

Wat onze reactie zou moeten zijn

Stijgende CO2 is de hoofdoorzaak (van de ziekte) [maar net als bij roken is het heel moeilijk om de roker te laten stoppen]

We moeten de symptomen behandelen [hoge bloeddruk, emfyseem]
We moeten andere stressfactoren verminderen [bezuinigen op drinken en te veel eten]

Het terugdringen van de bronnen van oceaanverzuring vereist aanhoudende inspanningen om de bron te verminderen, zowel op mondiaal als op lokaal niveau. De wereldwijde uitstoot van koolstofdioxide is de grootste oorzaak van de verzuring van de oceanen op de schaal van de oceanen in de wereld, dus we moeten ze terugdringen. Lokale toevoegingen van stikstof en koolstof uit puntbronnen, niet-puntbronnen en natuurlijke bronnen kunnen de effecten van oceaanverzuring verergeren door omstandigheden te creëren die pH-verlagingen verder versnellen. Depositie van lokale luchtverontreiniging (met name koolstofdioxide, stikstof en zwaveloxide) kan ook bijdragen aan een verlaagde pH en verzuring. Lokale actie kan het tempo van de verzuring helpen vertragen. We moeten dus de belangrijkste antropogene en natuurlijke processen die bijdragen aan verzuring kwantificeren.

Hieronder volgen prioritaire actiepunten op korte termijn om de verzuring van de oceaan aan te pakken.

1. Snel en aanzienlijk de wereldwijde uitstoot van kooldioxide verminderen om de verzuring van onze oceanen te verminderen en om te keren.
2. Beperk de lozing van nutriënten in de zeewateren via kleine en grote rioleringen ter plaatse, gemeentelijke afvalwatervoorzieningen en de landbouw, en beperk zo de stressfactoren voor het leven in de oceaan om aanpassing en overleving te ondersteunen.
3. Implementeer effectieve monitoring van schoon water en beste beheerpraktijken, en herzie bestaande en/of adopteer nieuwe waterkwaliteitsnormen om ze relevant te maken voor de verzuring van de oceaan.
4. Onderzoek selectief fokken op oceaanverzuringstolerantie bij schelpdieren en andere kwetsbare mariene soorten.
5. Identificeer, bewaak en beheer de mariene wateren en soorten in potentiële toevluchtsoorden tegen verzuring van de oceaan, zodat ze gelijktijdige spanningen kunnen doorstaan.
6. Begrijp het verband tussen variabelen in de waterchemie en de productie en overleving van schelpdieren in broederijen en in de natuurlijke omgeving, waarbij samenwerking tussen wetenschappers, managers en schelpdierkwekers wordt bevorderd. En stel een noodwaarschuwing en responscapaciteit in wanneer monitoring een piek in water met een lage pH aangeeft die een bedreiging vormt voor gevoelige habitats of activiteiten in de schelpdierindustrie.
7. Herstel zeegras, mangroven, moerasgras etc. dat opgeloste koolstof in zeewater opneemt en fixeert en plaatselijk veranderingen in de pH van die zeewateren voorkomt (of vertraagt)
8. Het publiek voorlichten over het probleem van oceaanverzuring en de gevolgen daarvan voor mariene ecosystemen, economie en culturen

Het goede nieuws is dat er op al deze fronten vooruitgang wordt geboekt. Wereldwijd werken tienduizenden mensen aan het terugdringen van de uitstoot van broeikasgassen (waaronder CO2) op internationaal, nationaal en lokaal niveau (punt 1). En in de VS is punt 8 de primaire focus van een coalitie van ngo's die wordt gecoördineerd door onze vrienden van Ocean Conservancy. Voor item 7, TOF-hosts onze eigen inspanning om beschadigde zeegrasweiden te herstellen. Maar in een opwindende ontwikkeling voor items 2-7 werken we samen met belangrijke besluitvormers in vier kuststaten om wetgeving te ontwikkelen, te delen en in te voeren die is ontworpen om artrose aan te pakken. De bestaande effecten van oceaanverzuring op schelpdieren en ander zeeleven in de kustwateren van Washington en Oregon hebben op een aantal manieren tot actie geleid.

Alle sprekers op de conferentie maakten duidelijk dat er meer informatie nodig is, vooral over waar de pH snel verandert, welke soorten zullen kunnen gedijen, overleven of zich kunnen aanpassen, en lokale en regionale strategieën die werken. Tegelijkertijd was de belangrijkste les dat hoewel we niet alles weten wat we willen weten over de verzuring van de oceaan, we stappen kunnen en moeten ondernemen om de gevolgen ervan te verzachten. We zullen blijven samenwerken met onze donateurs, adviseurs en andere leden van de TOF-gemeenschap om de oplossingen te ondersteunen.