Śmiertelnie poważne: kwaśne oceany i co musimy zrobić

przez Marka J. Spaldinga, prezesa The Ocean Foundation

W zeszłym tygodniu byłem w Monterey w Kalifornii na III Międzynarodowe Sympozjum na temat Oceanu w świecie o wysokim stężeniu CO3, która odbyła się równocześnie z Festiwal Filmowy BLUE Ocean w hotelu obok (ale to zupełnie inna historia do opowiedzenia). Na sympozjum dołączyłem do setek innych uczestników, ucząc się o aktualnym stanie wiedzy i potencjalnych rozwiązaniach dotyczących wpływu podwyższonego poziomu dwutlenku węgla (CO2) na zdrowie naszych oceanów i życie w nich. Konsekwencje nazywamy zakwaszeniem oceanów, ponieważ pH naszego oceanu staje się coraz niższe, a tym samym bardziej kwaśne, co może potencjalnie zaszkodzić znanym nam systemom oceanicznym.

Zakwaszenie oceanu

Spotkanie High CO2012 w 2 r. było ogromnym skokiem w porównaniu z drugim spotkaniem w Monako w 2 r. Zebrano ponad 2008 uczestników i 500 prelegentów reprezentujących 146 krajów, aby omówić aktualne kwestie. Obejmował on pierwsze poważne włączenie badań społeczno-ekonomicznych. I chociaż główny nacisk kładziono nadal na reakcje organizmów morskich na zakwaszenie oceanów i co to oznacza dla systemu oceanicznego, wszyscy byli zgodni, że nasza wiedza na temat skutków i potencjalnych rozwiązań znacznie się rozwinęła w ciągu ostatnich czterech lat.

Ze swojej strony siedziałem w ogromnym zdumieniu, gdy jeden naukowiec po drugim przedstawiał historię nauki o zakwaszeniu oceanów (OA), informacje na temat aktualnego stanu wiedzy naukowej na temat OA oraz nasze pierwsze przeczucia dotyczące szczegółów ekosystemu i konsekwencji ekonomicznych cieplejszego oceanu, który jest bardziej kwaśny i ma niższy poziom tlenu.

Jak powiedział dr Sam Dupont z The Sven Lovén Centre for Marine Sciences – Kristineberg, Szwecja:

Co wiemy?

Zakwaszenie oceanów jest faktem
Pochodzi bezpośrednio z naszej emisji dwutlenku węgla
To dzieje się szybko
Wpływ jest pewny
Wyginięcia są pewne
Jest to już widoczne w systemach
Zmiana nastąpi

Gorący, kwaśny i duszny to objawy tej samej choroby.

Szczególnie w połączeniu z innymi chorobami OA staje się poważnym zagrożeniem.

Możemy spodziewać się dużej zmienności, a także pozytywnych i negatywnych efektów przeniesienia.

Niektóre gatunki zmienią zachowanie w warunkach OA.

Wiemy wystarczająco dużo, by działać

Wiemy, że zbliża się wielka katastrofa

Wiemy, jak temu zapobiec

Wiemy, czego nie wiemy

Wiemy, co musimy zrobić (w nauce)

Wiemy na czym się skupimy (przynosząc rozwiązania)

Ale powinniśmy być przygotowani na niespodzianki; całkowicie zaburzyliśmy system.

Dr Dupont zakończył swój komentarz zdjęciem dwójki swoich dzieci potężnym i uderzającym stwierdzeniem składającym się z dwóch zdań:

Nie jestem aktywistą, jestem naukowcem. Ale jestem też odpowiedzialnym ojcem.

Pierwsze jednoznaczne stwierdzenie, że akumulacja CO2 w morzu może mieć „możliwe katastrofalne skutki biologiczne” zostało opublikowane w 1974 r. (Whitfield, M. 1974. Accumulation of kopalnego CO2 w atmosferze i morzu. Natura 247:523-525.). Cztery lata później, w 1978 r., ustanowiono bezpośrednie powiązanie paliw kopalnych z wykrywaniem CO2 w oceanie. W latach 1974-1980 liczne badania zaczęły wykazywać rzeczywistą zmianę zasadowości oceanów. I wreszcie w 2004 roku widmo zakwaszenia oceanów (OA) zostało zaakceptowane przez ogół środowiska naukowego i zorganizowano pierwsze z sympozjów o wysokim poziomie CO2.

Następnej wiosny sponsorzy morscy zostali poinformowani na dorocznym spotkaniu w Monterey, w tym na wycieczce w terenie, aby zobaczyć najnowsze badania w Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI). Powinienem zauważyć, że większości z nas trzeba było przypomnieć, co oznacza skala pH, chociaż wszyscy zdawali się przypominać sobie używanie papierka lakmusowego do testowania płynów na lekcjach przedmiotów ścisłych w gimnazjum. Na szczęście eksperci byli gotowi wyjaśnić, że skala pH wynosi od 0 do 14, przy czym 7 oznacza neutralność. Niższe pH oznacza niższą zasadowość lub większą kwasowość.

W tym momencie stało się jasne, że wczesne zainteresowanie pH oceanów przyniosło pewne konkretne wyniki. Mamy kilka wiarygodnych badań naukowych, które mówią nam, że wraz ze spadkiem pH oceanów niektóre gatunki będą się rozwijać, niektóre przetrwają, inne zostaną zastąpione, a wiele wyginie (oczekiwanym rezultatem jest utrata różnorodności biologicznej, ale utrzymanie biomasy). Ten ogólny wniosek jest wynikiem eksperymentów laboratoryjnych, eksperymentów z ekspozycją w terenie, obserwacji w miejscach o naturalnie wysokim stężeniu CO2 oraz badań skupionych na zapisach kopalnych z poprzednich wydarzeń związanych z chorobą zwyrodnieniową stawów w historii.

Co wiemy z przeszłych wydarzeń związanych z zakwaszeniem oceanów

Chociaż możemy zaobserwować zmiany w chemii oceanów i temperaturze powierzchni mórz w ciągu 200 lat od rewolucji przemysłowej, musimy cofnąć się w czasie, aby porównać kontrole (ale niezbyt daleko wstecz). Tak więc okres przedkambryjski (pierwsze 7/8 historii geologicznej Ziemi) został zidentyfikowany jako jedyny dobry odpowiednik geologiczny (choćby z innego powodu niż podobne gatunki) i obejmuje pewne okresy o niższym pH. Te poprzednie okresy charakteryzowały się podobnym wysokim poziomem CO2, niższym pH, niższym poziomem tlenu i cieplejszymi temperaturami powierzchni morza.

Jednak w zapisach historycznych nie ma nic, co by dorównywało naszemu obecne tempo zmian pH lub temperatury.

Ostatnie dramatyczne zjawisko zakwaszenia oceanów znane jest jako PETM lub paleoceńsko-eoceńskie maksimum termiczne, które miało miejsce 55 milionów lat temu i jest naszym najlepszym porównaniem. Stało się to szybko (ponad 2,000 lat) i trwało 50,000 XNUMX lat. Mamy na to mocne dane / dowody – dlatego naukowcy używają go jako naszego najlepszego dostępnego analogu do masowego uwalniania węgla.

Nie jest to jednak doskonały analog. Mierzymy te uwolnienia w petagramach. PgC to petagramy węgla: 1 petagram = 1015 gramów = 1 miliard ton metrycznych. PETM reprezentuje okres, w którym 3,000 PgC zostało uwolnionych w ciągu kilku tysięcy lat. Liczy się tempo zmian w ciągu ostatnich 270 lat (rewolucja przemysłowa), kiedy wpompowaliśmy 5,000 PgC węgla do atmosfery naszej planety. Oznacza to, że uwolnienie wynosiło wtedy 1 PgC y-1 w porównaniu z rewolucją przemysłową, która wynosi 9 PgC y-1. Lub, jeśli jesteś tylko specjalistą od prawa międzynarodowego, tak jak ja, przekłada się to na surową rzeczywistość, że to, co zrobiliśmy w niecałe trzy stulecia, jest 10 razy gorzej niż to, co spowodowało wymieranie w oceanie w PETM.

Zakwaszenie oceanów PETM spowodowało duże zmiany w globalnych systemach oceanicznych, w tym niektóre wyginięcia. Co ciekawe, nauka wskazuje, że całkowita biomasa utrzymywała się mniej więcej na tym samym poziomie, z zakwitami bruzdnic i podobnymi wydarzeniami, które rekompensowały utratę innych gatunków. W sumie zapis geologiczny wykazuje szeroki zakres konsekwencji: zakwity, wymieranie, obroty, zmiany zwapnień i karłowatość. Zatem OA powoduje znaczącą reakcję biotyczną, nawet jeśli tempo zmian jest znacznie wolniejsze niż nasze obecne tempo emisji dwutlenku węgla. Ale ponieważ był znacznie wolniejszy, „przyszłość jest niezbadanym terytorium w ewolucyjnej historii większości współczesnych organizmów”.

Zatem to antropogeniczne zdarzenie OA z łatwością przebije PETM pod względem wpływu. ORAZ powinniśmy spodziewać się zmian w sposobie, w jaki zachodzą zmiany, ponieważ tak bardzo zakłóciliśmy system. Tłumaczenie: Spodziewaj się zaskoczenia.

Reakcja ekosystemów i gatunków

Zarówno zakwaszenie oceanów, jak i zmiana temperatury mają wpływ na dwutlenek węgla (CO2). I chociaż mogą wchodzić w interakcje, nie działają równolegle. Zmiany pH są bardziej liniowe, z mniejszymi odchyleniami i bardziej jednorodne w różnych przestrzeniach geograficznych. Temperatura jest znacznie bardziej zmienna, z dużymi odchyleniami i zasadniczo zmienna przestrzennie.

Temperatura jest dominującym motorem zmian w oceanie. Nie jest więc niespodzianką, że zmiany powodują przesunięcie w rozmieszczeniu gatunków w zakresie, w jakim mogą się one przystosować. A trzeba pamiętać, że wszystkie gatunki mają swoje granice zdolności aklimatyzacyjnych. Oczywiście niektóre gatunki pozostają bardziej wrażliwe niż inne, ponieważ mają węższe granice temperatur, w których się rozwijają. Podobnie jak inne czynniki stresogenne, ekstremalne temperatury zwiększają wrażliwość na skutki wysokiego poziomu CO2.

Ścieżka wygląda tak:

Emisje CO2 → OA → wpływ biofizyczny → utrata usług ekosystemowych (np. rafa umiera i nie powstrzymuje już fal sztormowych) → wpływ społeczno-gospodarczy (kiedy fala sztormowa niszczy molo miejskie)

Zauważając jednocześnie, że zapotrzebowanie na usługi ekosystemowe rośnie wraz ze wzrostem liczby ludności i wzrostem dochodów (bogactwa).

Aby przyjrzeć się skutkom, naukowcy przeanalizowali różne scenariusze łagodzenia (różne tempo zmiany pH) w porównaniu z utrzymaniem status quo, co grozi:

Uproszczenie różnorodności (do 40%), a tym samym obniżenie jakości ekosystemów
Wpływ na obfitość jest niewielki lub żaden
Średnia wielkość różnych gatunków zmniejsza się o 50%
OA powoduje odejście od dominacji zwapniaczy (organizmów, których struktura jest zbudowana z materiału na bazie wapnia):

Brak nadziei na przetrwanie koralowców, które są całkowicie zależne od wody o określonym pH, aby przetrwać (a dla koralowców zimnowodnych wyższe temperatury zaostrzą problem);
Ślimaki (ślimaki morskie o cienkich skorupach) są najbardziej wrażliwymi mięczakami;
Ma duży wpływ na bezkręgowce wodne posiadające egzoszkielet, w tym różne gatunki mięczaków, skorupiaków i szkarłupni (małże, homary i jeżowce)
W obrębie tej kategorii gatunków stawonogi (takie jak krewetki) nie mają się tak źle, ale widać wyraźny sygnał ich spadku

Inne bezkręgowce przystosowują się szybciej (takie jak meduzy lub robaki)
Ryby, nie tak dużo, a ryby mogą również nie mieć miejsca do migracji (na przykład w południowo-wschodniej Australii)
Pewien sukces dla roślin morskich, które mogą rozwijać się dzięki zużywaniu CO2
Pewna ewolucja może zachodzić w stosunkowo krótkich skalach czasowych, co może oznaczać nadzieję
Ewolucyjne ratowanie przez mniej wrażliwe gatunki lub populacje w obrębie gatunku przed stałą zmiennością genetyczną tolerancji pH (możemy to zobaczyć na podstawie eksperymentów hodowlanych lub nowych mutacji (które są rzadkie))

Pozostaje więc kluczowe pytanie: które gatunki zostaną dotknięte chorobą zwyrodnieniową stawów? Mamy dobre pojęcie o odpowiedzi: małże, skorupiaki, drapieżniki zwapniaczy i ogólnie drapieżniki czołowe. Nietrudno sobie wyobrazić, jak poważne konsekwencje finansowe będą miały same branże związane ze skorupiakami, owocami morza i turystyką nurkową, a tym bardziej inne w sieci dostawców i usług. A w obliczu ogromu problemu skupienie się na rozwiązaniach może być trudne.

Jaka powinna być nasza odpowiedź

Wzrastający poziom CO2 jest pierwotną przyczyną (choroby) [ale podobnie jak palenie, rzucenie palacza jest bardzo trudne]

Musimy leczyć objawy [wysokie ciśnienie krwi, rozedma płuc]
Musimy ograniczyć inne czynniki stresogenne [ograniczyć picie i przejadanie się]

Ograniczenie źródeł zakwaszania oceanów wymaga ciągłych wysiłków zmierzających do ich redukcji zarówno w skali globalnej, jak i lokalnej. Globalne emisje dwutlenku węgla są największym czynnikiem powodującym zakwaszenie oceanów w skali światowego oceanu, dlatego musimy je ograniczyć. Lokalne dodatki azotu i węgla ze źródeł punktowych, źródeł niepunktowych i źródeł naturalnych mogą nasilać skutki zakwaszenia oceanów, tworząc warunki, które dodatkowo przyspieszają obniżanie pH. Depozycja lokalnych zanieczyszczeń powietrza (zwłaszcza dwutlenku węgla, azotu i tlenku siarki) może również przyczynić się do obniżenia pH i zakwaszenia. Lokalne działania mogą pomóc spowolnić tempo zakwaszenia. Musimy więc określić ilościowo kluczowe antropogeniczne i naturalne procesy przyczyniające się do zakwaszenia.

Poniżej przedstawiono priorytetowe, krótkoterminowe działania dotyczące zakwaszenia oceanów.

1. Szybko i znacząco zredukować globalną emisję dwutlenku węgla, aby złagodzić i odwrócić zakwaszenie naszych oceanów.
2. Ograniczyć zrzuty składników odżywczych do wód morskich z małych i dużych lokalnych systemów kanalizacyjnych, komunalnych oczyszczalni ścieków i rolnictwa, ograniczając w ten sposób stresory życia w oceanach, aby wspierać adaptację i przetrwanie.
3. Wdrożyć skuteczne monitorowanie czystej wody i najlepsze praktyki gospodarowania, a także dokonać przeglądu istniejących i/lub przyjąć nowe normy jakości wody, aby dostosować je do zakwaszenia oceanów.
4. Zbadanie hodowli selektywnej pod kątem tolerancji na zakwaszenie oceanów mięczaków i innych wrażliwych gatunków morskich.
5. Zidentyfikować, monitorować i zarządzać wodami morskimi i gatunkami w potencjalnych ostojach przed zakwaszeniem oceanów, tak aby mogły wytrzymać równoczesne stresy.
6. Zrozumieć związek między zmiennymi chemicznymi wody a produkcją i przeżywalnością skorupiaków w wylęgarniach iw środowisku naturalnym, promując współpracę między naukowcami, menedżerami i hodowcami skorupiaków. Ustanowienie zdolności ostrzegania i reagowania w sytuacjach awaryjnych, gdy monitorowanie wykaże skokowy poziom niskiego pH wody, który zagraża wrażliwym siedliskom lub działaniom przemysłu skorupiaków.
7. Odtworzenie trawy morskiej, namorzynów, traw bagiennych itp., które będą pobierać i wiązać węgiel rozpuszczony w wodach morskich i lokalnie zapobiegać (lub spowalniać) zmiany pH tych wód morskich
8. Edukować społeczeństwo o problemie zakwaszenia oceanów i jego konsekwencjach dla ekosystemów morskich, gospodarki i kultur

Dobra wiadomość jest taka, że ​​na wszystkich tych frontach poczyniono postępy. Na całym świecie dziesiątki tysięcy ludzi pracuje nad redukcją emisji gazów cieplarnianych (w tym CO2) na poziomie międzynarodowym, krajowym i lokalnym (punkt 1). A w USA punkt 8 jest głównym celem koalicji organizacji pozarządowych koordynowanych przez naszych przyjaciół z Ocean Conservancy. W przypadku pozycji 7 hosty TOF naszych własnych wysiłków w celu przywrócenia zniszczonych łąk trawy morskiej. Ale w ekscytującym rozwoju dla pozycji 2-7 współpracujemy z kluczowymi decydentami stanowymi w czterech stanach przybrzeżnych w celu opracowania, udostępnienia i wprowadzenia przepisów mających na celu rozwiązanie problemu OA. Istniejące skutki zakwaszenia oceanów na skorupiaki i inne organizmy morskie w wodach przybrzeżnych Waszyngtonu i Oregonu zainspirowały działania na wiele sposobów.

Wszyscy mówcy na konferencji jasno powiedzieli, że potrzeba więcej informacji — zwłaszcza o tym, gdzie pH szybko się zmienia, które gatunki będą w stanie się rozwijać, przetrwać lub przystosować, a także o lokalnych i regionalnych strategiach, które działają. Jednocześnie lekcja na wynos była taka, że ​​chociaż nie wiemy wszystkiego, co chcielibyśmy wiedzieć o zakwaszeniu oceanów, możemy i powinniśmy podejmować kroki w celu złagodzenia jego skutków. Będziemy nadal współpracować z naszymi darczyńcami, doradcami i innymi członkami społeczności TOF, aby wspierać rozwiązania.