Deadly Serious: Acid Oceans and What We Must Do

av Mark J. Spalding, president for The Ocean Foundation

Forrige uke var jeg i Monterey, California for 3rd International Symposium on the Ocean in a High CO2 World, som var samtidig med BLUE Ocean Film Festival på hotellet ved siden av (men det er en helt annen historie å fortelle). På symposiet ble jeg sammen med hundrevis av andre deltakere for å lære om den nåværende kunnskapsstatusen og potensielle løsninger for å adressere effektene av forhøyet karbondioksid (CO2) på helsen til hav og livet innenfor. Vi kaller konsekvensene havforsuring fordi pH i havet blir lavere og dermed surere, med betydelig potensiell skade på havsystemer slik vi kjenner dem.

havforsuring

Høy CO2012-møtet i 2 var et stort steg fra det andre møtet i Monaco i 2. Over 2008 deltakere og 500 foredragsholdere, som representerte 146 nasjoner, var samlet for å diskutere problemene. Det inkluderte en første større inkludering av sosioøkonomiske studier. Og mens hovedfokuset fortsatt var på marine organismers respons på havforsuring og hva det betyr for havsystemet, var alle enige om at kunnskapen vår om effekter og potensielle løsninger har utviklet seg betydelig de siste fire årene.

For min del satt jeg henrykt overrasket da den ene forsker etter den andre ga en historie om vitenskapen rundt havforsuring (OA), informasjon om den nåværende vitenskapelige kunnskapen om OA, og våre første antydninger om detaljer om økosystemet og økonomiske konsekvenser av et varmere hav som er surere og har lavere oksygennivå.

Som Dr. Sam Dupont fra Sven Lovén Center for Marine Sciences – Kristineberg, Sverige sa:

Hva vet vi?

Havforsuring er ekte
Det kommer direkte fra karbonutslippene våre
Det skjer raskt
Virkningen er sikker
Utryddelser er sikre
Det er allerede synlig i systemene
Endring vil skje

Varmt, surt og andpusten er alle symptomer på samme sykdom.

Spesielt i kombinasjon med andre sykdommer blir OA en stor trussel.

Vi kan forvente mye variasjon, samt positive og negative overføringseffekter.

Noen arter vil endre atferd under OA.

Vi vet nok til å handle

Vi vet at en stor katastrofal hendelse kommer

Vi vet hvordan vi kan forhindre det

Vi vet det vi ikke vet

Vi vet hva vi trenger å gjøre (i vitenskapen)

Vi vet hva vi vil fokusere på (å bringe løsninger)

Men vi bør være forberedt på overraskelser; vi har så fullstendig forstyrret systemet.

Dr. Dupont avsluttet kommentarene sine med et bilde av sine to barn med en kraftig og slående uttalelse i to setninger:

Jeg er ikke en aktivist, jeg er en vitenskapsmann. Men jeg er også en ansvarlig far.

Det første klare utsagnet om at CO2-akkumulering i havet kan ha «mulige katastrofale biologiske konsekvenser» ble publisert i 1974 (Whitfield, M. 1974. Akkumulering av fossil CO2 i atmosfæren og i havet. Nature 247:523-525.). Fire år senere, i 1978, ble den direkte koblingen av fossilt brensel til CO2-deteksjon i havet etablert. Mellom 1974 og 1980 begynte en rekke studier for å demonstrere den faktiske endringen i havets alkalinitet. Og til slutt, i 2004, ble spekteret av havforsuring (OA) akseptert av det vitenskapelige samfunnet for øvrig, og det første av høy CO2-symposia ble holdt.

Våren etter ble de marine finansiererne orientert på sitt årlige møte i Monterey, inkludert en ekskursjon for å se litt banebrytende forskning ved Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI). Jeg bør merke meg at de fleste av oss måtte bli minnet om hva pH-skalaen betyr, selv om alle så ut til å huske å bruke lakmuspapiret til å teste væsker i naturfagklasserom på ungdomsskolen. Heldigvis var ekspertene villige til å forklare at pH-skalaen er fra 0 til 14, hvor 7 er nøytral. Jo lavere pH, betyr lavere alkalitet, eller mer surhet.

På dette tidspunktet har det blitt klart at den tidlige interessen for havets pH har gitt noen konkrete resultater. Vi har noen troverdige vitenskapelige studier, som forteller oss at når havets pH faller, vil noen arter trives, noen overleve, noen blir erstattet, og mange dør ut (det forventede resultatet er tap av biologisk mangfold, men opprettholdelse av biomasse). Denne brede konklusjonen er resultatet av laboratorieeksperimenter, felteksponeringseksperimenter, observasjoner på steder med naturlig høy CO2 og studier fokusert på fossilregistreringer fra tidligere OA-hendelser i historien.

Hva vi vet fra tidligere havforsuringshendelser

Selv om vi kan se endringer i havkjemi og havoverflatetemperatur i løpet av de 200 noen årene siden den industrielle revolusjonen, må vi gå lenger tilbake i tid for en kontrollsammenligning (men ikke for langt tilbake). Så den førkambriske perioden (de første 7/8s av jordens geologiske historie) har blitt identifisert som den eneste gode geologiske analogen (om ikke for andre grunner enn lignende arter) og inkluderer noen perioder med lavere pH. Disse tidligere periodene opplevde en lignende verden med høy CO2 med lavere pH, lavere oksygennivå og varmere havoverflatetemperaturer.

Det er imidlertid ingenting i den historiske opptegnelsen som tilsvarer vår gjeldende endringshastighet av pH eller temperatur.

Den siste dramatiske havforsuringshendelsen er kjent som PETM, eller Paleocene–Eocene Thermal Maximum, som fant sted for 55 millioner år siden og er vår beste sammenligning. Det skjedde raskt (over ca. 2,000 år) det varte i 50,000 år. Vi har sterke data/bevis for det – og derfor bruker forskere den som vår beste tilgjengelige analog for en massiv karbonutslipp.

Det er imidlertid ikke en perfekt analog. Vi måler disse utgivelsene i petagrammer. PgC er petagrams av karbon: 1 petagram = 1015 gram = 1 milliard metriske tonn. PETM representerer en periode da 3,000 PgC ble sluppet ut over noen tusen år. Det som betyr noe er endringshastigheten de siste 270 årene (den industrielle revolusjonen), ettersom vi har pumpet 5,000 PgC karbon inn i planetens atmosfære. Dette betyr at utgivelsen da var 1 PgC y-1 sammenlignet med den industrielle revolusjonen, som er 9 PgC y-1. Eller, hvis du bare er en folkerettslig fyr som meg, betyr dette den sterke virkeligheten at det vi har gjort på knappe tre århundrer er 10 ganger verre enn det som forårsaket utryddelseshendelsene i havet ved PETM.

PETM havforsuringshendelsen forårsaket store endringer i de globale havsystemene, inkludert noen utryddelser. Interessant nok indikerer vitenskapen at total biomasse holdt seg omtrent jevnt, med dinoflagellatoppblomstringer og lignende hendelser som oppveide tapet av andre arter. Totalt viser den geologiske oversikten et bredt spekter av konsekvenser: oppblomstring, utryddelse, omsetninger, forkalkningsendringer og dvergvekst. Dermed forårsaker OA en betydelig biotisk reaksjon selv når endringshastigheten er mye langsommere enn vår nåværende rate av karbonutslipp. Men fordi det var mye tregere, er "fremtiden ukjent territorium i evolusjonshistorien til de fleste moderne organismer."

Dermed vil denne menneskeskapte OA-hendelsen lett toppe PETM i innvirkning. OG vi bør forvente å se endringer i hvordan endring skjer fordi vi har så forstyrret systemet. Oversettelse: Forvent å bli overrasket.

Økosystem- og artsrespons

Havforsuring og temperaturendringer har begge karbondioksid (CO2) som driver. Og selv om de kan samhandle, kjører de ikke parallelt. Endringer i pH er mer lineære, med mindre avvik, og er mer homogene i forskjellige geografiske rom. Temperaturen er langt mer variabel, med store avvik, og er vesentlig variabel romlig.

Temperaturen er den dominerende drivkraften for endring i havet. Det er derfor ikke en overraskelse at endring forårsaker en endring i distribusjon av arter i den grad de kan tilpasse seg. Og vi må huske at alle arter har grenser for akklimatiseringskapasitet. Selvfølgelig forblir noen arter mer følsomme enn andre fordi de har smalere temperaturgrenser som de trives i. Og, som andre stressfaktorer, øker ekstreme temperaturer følsomheten for effektene av høy CO2.

Banen ser slik ut:

CO2-utslipp → OA → biofysisk påvirkning → tap av økosystemtjenester (f.eks. dør et skjær, og stopper ikke lenger stormflo) → sosioøkonomisk innvirkning (når stormfloen tar ut bybrygga)

Merker samtidig at etterspørselen etter økosystemtjenester øker med befolkningsvekst og økende inntekt (rikdom).

For å se på effektene, har forskere undersøkt ulike avbøtende scenarier (ulike hastigheter på pH-endring) sammenlignet med å opprettholde status quo som risikerer:

Forenkling av mangfold (opptil 40%), og dermed reduksjon av økosystemkvalitet
Det er liten eller ingen innvirkning på overflod
Gjennomsnittlig størrelse på ulike arter reduseres med 50 %
OA forårsaker forskyvning fra dominans av forkalkningsmidler (organismer hvis struktur er dannet av kalsiumbasert materiale):

Ingen håp for overlevelse av koraller som er helt avhengige av vann ved en viss pH for å overleve (og for kaldtvannskoraller vil varmere temperaturer forverre problemet);
Gastropoder (tynt-skallede havsnegler) er de mest følsomme av bløtdyrene;
Det er en stor innvirkning på eksoskjelettbærende akvatiske virvelløse dyr, inkludert ulike arter av bløtdyr, krepsdyr og pigghuder (tenk muslinger, hummer og kråkeboller)
Innenfor denne kategorien arter har leddyr (som reker) det ikke like dårlig, men det er et tydelig signal om deres tilbakegang

Andre virvelløse dyr tilpasser seg raskere (som maneter eller ormer)
Fisk, ikke så mye, og fisk har kanskje heller ikke noe sted å migrere til (for eksempel i SE Australia)
Noe suksess for marine planter som kan trives med å konsumere CO2
Noe evolusjon kan skje på relativt korte tidsskalaer, noe som kan bety håp
Evolusjonær redning av mindre følsomme arter eller populasjoner innen arter fra stående genetisk variasjon for pH-toleranse (vi kan se dette fra avlseksperimenter; eller fra nye mutasjoner (som er sjeldne))

Så nøkkelspørsmålet gjenstår: Hvilken art vil bli påvirket av OA? Vi har en god idé om svaret: muslinger, krepsdyr, rovdyr av forkalkninger og topprovdyr generelt. Det er ikke vanskelig å se for seg hvor alvorlige de økonomiske konsekvensene vil være for skalldyr-, sjømat- og dykketurismenæringene alene, langt mindre andre i nettverket av leverandører og tjenester. Og i møte med problemets enorme omfang, kan det være vanskelig å fokusere på løsninger.

Hva vårt svar bør være

Økende CO2 er grunnårsaken (til sykdommen) [men i likhet med røyking er det veldig vanskelig å få røykeren til å slutte]

Vi må behandle symptomene [høyt blodtrykk, emfysem]
Vi må redusere andre stressfaktorer [kutte ned på drikking og overspising]

Å redusere kildene til havforsuring krever vedvarende kildereduksjonsinnsats på både global og lokal skala. Globale utslipp av karbondioksid er den største driveren for havforsuring i størrelsesordenen til verdenshavet, så vi må redusere dem. Lokale tilsetninger av nitrogen og karbon fra punktkilder, ikke-punktkilder og naturlige kilder kan forverre effekten av havforsuring ved å skape forhold som ytterligere akselererer pH-reduksjoner. Avsetning av lokal luftforurensning (spesielt karbondioksid, nitrogen og svoveloksid) kan også bidra til redusert pH og forsuring. Lokal handling kan bidra til å senke tempoet i forsuringen. Så vi må kvantifisere viktige menneskeskapte og naturlige prosesser som bidrar til forsuring.

Følgende er prioriterte handlingspunkter på kort sikt for å håndtere havforsuring.

1. Reduser de globale utslippene av karbondioksid raskt og betydelig for å dempe og reversere forsuringen av våre hav.
2. Begrens utslipp av næringsstoffer som kommer inn i havvann fra små og store kloakksystemer på stedet, kommunale avløpsanlegg og landbruk, og begrenser dermed stressfaktorene på livet i havet for å støtte tilpasning og overlevelse.
3. Implementere effektiv overvåking av rent vann og beste forvaltningspraksis, samt revidere eksisterende og/eller vedta nye vannkvalitetsstandarder for å gjøre dem relevante for havforsuring.
4. Undersøke selektiv avl for havforsuringstoleranse hos skalldyr og andre sårbare marine arter.
5. Identifisere, overvåke og administrere marine farvann og arter i potensielle tilfluktssteder fra havforsuring slik at de kan tåle samtidige påkjenninger.
6. Forstå sammenhengen mellom vannkjemivariabler og skalldyrproduksjon og overlevelse i settefiskanlegg og i det naturlige miljøet, fremme samarbeid mellom forskere, ledere og skalldyrdyrkere. Og etablere en nødadvarsel og responskapasitet når overvåking indikerer en topp i vann med lav pH som truer sensitive habitater eller skalldyrindustri.
7. Gjenopprett sjøgress, mangrover, myrgress etc. som vil ta opp og fikse oppløst karbon i marine farvann og lokalt forhindre (eller sakte) endringer i pH i disse marine farvannene
8. Opplyse publikum om problemet med havforsuring og dets konsekvenser for marine økosystemer, økonomi og kulturer

Den gode nyheten er at det gjøres fremskritt på alle disse frontene. Globalt jobber titusenvis av mennesker for å redusere klimagassutslipp (inkludert CO2) på internasjonalt, nasjonalt og lokalt nivå (punkt 1). Og i USA er punkt 8 hovedfokuset for en koalisjon av frivillige organisasjoner koordinert av våre venner ved Ocean Conservancy. For post 7, TOF vert vår egen innsats for å gjenopprette ødelagte strandenger. Men i en spennende utvikling for punkt 2-7, jobber vi med sentrale statlige beslutningstakere i fire kyststater for å utvikle, dele og innføre lovgivning designet for å adressere OA. De eksisterende effektene av havforsuring på skalldyr og annet marint liv i Washington og Oregons kystvann har inspirert handling på en rekke måter.

Alle foredragsholderne på konferansen gjorde det klart at det trengs mer informasjon – spesielt om hvor pH endrer seg raskt, hvilke arter som vil kunne trives, overleve eller tilpasse seg, og lokale og regionale strategier som fungerer. Samtidig var leksjonen at selv om vi ikke vet alt vi ønsker å vite om havforsuring, kan og bør vi ta skritt for å dempe effektene. Vi vil fortsette å jobbe med våre givere, rådgivere og andre medlemmer av TOF-fellesskapet for å støtte løsningene.