Smrtno resno: Kisli oceani in kaj moramo storiti

Mark J. Spalding, predsednik fundacije Ocean

Prejšnji teden sem bil v Montereyu v Kaliforniji na 3. mednarodni simpozij o oceanu v svetu z visokim CO2, ki je potekal sočasno z Filmski festival BLUE Ocean v sosednjem hotelu (ampak to je povsem druga zgodba). Na simpoziju sem se pridružil stotinam drugih udeležencev pri spoznavanju trenutnega stanja znanja in možnih rešitev za obravnavanje učinkov povišanega ogljikovega dioksida (CO2) na zdravje naših oceanov in življenja v njih. Posledice imenujemo zakisljevanje oceanov, ker je pH našega oceana vse nižji in zato bolj kisli, kar lahko povzroči znatno škodo oceanskim sistemom, kot jih poznamo.

Zakisanje oceanov

Srečanje o visokih emisijah CO2012 2 je bilo velik preskok v primerjavi z 2. srečanjem v Monaku leta 2008. Več kot 500 udeležencev in 146 govornikov, ki so predstavljali 37 držav, je bilo zbranih, da bi razpravljali o zadevnih vprašanjih. Vključeval je prvo večjo vključitev socialno-ekonomskih študij. In čeprav je bil glavni poudarek še vedno na odzivih morskih organizmov na zakisljevanje oceanov in kaj to pomeni za oceanski sistem, so se vsi strinjali, da je naše znanje o učinkih in možnih rešitvah močno napredovalo v zadnjih štirih letih.

Sam sem začudeno sedel, ko so en znanstvenik za drugim podajali zgodovino znanosti o zakisljevanju oceanov (OA), informacije o trenutnem stanju znanstvenega znanja o OA in naše prve slutnje o podrobnostih o ekosistemu in gospodarskih posledicah. toplejšega oceana, ki je bolj kisel in ima nižje ravni kisika.

Kot je dejal dr. Sam Dupont iz Centra za pomorske znanosti Sven Lovén – Kristineberg, Švedska:

Kaj vemo?

Zakisljevanje oceanov je resnično
Izhaja neposredno iz naših emisij ogljika
Dogaja se hitro
Vpliv je gotovo
Izumrtja so gotova
To je že vidno v sistemih
Sprememba se bo zgodila

Vroče, kislo in težko dihanje so simptomi iste bolezni.

Zlasti v kombinaciji z drugimi boleznimi OA postane velika grožnja.

Pričakujemo lahko veliko variabilnosti, pa tudi pozitivne in negativne učinke prenosa.

Nekatere vrste bodo spremenile vedenje pod OA.

Vemo dovolj, da ukrepamo

Vemo, da prihaja velik katastrofalen dogodek

Vemo, kako to preprečiti

Vemo, česar ne vemo

Vemo, kaj moramo narediti (v znanosti)

Vemo, na kaj se bomo osredotočili (prinašanje rešitev)

Vendar moramo biti pripravljeni na presenečenja; tako smo popolnoma zmotili sistem.

Dr. Dupont je svoje komentarje zaključil s fotografijo svojih dveh otrok z močno in osupljivo izjavo v dveh stavkih:

Nisem aktivist, sem znanstvenik. Sem pa tudi odgovoren oče.

Prva jasna izjava, da bi lahko imelo kopičenje CO2 v morju »možne katastrofalne biološke posledice«, je bila objavljena leta 1974 (Whitfield, M. 1974. Kopičenje fosilnega CO2 v atmosferi in morju. Narava 247: 523-525.). Štiri leta kasneje, leta 1978, je bila ugotovljena neposredna povezava fosilnih goriv z zaznavanjem CO2 v oceanu. Med letoma 1974 in 1980 so številne študije začele dokazovati dejansko spremembo alkalnosti oceanov. In končno, leta 2004 je spekter zakisljevanja oceanov (OA) postal sprejet s strani znanstvene skupnosti na splošno in potekal je prvi simpozij z visokim CO2.

Naslednjo pomlad so bili financerji morja obveščeni na njihovem letnem srečanju v Montereyju, vključno s terenskim izletom, da bi si ogledali nekatere vrhunske raziskave na Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI). Naj opozorim, da je bilo treba večino od nas spomniti, kaj pomeni lestvica pH, čeprav se je zdelo, da se vsi spominjajo uporabe lakmusovega papirja za testiranje tekočin v srednješolskih naravoslovnih učilnicah. Na srečo so bili strokovnjaki pripravljeni pojasniti, da je lestvica pH od 0 do 14, pri čemer je 7 nevtralen. Nižji kot je pH, pomeni manjšo alkalnost ali večjo kislost.

Na tej točki je postalo jasno, da je zgodnje zanimanje za pH oceana dalo nekaj konkretnih rezultatov. Imamo nekaj verodostojnih znanstvenih študij, ki nam povedo, da bodo nekatere vrste ob padcu pH oceana uspevale, nekatere preživele, nekatere so nadomeščene, mnoge pa bodo izumrle (pričakovan rezultat je izguba biotske raznovrstnosti, a ohranjanje biomase). Ta širok zaključek je rezultat laboratorijskih poskusov, poskusov izpostavljenosti na terenu, opazovanj na lokacijah z naravno visokim CO2 in študij, osredotočenih na fosilne zapise iz prejšnjih OA dogodkov v zgodovini.

Kaj vemo o preteklih dogodkih zakisljevanja oceanov

Čeprav lahko opazimo spremembe v kemiji oceanov in temperaturi morske površine v zadnjih 200 letih od industrijske revolucije, se moramo za kontrolno primerjavo vrniti dlje v preteklost (vendar ne predaleč nazaj). Torej je bilo predkambrijsko obdobje (prvih 7/8 zemeljske geološke zgodovine) opredeljeno kot edina dobra geološka analogija (če ne zaradi drugega zaradi podobnih vrst) in vključuje nekatera obdobja z nižjim pH. V teh prejšnjih obdobjih je bil svet s podobnim visokim CO2 z nižjim pH, nižjimi ravnmi kisika in višjimi temperaturami morske površine.

Vendar pa v zgodovinskih zapisih ni ničesar, kar bi bilo enako našemu trenutna stopnja sprememb pH ali temperature.

Zadnji dramatičen dogodek zakisljevanja oceanov je znan kot PETM ali paleocensko-eocenski termalni maksimum, ki se je zgodil pred 55 milijoni let in je naša najboljša primerjava. Zgodilo se je hitro (v približno 2,000 letih) in trajalo je 50,000 let. Zanj imamo močne podatke/dokaze – zato ga znanstveniki uporabljajo kot najboljši razpoložljivi analog za množično sproščanje ogljika.

Vendar pa ni popoln analog. Te izpuste merimo v petagramih. PgC so petagrami ogljika: 1 petagram = 1015 gramov = 1 milijarda metričnih ton. PETM predstavlja obdobje, ko je bilo v nekaj tisoč letih sproščenih 3,000 PgC. Pomembna je stopnja sprememb v zadnjih 270 letih (industrijska revolucija), saj smo v ozračje našega planeta črpali 5,000 PgC ogljika. To pomeni, da je takratna sprostitev znašala 1 PgC y-1 v primerjavi z industrijsko revolucijo, ki znaša 9 PgC y-1. Ali pa, če ste le človek mednarodnega prava, kot sem jaz, to pomeni ostro resničnost, da je to, kar smo storili v slabih treh stoletjih, 10-krat slabše kot tisto, kar je povzročilo dogodke izumrtja v oceanu pri PETM.

Dogodek zakisljevanja oceanov PETM je povzročil velike spremembe v globalnih oceanskih sistemih, vključno z nekaterimi izumrtji. Zanimivo je, da znanost kaže, da je skupna biomasa ostala približno enaka, s cvetenjem dinoflagelatov in podobnimi dogodki, ki so nadomestili izgubo drugih vrst. V celoti geološki zapis kaže širok spekter posledic: cvetenja, izumrtja, menjave, spremembe kalcifikacije in pritlikavost. Tako OA povzroči pomembno biotsko reakcijo, tudi če je stopnja sprememb veliko počasnejša od naše trenutne stopnje emisij ogljika. Toda, ker je bilo veliko počasneje, je "prihodnost neoznačeno ozemlje v evolucijski zgodovini večine sodobnih organizmov."

Tako bo ta antropogeni OA dogodek zlahka presegel PETM po vplivu. IN pričakovati bi morali, da bomo videli spremembe v tem, kako pride do sprememb, ker smo tako zmotili sistem. Prevod: Pričakujte, da boste presenečeni.

Odziv ekosistemov in vrst

Zakisljevanje oceanov in temperaturne spremembe povzročajo ogljikov dioksid (CO2). In čeprav lahko sodelujejo, ne delujejo vzporedno. Spremembe pH so bolj linearne, z manjšimi odstopanji in bolj homogene v različnih geografskih prostorih. Temperatura je veliko bolj variabilna, z velikimi odstopanji in prostorsko precej spremenljiva.

Temperatura je glavni dejavnik sprememb v oceanu. Zato ni presenetljivo, da spremembe povzročajo premik v porazdelitvi vrst do te mere, da se lahko prilagodijo. In ne smemo pozabiti, da imajo vse vrste omejitve glede sposobnosti prilagajanja. Seveda ostajajo nekatere vrste bolj občutljive od drugih, ker imajo ožje temperaturne meje, v katerih uspevajo. Tako kot drugi dejavniki stresa tudi ekstremne temperature povečajo občutljivost za učinke visokega CO2.

Pot je videti takole:

emisije CO2 → OA → biofizični vpliv → izguba ekosistemskih storitev (npr. greben umre in ne zaustavi več nevihtnih valov) → socialno-ekonomski učinek (ko nevihta uniči mestni pomol)

Hkrati ugotavljamo, da povpraševanje po ekosistemskih storitvah narašča z rastjo prebivalstva in naraščajočim dohodkom (bogastvom).

Da bi pogledali učinke, so znanstveniki preučili različne scenarije ublažitve (različne stopnje spremembe pH) v primerjavi z ohranjanjem statusa quo, ki tvega:

Poenostavitev diverzitete (do 40 %) in s tem zmanjšanje kakovosti ekosistema
Vpliva na številčnost je malo ali nič
Povprečna velikost različnih vrst se zmanjša za 50 %
OA povzroči odmik od prevlade kalcifikatorjev (organizmov, katerih struktura je sestavljena iz materiala na osnovi kalcija):

Brez upanja za preživetje koral, ki so za preživetje popolnoma odvisne od vode pri določenem pH (in za korale s hladno vodo bodo višje temperature težavo še poslabšale);
Med mehkužci so najbolj občutljivi polži (morski polži s tanko lupino);
Obstaja velik vpliv na vodne nevretenčarje, ki nosijo eksoskelet, vključno z različnimi vrstami mehkužcev, rakov in iglokožcev (pomislite na školjke, jastoge in ježke).
Znotraj te kategorije vrst členonožci (kot so kozice) niso tako slabi, vendar obstaja jasen znak njihovega upada

Drugi nevretenčarji se hitreje prilagodijo (kot so meduze ali črvi)
Ribe ne toliko, pa tudi ribe se morda nimajo kam preseliti (na primer v JV Avstralijo)
Nekaj ​​uspeha za morske rastline, ki lahko uspevajo zaradi porabe CO2
Nekaj ​​evolucije se lahko zgodi v razmeroma kratkih časovnih skalah, kar lahko pomeni upanje
Evolucijsko reševanje manj občutljivih vrst ali populacij znotraj vrst pred stalnimi genetskimi variacijami za toleranco pH (to lahko vidimo iz poskusov vzreje; ali iz novih mutacij (ki so redke))

Ključno vprašanje torej ostaja: Katere vrste bo prizadel OA? Imamo dobro predstavo o odgovoru: školjke, raki, plenilci kalcifikatorjev in vrhunski plenilci nasploh. Ni si težko predstavljati, kako hude bodo finančne posledice le za panoge školjk, morskih sadežev in potapljaškega turizma, še manj za ostale v mreži dobaviteljev in storitev. In ob soočenju z ogromno težavo se je težko osredotočiti na rešitve.

Kakšen bi moral biti naš odziv

Naraščajoči CO2 je temeljni vzrok (bolezni) [toda tako kot pri kajenju je kadilca zelo težko prepričati, da preneha kaditi]

Zdraviti moramo simptome [visok krvni tlak, emfizem]
Zmanjšati moramo druge dejavnike stresa [zmanjšati pitje in prenajedanje]

Zmanjšanje virov zakisljevanja oceanov zahteva trajna prizadevanja za zmanjševanje virov na svetovni in lokalni ravni. Globalne emisije ogljikovega dioksida so največji dejavnik zakisljevanja oceanov v obsegu svetovnih oceanov, zato jih moramo zmanjšati. Lokalni dodatki dušika in ogljika iz točkovnih virov, netočkovnih virov in naravnih virov lahko poslabšajo učinke zakisljevanja oceanov z ustvarjanjem pogojev, ki dodatno pospešijo znižanje pH. Odlaganje lokalnega onesnaženja zraka (zlasti ogljikovega dioksida, dušika in žveplovega oksida) lahko prav tako prispeva k zmanjšanemu pH in zakisljevanju. Lokalno delovanje lahko pomaga upočasniti zakisanje. Zato moramo količinsko opredeliti ključne antropogene in naravne procese, ki prispevajo k zakisljevanju.

Sledijo prednostni, kratkoročni ukrepi za obravnavanje zakisanosti oceanov.

1. Hitro in občutno zmanjšajte globalne emisije ogljikovega dioksida, da ublažite in obrnete zakisljevanje naših oceanov.
2. Omejite izpuste hranilnih snovi, ki vstopajo v morske vode iz majhnih in velikih kanalizacijskih sistemov na kraju samem, komunalnih naprav za odpadne vode in kmetijstva, s čimer omejite dejavnike stresa za oceansko življenje, da bi podprli prilagajanje in preživetje.
3. Izvajati učinkovito spremljanje čiste vode in najboljše prakse upravljanja ter revidirati obstoječe in/ali sprejeti nove standarde kakovosti vode, da bodo ustrezni za zakisljevanje oceanov.
4. Raziščite selektivno vzrejo školjk in drugih ranljivih morskih vrst za toleranco zakisljevanja oceanov.
5. Identificirajte, spremljajte in upravljajte morske vode in vrste v potencialnih zatočiščih pred zakisanostjo oceanov, da lahko prenesejo sočasne obremenitve.
6. Razumeti povezavo med spremenljivkami kemije vode ter proizvodnjo in preživetjem školjk v valilnicah in v naravnem okolju ter spodbujati sodelovanje med znanstveniki, menedžerji in gojitelji školjk. Poleg tega vzpostavite nujno opozorilo in zmogljivost odzivanja, ko spremljanje pokaže skok v vodi z nizkim pH, ki ogroža občutljiv habitat ali dejavnosti industrije školjk.
7. Obnovite morsko travo, mangrove, močvirsko travo itd., ki bodo prevzeli in vezali raztopljeni ogljik v morskih vodah in lokalno preprečili (ali upočasnili) spremembe pH vrednosti teh morskih voda
8. Izobraževanje javnosti o problemu zakisljevanja oceanov in njegovih posledicah za morske ekosisteme, gospodarstvo in kulture

Dobra novica je, da je na vseh teh frontah dosežen napredek. Globalno si več deset tisoč ljudi prizadeva za zmanjšanje emisij toplogrednih plinov (vključno s CO2) na mednarodni, nacionalni in lokalni ravni (1. točka). In v ZDA je točka 8 glavni cilj koalicije nevladnih organizacij, ki jo usklajujejo naši prijatelji pri Ocean Conservancy. Za postavko 7, TOF gostitelji naša prizadevanja za obnovo poškodovanih travnikov morske trave. Toda v vznemirljivem razvoju za postavke 2-7 sodelujemo s ključnimi državnimi odločevalci v štirih obalnih državah, da bi razvili, delili in uvedli zakonodajo, namenjeno obravnavanju OA. Obstoječi učinki zakisljevanja oceanov na školjke in drugo morsko življenje v obalnih vodah Washingtona in Oregona so spodbudili ukrepanje na več načinov.

Vsi govorci na konferenci so jasno povedali, da je potrebnih več informacij – zlasti o tem, kje se pH hitro spreminja, katere vrste bodo lahko uspevale, preživele ali se prilagodile ter o lokalnih in regionalnih strategijah, ki delujejo. Hkrati je bila glavna lekcija, da čeprav ne vemo vsega, kar bi radi vedeli o zakisljevanju oceanov, lahko in bi morali sprejeti ukrepe za ublažitev njegovih učinkov. Še naprej bomo sodelovali z našimi donatorji, svetovalci in drugimi člani skupnosti TOF, da bi podprli rešitve.