Смертельно серьезно: кислотные океаны и что мы должны делать

Марк Дж. Сполдинг, президент The Ocean Foundation

На прошлой неделе я был в Монтерее, Калифорния, на 3-й Международный симпозиум по океану в мире с высоким содержанием CO2, что было одновременно с Кинофестиваль BLUE Ocean в отеле по соседству (но это совсем другая история). На симпозиуме я вместе с сотнями других участников узнал о текущем уровне знаний и потенциальных решениях по устранению воздействия повышенного содержания углекислого газа (CO2) на здоровье наших океанов и жизнь в них. Мы называем последствия закислением океана, потому что рН нашего океана становится ниже и, следовательно, более кислым, что может нанести значительный потенциальный вред океаническим системам, какими мы их знаем.

Окисление океана

Встреча 2012 года по высокому уровню выбросов CO2 стала огромным шагом вперед по сравнению со 2-й встречей в Монако в 2008 году. Для обсуждения актуальных вопросов собрались более 500 участников и 146 докладчиков, представляющих 37 стран. Он включал первое крупное включение социально-экономических исследований. И хотя основное внимание по-прежнему уделялось реакции морских организмов на закисление океана и тому, что это означает для океанской системы, все были согласны с тем, что наши знания о последствиях и потенциальных решениях значительно расширились за последние четыре года.

Со своей стороны, я сидел в восхищении, когда один ученый за другим рассказывал историю науки о закислении океана (ОА), информацию о текущем состоянии научных знаний об ОА и наши первые предположения об особенностях экосистемы и экономических последствиях. более теплого океана, который более кислый и имеет более низкий уровень кислорода.

Как сказал доктор Сэм Дюпон из Центра морских наук им. Свена Ловена в Кристинеберге, Швеция:

Что мы знаем?

Окисление океана реально
Это напрямую связано с нашими выбросами углерода
Это происходит быстро
Воздействие несомненно
Вымирание наверняка
Это уже видно в системах
Изменения произойдут

Жар, кислость и одышка — все это симптомы одной и той же болезни.

Особенно в сочетании с другими заболеваниями ОА становится серьезной угрозой.

Мы можем ожидать большого разнообразия, а также положительных и отрицательных эффектов переноса.

Некоторые виды меняют поведение при ОА.

Мы знаем достаточно, чтобы действовать

Мы знаем, что грядет крупное катастрофическое событие

Мы знаем, как это предотвратить

Мы знаем, чего мы не знаем

Мы знаем, что нам нужно делать (в науке)

Мы знаем, на чем мы сосредоточимся (предлагаем решения)

Но мы должны быть готовы к сюрпризам; мы так полностью возмутили систему.

Доктор Дюпон завершил свои комментарии фотографией двух своих детей с мощным и поразительным утверждением из двух предложений:

Я не активист, я ученый. Но я также ответственный отец.

Первое четкое утверждение о том, что накопление СО2 в море может иметь «возможные катастрофические биологические последствия», было опубликовано в 1974 г. (Whitfield, M. 1974. Накопление ископаемого СО2 в атмосфере и в море. Природа 247:523-525.). Четыре года спустя, в 1978 году, была установлена ​​прямая связь ископаемого топлива с обнаружением CO2 в океане. В период с 1974 по 1980 год многочисленные исследования начали демонстрировать реальное изменение щелочности океана. И, наконец, в 2004 г. проблема закисления океана (ОА) была принята широкой научной общественностью, и были проведены первые симпозиумы по высокому уровню СО2.

Следующей весной спонсоры морской тематики были проинформированы на своем ежегодном собрании в Монтерее, в том числе в полевой поездке, чтобы увидеть некоторые передовые исследования в Научно-исследовательском институте аквариумов Монтерей-Бей (MBARI). Я должен отметить, что большинству из нас пришлось напомнить, что означает шкала pH, хотя все, кажется, помнили, как использовали лакмусовую бумажку для проверки жидкостей на уроках естествознания в средней школе. К счастью, эксперты были готовы объяснить, что шкала рН составляет от 0 до 14, где 7 означает нейтральное значение. Чем ниже pH, тем ниже щелочность или выше кислотность.

На данный момент стало ясно, что первоначальный интерес к рН океана дал некоторые конкретные результаты. У нас есть несколько заслуживающих доверия научных исследований, которые говорят нам, что по мере снижения pH океана некоторые виды будут процветать, некоторые выживать, некоторые замещаться, а многие вымирать (ожидаемым результатом является потеря биоразнообразия, но сохранение биомассы). Этот общий вывод является результатом лабораторных экспериментов, полевых экспериментов, наблюдений в местах с естественным высоким содержанием CO2 и исследований, сосредоточенных на летописях окаменелостей из предыдущих событий ОД в истории.

Что мы знаем из прошлых событий окисления океана

Хотя мы можем наблюдать изменения в химическом составе океана и температуре поверхности океана за последние 200 лет после промышленной революции, нам нужно вернуться в прошлое для контрольного сравнения (но не слишком далеко назад). Таким образом, докембрийский период (первые 7/8 геологической истории Земли) был определен как единственный хороший геологический аналог (хотя бы по той причине, что сходные виды) и включает в себя некоторые периоды с более низким рН. В эти предыдущие периоды наблюдался аналогичный мир с высоким содержанием CO2 с более низким pH, более низким уровнем кислорода и более высокими температурами поверхности моря.

Однако в исторических записях нет ничего, что могло бы сравниться с нашим. текущая скорость изменения рН или температуры.

Последнее драматическое событие закисления океана известно как PETM, или палеоцен-эоценовый тепловой максимум, который произошел 55 миллионов лет назад и является нашим лучшим сравнением. Это произошло быстро (около 2,000 лет) и длилось 50,000 XNUMX лет. У нас есть веские данные/доказательства для этого, и поэтому ученые используют его как наш лучший доступный аналог для массового выброса углерода.

Однако это не идеальный аналог. Мы измеряем эти выбросы в петаграммах. PgC — это петаграммы углерода: 1 петаграмм = 1015 грамм = 1 миллиард метрических тонн. PETM представляет собой период, когда за несколько тысяч лет было выпущено 3,000 PgC. Важна скорость изменений за последние 270 лет (промышленная революция), когда мы выбросили в атмосферу нашей планеты 5,000 ПгС углерода. Это означает, что выброс тогда составлял 1 ПгС в год по сравнению с промышленной революцией, которая составляет 1 ПгС в год. Или, если вы такой же специалист в области международного права, как я, это означает суровую реальность: то, что мы сделали менее чем за три столетия, 10 раз хуже чем то, что вызвало события вымирания в океане в PETM.

Событие закисления океана PETM вызвало большие изменения в глобальных океанических системах, включая некоторые вымирания. Интересно, что наука указывает на то, что общая биомасса оставалась примерно одинаковой, а цветение динофлагеллят и подобные события компенсировали потерю других видов. В целом геологическая летопись показывает широкий спектр последствий: цветение, вымирание, обороты, изменения кальцификации и карликовость. Таким образом, ОА вызывает значительную биотическую реакцию, даже если скорость изменений намного ниже, чем наша текущая скорость выбросов углерода. Но, поскольку он был намного медленнее, «будущее — это неизведанная территория в эволюционной истории большинства современных организмов».

Таким образом, это антропогенное событие OA легко превзойдет PETM по воздействию. И мы должны ожидать изменений в том, как происходят изменения, потому что мы так нарушили систему. Перевод: Будьте удивлены.

Экосистема и реакция видов

Подкисление океана и изменение температуры имеют в качестве движущей силы двуокись углерода (CO2). И хотя они могут взаимодействовать, они не работают параллельно. Изменения рН более линейны, с меньшими отклонениями и более однородны в разных географических пространствах. Температура гораздо более изменчива, с большими отклонениями и существенно изменчива в пространстве.

Температура является доминирующей движущей силой изменений в океане. Таким образом, неудивительно, что изменение вызывает сдвиг в распределении видов в той мере, в какой они могут адаптироваться. И мы должны помнить, что у всех видов есть пределы способности к акклиматизации. Конечно, некоторые виды остаются более чувствительными, чем другие, потому что они имеют более узкие границы температуры, в которой они процветают. И, как и другие факторы стресса, экстремальные температуры повышают чувствительность к воздействию высокого содержания CO2.

Путь выглядит так:

Выбросы CO2 → OA → биофизическое воздействие → потеря экосистемных услуг (например, риф умирает и больше не останавливает штормовые волны) → социально-экономические последствия (когда штормовой нагон выносит городской пирс)

Отмечая в то же время, что спрос на экосистемные услуги растет с ростом населения и увеличением доходов (богатства).

Чтобы посмотреть на последствия, ученые рассмотрели различные сценарии смягчения последствий (разные скорости изменения pH) по сравнению с сохранением статус-кво, который рискует:

Упрощение разнообразия (до 40%) и, как следствие, снижение качества экосистемы.
Влияние на изобилие незначительно или отсутствует
Средний размер различных видов уменьшается на 50%
ОА вызывает отход от доминирования кальцификаторов (организмы, структура которых сформирована из материала на основе кальция):

Нет надежды на выживание кораллов, которые полностью зависят от воды с определенным рН, чтобы выжить (а для холодноводных кораллов более высокие температуры усугубят проблему);
Брюхоногие (тонкопанцирные морские улитки) являются наиболее чувствительными из моллюсков;
Большое воздействие оказывают водные беспозвоночные, несущие экзоскелет, в том числе различные виды моллюсков, ракообразных и иглокожих (например, моллюски, омары и морские ежи).
В этой категории видов членистоногие (такие как креветки) не так плохи, но есть четкий сигнал об их упадке.

Другие беспозвоночные адаптируются быстрее (например, медузы или черви).
Рыбы не так уж и много, и рыбе тоже может быть некуда мигрировать (например, в юго-восточную Австралию).
Некоторый успех для морских растений, которые могут процветать за счет потребления CO2
Некоторая эволюция может происходить в относительно короткие промежутки времени, что может означать надежду.
Эволюционное спасение менее чувствительных видов или популяций внутри видов от постоянных генетических вариаций устойчивости к pH (мы можем видеть это из экспериментов по разведению или из новых мутаций (которые встречаются редко))

Итак, остается ключевой вопрос: какие виды будут затронуты ОА? У нас есть хорошее представление об ответе: двустворчатые моллюски, ракообразные, хищники кальцификаторов и высшие хищники в целом. Нетрудно представить, насколько серьезными будут финансовые последствия для индустрии моллюсков, морепродуктов и дайв-туризма в одиночку, не говоря уже о других в сети поставщиков и услуг. И перед лицом масштабности проблемы может быть трудно сосредоточиться на решениях.

Каким должен быть наш ответ

Повышение уровня CO2 является основной причиной (заболевания) [но, как и в случае с курением, заставить курильщика бросить курить очень сложно]

Мы должны лечить симптомы [высокое кровяное давление, эмфизему]
Мы должны уменьшить другие факторы стресса [сократить употребление алкоголя и переедание]

Сокращение источников закисления океана требует устойчивых усилий по сокращению источников как в глобальном, так и в местном масштабе. Глобальные выбросы углекислого газа являются самой большой причиной закисления океана в масштабах мирового океана, поэтому мы должны их сократить. Локальные добавки азота и углерода из точечных, неточечных источников и природных источников могут усугубить последствия закисления океана, создавая условия, которые еще больше ускоряют снижение pH. Осаждение местного загрязнения воздуха (особенно двуокиси углерода, азота и оксида серы) также может способствовать снижению pH и подкислению. Местные действия могут помочь замедлить темпы подкисления. Итак, нам необходимо количественно оценить ключевые антропогенные и природные процессы, способствующие закислению.

Ниже перечислены приоритетные и краткосрочные меры по борьбе с закислением океана.

1. Быстро и значительно сократить глобальные выбросы углекислого газа, чтобы смягчить и обратить вспять закисление наших океанов.
2. Ограничить выбросы биогенных веществ в морские воды из небольших и крупных местных канализационных систем, муниципальных сооружений по очистке сточных вод и сельского хозяйства, тем самым ограничивая стрессовые факторы для жизни в океане, чтобы способствовать адаптации и выживанию.
3. Внедрить эффективный мониторинг чистой воды и передовые методы управления, а также пересмотреть существующие и/или принять новые стандарты качества воды, чтобы сделать их актуальными для закисления океана.
4. Изучить селекционное размножение моллюсков и других уязвимых морских видов, устойчивых к закислению океана.
5. Выявление, мониторинг и управление морскими водами и видами в потенциальных убежищах от закисления океана, чтобы они могли выдерживать сопутствующие стрессы.
6. Понимать взаимосвязь между переменными химического состава воды и производством и выживанием моллюсков в инкубаториях и в естественной среде, способствуя сотрудничеству между учеными, менеджерами и производителями моллюсков. Кроме того, создайте систему экстренного оповещения и реагирования, когда мониторинг указывает на всплеск воды с низким pH, который угрожает чувствительной среде обитания или производству моллюсков.
7. Восстановление морских водорослей, мангровых зарослей, болотной травы и т. д., которые будут поглощать и фиксировать растворенный углерод в морских водах и локально предотвращать (или замедлять) изменения pH этих морских вод.
8. Информировать общественность о проблеме закисления океана и его последствиях для морских экосистем, экономики и культуры.

Хорошей новостью является то, что прогресс наблюдается на всех этих фронтах. Во всем мире десятки тысяч людей работают над сокращением выбросов парниковых газов (включая CO2) на международном, национальном и местном уровнях (пункт 1). А в США пункт 8 находится в центре внимания коалиции НПО, которую координируют наши друзья из Ocean Conservancy. Для пункта 7 хосты TOF наши собственные усилия по восстановлению поврежденных лугов с водорослями. Но в захватывающем развитии пунктов 2-7 мы работаем с ключевыми лицами, принимающими решения в четырех прибрежных штатах, над разработкой, распространением и внедрением законодательства, предназначенного для решения проблемы открытого доступа. Существующие последствия закисления океана для моллюсков и других морских обитателей в прибрежных водах Вашингтона и Орегона побудили к действиям по ряду направлений.

Все выступавшие на конференции ясно дали понять, что необходимо больше информации, особенно о том, где рН быстро меняется, какие виды смогут процветать, выживать или адаптироваться, а также о действующих местных и региональных стратегиях. В то же время основной урок заключался в том, что, хотя мы и не знаем всего, что хотели бы знать о закислении океана, мы можем и должны предпринимать шаги для смягчения его последствий. Мы продолжим работать с нашими донорами, консультантами и другими членами сообщества TOF, чтобы поддерживать решения.