Smrteľne vážne: Kyslé oceány a čo musíme urobiť

od Marka J. Spaldinga, prezidenta The Ocean Foundation

Minulý týždeň som bol v Monterey v Kalifornii 3. medzinárodné sympózium o oceáne vo svete s vysokým obsahom CO2, ktorý bol súčasne s Filmový festival BLUE Ocean Film Festival vo vedľajšom hoteli (ale to je už úplne iný príbeh). Na sympóziu som sa pripojil k stovkám ďalších účastníkov, ktorí sa dozvedeli o súčasnom stave vedomostí a potenciálnych riešeniach na riešenie účinkov zvýšeného oxidu uhličitého (CO2) na zdravie našich oceánov a života v nich. Dôsledky nazývame acidifikácia oceánov, pretože pH nášho oceánu je čoraz nižšie, a teda kyslejšie, s významným potenciálnym poškodením oceánskych systémov, ako ich poznáme.

Okyslenie oceánom

Stretnutie s vysokými emisiami CO2012 v roku 2 bolo obrovským skokom od 2. stretnutia v Monaku v roku 2008. Zišlo sa viac ako 500 účastníkov a 146 rečníkov zastupujúcich 37 krajín, aby prediskutovali aktuálne problémy. Zahŕňalo prvé veľké začlenenie sociálno-ekonomických štúdií. A hoci sa hlavný dôraz stále kládol na reakcie organizmov morského života na okysľovanie oceánov a čo to znamená pre oceánsky systém, všetci súhlasili s tým, že naše poznatky o účinkoch a potenciálnych riešeniach za posledné štyri roky výrazne pokročili.

Pokiaľ ide o mňa, sedel som v napätom úžase, keď jeden vedec za druhým podával históriu vedy o acidifikácii oceánov (OA), informácie o súčasnom stave vedeckých poznatkov o OA a naše prvé tušenie o špecifikách ekosystému a ekonomických dôsledkov. teplejšieho oceánu, ktorý je kyslejší a má nižšie hladiny kyslíka.

Ako povedal Dr. Sam Dupont z Centra Svena Lovéna pre morské vedy – Kristineberg, Švédsko:

Čo vieme?

Acidifikácia oceánov je skutočná
Pochádza priamo z našich emisií uhlíka
Deje sa to rýchlo
Dopad je istý
Zániky sú isté
V systémoch je to už vidieť
Zmena nastane

Horúce, kyslé a bez dychu sú príznaky tej istej choroby.

Najmä v kombinácii s inými ochoreniami sa OA stáva veľkou hrozbou.

Môžeme očakávať veľa variability, ako aj pozitívne a negatívne prenosové efekty.

Niektoré druhy zmenia správanie pri OA.

Vieme dosť konať

Vieme, že sa blíži veľká katastrofická udalosť

Vieme, ako tomu zabrániť

Vieme, čo nevieme

Vieme, čo musíme urobiť (vo vede)

Vieme, na čo sa zameriame (prinášame riešenia)

Mali by sme však byť pripravení na prekvapenia; tak sme úplne narušili systém.

Dr. Dupont uzavrel svoje komentáre fotografiou svojich dvoch detí s mocným a úderným výrokom v dvoch vetách:

Nie som aktivista, som vedec. Ale som tiež zodpovedný otec.

Prvé jasné vyhlásenie, že akumulácia CO2 v mori by mohla mať „možné katastrofické biologické následky“, bolo publikované v roku 1974 (Whitfield, M. 1974. Akumulácia fosílneho CO2 v atmosfére a mori. Nature 247:523-525.). O štyri roky neskôr, v roku 1978, bolo preukázané priame prepojenie fosílnych palív s detekciou CO2 v oceáne. V rokoch 1974 až 1980 začali početné štúdie demonštrovať skutočnú zmenu zásaditosti oceánov. A nakoniec, v roku 2004 sa prízrak acidifikácie oceánov (OA) stal akceptovaný širokou vedeckou komunitou a konali sa prvé sympóziá s vysokým obsahom CO2.

Nasledujúcu jar boli donori z morských zdrojov informovaní na svojom výročnom stretnutí v Monterey, vrátane exkurzie, aby si pozreli špičkový výskum v Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI). Mal by som poznamenať, že väčšine z nás bolo treba pripomenúť, čo znamená stupnica pH, aj keď sa zdalo, že každý si pamätá používanie lakmusového papierika na testovanie tekutín v učebniach prírodovedných predmetov na strednej škole. Našťastie boli odborníci ochotní vysvetliť, že stupnica pH je od 0 do 14, pričom 7 je neutrálne. Čím nižšie je pH, znamená to nižšiu zásaditosť alebo vyššiu kyslosť.

V tomto bode sa ukázalo, že skorý záujem o pH oceánu priniesol určité konkrétne výsledky. Máme niekoľko vierohodných vedeckých štúdií, ktoré nám hovoria, že keď pH oceánov klesne, niektoré druhy budú prosperovať, niektoré prežijú, niektoré budú nahradené a mnohé vyhynú (očakávaným výsledkom je strata biodiverzity, ale zachovanie biomasy). Tento široký záver je výsledkom laboratórnych experimentov, expozičných experimentov v teréne, pozorovaní na miestach s prirodzene vysokým obsahom CO2 a štúdií zameraných na fosílne záznamy z predchádzajúcich udalostí OA v histórii.

Čo vieme z minulých udalostí okysľovania oceánov

Aj keď môžeme vidieť zmeny v chémii oceánov a povrchovej teplote oceánov v priebehu niekoľkých rokov od priemyselnej revolúcie, musíme sa vrátiť späť v čase, aby sme mohli porovnávať kontroly (ale nie príliš dozadu). Takže predkambrické obdobie (prvých 200/7 geologickej histórie Zeme) bolo identifikované ako jediný dobrý geologický analóg (ak pre nič iné, tak pre podobné druhy) a zahŕňa niektoré obdobia s nižším pH. Tieto predchádzajúce obdobia zaznamenali podobný svet s vysokým obsahom CO8 s nižším pH, nižšími hladinami kyslíka a teplejšími teplotami morského povrchu.

V historickom zázname však nie je nič, čo by sa nám vyrovnalo aktuálna rýchlosť zmeny pH alebo teploty.

Posledná dramatická udalosť okysľovania oceánov je známa ako PETM alebo paleocénno-eocénne tepelné maximum, ktoré sa odohralo pred 55 miliónmi rokov a je naším najlepším porovnaním. Stalo sa to rýchlo (asi 2,000 rokov), trvalo to 50,000 XNUMX rokov. Máme pre to silné údaje/dôkazy – a preto ho vedci používajú ako náš najlepší dostupný analóg na masívne uvoľňovanie uhlíka.

Nie je to však dokonalý analóg. Tieto úniky meriame v petagramoch. PgC sú petagramy uhlíka: 1 petagram = 1015 gramov = 1 miliarda metrických ton. PETM predstavuje obdobie, keď sa v priebehu niekoľkých tisíc rokov uvoľnilo 3,000 PgC. Dôležitá je rýchlosť zmien za posledných 270 rokov (priemyselná revolúcia), keďže sme do atmosféry našej planéty napumpovali 5,000 PgC uhlíka. To znamená, že uvoľnenie bolo vtedy 1 PgC y-1 v porovnaní s priemyselnou revolúciou, čo je 9 PgC y-1. Alebo, ak ste len odborník na medzinárodné právo ako ja, toto sa premieta do tvrdej reality, že to, čo sme urobili za menej ako tri storočia, 10-krát horšie než to, čo spôsobilo udalosti vyhynutia v oceáne v PETM.

Udalosť okysľovania oceánov PETM spôsobila veľké zmeny v globálnych oceánskych systémoch vrátane niektorých vyhynutí. Je zaujímavé, že veda naznačuje, že celková biomasa zostala približne rovnomerná, pričom kvitnutie dinoflagelátu a podobné udalosti kompenzovali stratu iných druhov. Celkovo geologický záznam ukazuje širokú škálu dôsledkov: kvitnutie, vymieranie, obraty, zmeny kalcifikácie a zakrpatenie. OA teda spôsobuje významnú biotickú reakciu, aj keď je rýchlosť zmeny oveľa pomalšia ako naša súčasná rýchlosť emisií uhlíka. Ale keďže to bolo oveľa pomalšie, „budúcnosť je nezmapované územie v evolučnej histórii väčšiny moderných organizmov“.

Táto antropogénna udalosť OA teda ľahko prevýši dosah PETM. A mali by sme očakávať zmeny v spôsobe zmeny, pretože sme tak narušili systém. Preklad: Očakávajte, že budete prekvapení.

Reakcia ekosystémov a druhov

Okysľovanie oceánov a zmeny teploty majú za následok oxid uhličitý (CO2). A hoci môžu interagovať, nebežia paralelne. Zmeny pH sú lineárnejšie, s menšími odchýlkami a sú homogénnejšie v rôznych geografických priestoroch. Teplota je oveľa variabilnejšia, s veľkými odchýlkami a je podstatne premenlivá v priestore.

Teplota je dominantným motorom zmien v oceáne. Nie je teda prekvapením, že zmena spôsobuje posun v distribúcii druhov do miery, do akej sa dokážu prispôsobiť. A musíme si uvedomiť, že všetky druhy majú limity na aklimatizačnú kapacitu. Samozrejme, niektoré druhy zostávajú citlivejšie ako iné, pretože majú užšie hranice teploty, v ktorej sa im darí. A ako iné stresory, teplotné extrémy zvyšujú citlivosť na účinky vysokého CO2.

Cesta vyzerá takto:

emisie CO2 → OA → biofyzikálny vplyv → strata ekosystémových služieb (napr. útes odumrie a už nezastaví návaly búrok) → socio-ekonomický dopad (keď nápor búrky vytiahne mestské mólo)

Zároveň treba poznamenať, že dopyt po ekosystémových službách rastie s rastom populácie a zvyšujúcim sa príjmom (bohatstvom).

Aby sa pozreli na účinky, vedci skúmali rôzne scenáre zmierňovania (rôzne miery zmeny pH) v porovnaní so zachovaním status quo, ktorý riskuje:

Zjednodušenie diverzity (až o 40 %), a tým zníženie kvality ekosystému
Má malý alebo žiadny vplyv na hojnosť
Priemerná veľkosť rôznych druhov klesá o 50 %
OA spôsobuje odklon od dominancie kalcifikátormi (organizmy, ktorých štruktúra je tvorená materiálom na báze vápnika):

Žiadna nádej na prežitie koralov, ktoré sú úplne závislé od vody pri určitom pH, aby prežili (a pre studenovodné koraly problém zhoršia vyššie teploty);
Gastropody (morské slimáky s tenkou ulitou) sú z mäkkýšov najcitlivejšie;
Veľký vplyv má na vodné bezstavovce nesúce exoskelet, vrátane rôznych druhov mäkkýšov, kôrovcov a ostnokožcov (napríklad mušle, homáre a ježovky)
V rámci tejto kategórie druhov nie sú na tom článkonožce (ako sú krevety) tak zle, ale existuje jasný signál o ich úbytku.

Iné bezstavovce sa prispôsobujú rýchlejšie (napríklad medúzy alebo červy)
Ryby nie tak veľa a ryby tiež nemusia mať kam migrovať (napríklad v JV Austrálii)
Určitý úspech pre morské rastliny, ktoré môžu prosperovať zo spotreby CO2
Určitá evolúcia môže nastať v relatívne krátkom čase, čo môže znamenať nádej
Evolučná záchrana menej citlivými druhmi alebo populáciami v rámci druhu pred stálou genetickou variáciou pre toleranciu pH (môžeme to vidieť z šľachtiteľských experimentov; alebo z nových mutácií (ktoré sú zriedkavé))

Kľúčovou otázkou teda zostáva: Ktoré druhy budú ovplyvnené OA? Máme dobrú predstavu o odpovedi: lastúrniky, kôrovce, predátory kalcifikátov a vôbec vrcholové dravce. Nie je ťažké si predstaviť, aké vážne budú finančné dôsledky pre samotný priemysel mäkkýšov, morských plodov a potápačského cestovného ruchu, a ešte menej pre ostatné v sieti dodávateľov a služieb. A tvárou v tvár obrovskému problému môže byť ťažké zamerať sa na riešenia.

Aká by mala byť naša odpoveď

Rastúce množstvo CO2 je hlavnou príčinou (ochorenia) [ale rovnako ako pri fajčení je veľmi ťažké prinútiť fajčiara, aby prestal]

Musíme liečiť symptómy [vysoký krvný tlak, emfyzém]
Musíme znížiť iné stresory [obmedziť pitie a prejedanie sa]

Zníženie zdrojov acidifikácie oceánov si vyžaduje trvalé úsilie o znižovanie zdrojov v globálnom aj lokálnom meradle. Globálne emisie oxidu uhličitého sú najväčšou hnacou silou okysľovania oceánov v rozsahu svetového oceánu, takže ich musíme znížiť. Miestne pridávanie dusíka a uhlíka z bodových zdrojov, nebodových zdrojov a prírodných zdrojov môže zhoršiť účinky okysľovania oceánov vytvorením podmienok, ktoré ešte viac urýchlia znižovanie pH. K zníženiu pH a acidifikácii môže prispieť aj usadzovanie lokálneho znečistenia ovzdušia (konkrétne oxid uhličitý, dusík a oxid síry). Miestne pôsobenie môže pomôcť spomaliť tempo acidifikácie. Musíme teda kvantifikovať kľúčové antropogénne a prírodné procesy, ktoré prispievajú k acidifikácii.

Nasledujú prioritné krátkodobé akčné body na riešenie acidifikácie oceánov.

1. Rýchlo a výrazne znížiť globálne emisie oxidu uhličitého s cieľom zmierniť a zvrátiť acidifikáciu našich oceánov.
2. Obmedziť vypúšťanie živín do morských vôd z malých a veľkých miestnych kanalizačných systémov, komunálnych zariadení na odpadové vody a poľnohospodárstva, čím sa obmedzia stresové faktory pre život v oceánoch s cieľom podporiť adaptáciu a prežitie.
3. Implementovať efektívne monitorovanie čistej vody a najlepšie postupy riadenia, ako aj revidovať existujúce a/alebo prijať nové normy kvality vody, aby boli relevantné pre acidifikáciu oceánov.
4. Preskúmať selektívne šľachtenie na odolnosť voči acidifikácii u mäkkýšov a iných zraniteľných morských druhov.
5. Identifikujte, monitorujte a spravujte morské vody a druhy v potenciálnych úkrytoch pred acidifikáciou oceánov, aby mohli znášať súbežné stresy.
6. Pochopiť súvislosť medzi premennými chémie vody a produkciou a prežitím mäkkýšov v liahňach av prirodzenom prostredí, podporovať spoluprácu medzi vedcami, manažérmi a pestovateľmi mäkkýšov. A vytvorte núdzové varovanie a schopnosť reagovať, keď monitorovanie naznačuje prudký nárast vody s nízkym pH, ktorý ohrozuje citlivé biotopy alebo operácie v priemysle mäkkýšov.
7. Obnovte morskú trávu, mangrovníky, močiarnu trávu atď., ktoré pohlcujú a fixujú rozpustený uhlík v morských vodách a lokálne zabraňujú (alebo spomaľujú) zmeny pH týchto morských vôd.
8. Vzdelávať verejnosť o probléme acidifikácie oceánov a jej dôsledkoch pre morské ekosystémy, ekonomiku a kultúry

Dobrou správou je, že na všetkých týchto frontoch sa dosahuje pokrok. Desiatky tisíc ľudí na celom svete pracujú na znižovaní emisií skleníkových plynov (vrátane CO2) na medzinárodnej, národnej a miestnej úrovni (bod 1). A v USA je bod 8 hlavným cieľom koalície mimovládnych organizácií koordinovaných našimi priateľmi z Ocean Conservancy. Pre položku 7, TOF hostitelia naša vlastná snaha obnoviť poškodené lúky s morskou trávou. Pri vzrušujúcom vývoji pre položky 2-7 však spolupracujeme s kľúčovými štátnymi predstaviteľmi v štyroch pobrežných štátoch na vývoji, zdieľaní a zavádzaní právnych predpisov určených na riešenie OA. Existujúce účinky okysľovania oceánov na mäkkýše a iný morský život v pobrežných vodách Washingtonu a Oregonu podnietili opatrenia mnohými spôsobmi.

Všetci rečníci na konferencii objasnili, že je potrebných viac informácií - najmä o tom, kde sa pH rýchlo mení, ktoré druhy budú schopné prosperovať, prežiť alebo sa prispôsobiť, a miestne a regionálne stratégie, ktoré fungujú. Zároveň bolo poučením, že aj keď o acidifikácii oceánov nevieme všetko, čo by sme chceli vedieť, môžeme a mali by sme podniknúť kroky na zmiernenie jej účinkov. Na podpore riešení budeme pokračovať v spolupráci s našimi darcami, poradcami a ďalšími členmi komunity TOF.