Deadly Serious: Acid Oceans and What We Must Do

av Mark J. Spalding, ordförande för The Ocean Foundation

Förra veckan var jag i Monterey, Kalifornien för att 3:e internationella symposiet om havet i en värld med hög koldioxidutsläpp, som var samtidigt med BLUE Ocean Film Festival på hotellet bredvid (men det är en helt annan historia att berätta). På symposiet gick jag med hundratals andra deltagare för att lära mig om det nuvarande kunskapsläget och potentiella lösningar för att ta itu med effekterna av förhöjd koldioxid (CO2) på hälsan hos våra hav och livet inom. Vi kallar konsekvenserna havsförsurning eftersom pH i vårt hav blir lägre och därmed surare, med betydande potentiell skada på havssystemen som vi känner dem.

Ocean försurning

Hög CO2012-mötet 2 var ett stort steg från det andra mötet i Monaco 2. Över 2008 deltagare och 500 talare, representerande 146 nationer, samlades för att diskutera de aktuella frågorna. Det inkluderade en första större inkludering av socioekonomiska studier. Och medan det primära fokus fortfarande låg på havslevande organismers reaktioner på havsförsurning och vad det betyder för havssystemet, var alla överens om att vår kunskap om effekter och potentiella lösningar har utvecklats avsevärt under de senaste fyra åren.

För min del satt jag hänförd när den ena forskaren efter den andra gav en historia om vetenskapen kring havsförsurning (OA), information om det aktuella vetenskapens kunskapsläge om OA och våra första antydan om detaljer om ekosystemet och ekonomiska konsekvenser av ett varmare hav som är surare och har lägre syrenivåer.

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

Vad vet vi?

Havsförsurning är verklig
Det kommer direkt från våra koldioxidutsläpp
Det händer snabbt
Effekten är säker
Utrotningar är säkra
Det syns redan i systemen
Förändring kommer att ske

Varmt, surt och andfådd är alla symptom på samma sjukdom.

Speciellt i kombination med andra sjukdomar blir OA ett stort hot.

Vi kan förvänta oss mycket variation, såväl som positiva och negativa överföringseffekter.

Vissa arter kommer att ändra beteende under OA.

Vi vet tillräckligt för att agera

Vi vet att en stor katastrofal händelse kommer

Vi vet hur vi ska förhindra det

Vi vet vad vi inte vet

Vi vet vad vi behöver göra (inom vetenskapen)

Vi vet vad vi kommer att fokusera på (att ta fram lösningar)

Men vi bör vara beredda på överraskningar; vi har så fullständigt stört systemet.

Dr. Dupont avslutade sina kommentarer med ett foto av sina två barn med ett kraftfullt och slående uttalande i två meningar:

Jag är ingen aktivist, jag är en vetenskapsman. Men jag är också en ansvarsfull pappa.

Det första tydliga uttalandet om att CO2-ackumulering i havet skulle kunna ha "möjliga katastrofala biologiska konsekvenser" publicerades 1974 (Whitfield, M. 1974. Accumulering av fossil CO2 i atmosfären och i havet. Nature 247:523-525.). Fyra år senare, 1978, etablerades den direkta kopplingen av fossila bränslen till CO2-detektering i havet. Mellan 1974 och 1980 började många studier att visa den faktiska förändringen i havets alkalinitet. Och äntligen, 2004, blev spöket för havsförsurning (OA) accepterat av forskarsamhället i stort, och det första av de höga koldioxidsymposierna hölls.

Följande vår informerades de marina finansiärerna vid sitt årliga möte i Monterey, inklusive en studieresa för att se spjutspetsforskning vid Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI). Jag bör notera att de flesta av oss var tvungna att påminnas om vad pH-skalan betyder, även om alla verkade komma ihåg att de använde lackmuspappret för att testa vätskor i naturvetenskapliga klassrum på mellanstadiet. Lyckligtvis var experterna villiga att förklara att pH-skalan är från 0 till 14, där 7 är neutralt. Ju lägre pH, betyder lägre alkalinitet eller högre surhet.

Vid det här laget har det blivit tydligt att det tidiga intresset för havets pH har gett några konkreta resultat. Vi har några trovärdiga vetenskapliga studier som säger oss att när havets pH sjunker kommer vissa arter att trivas, vissa överleva, vissa ersätts och många dör ut (det förväntade resultatet är förlust av biologisk mångfald, men bibehållande av biomassa). Denna breda slutsats är resultatet av laboratorieexperiment, fältexponeringsexperiment, observationer på platser med naturligt höga CO2-halter och studier fokuserade på fossila poster från tidigare OA-händelser i historien.

Vad vi vet från tidigare havsförsurningshändelser

Även om vi kan se förändringar i havets kemi och havets yttemperatur under de 200 åren sedan den industriella revolutionen, måste vi gå längre tillbaka i tiden för en kontrolljämförelse (men inte för långt tillbaka). Så den pre-kambriska perioden (de första 7/8s av jordens geologiska historia) har identifierats som den enda bra geologiska analogen (om inte av någon annan anledning än liknande arter) och inkluderar vissa perioder med lägre pH. Dessa tidigare perioder upplevde en liknande hög CO2-värld med lägre pH, lägre syrenivåer och varmare havstemperaturer.

Det finns dock inget i det historiska dokumentet som är lika med vårt nuvarande förändringstakt av pH eller temperatur.

Den sista dramatiska havsförsurningshändelsen är känd som PETM, eller Paleocen–Eocen Thermal Maximum, som ägde rum för 55 miljoner år sedan och är vår bästa jämförelse. Det hände snabbt (över cirka 2,000 50,000 år) det varade i XNUMX XNUMX år. Vi har starka data/bevis för det – och därför använder forskare det som vår bästa tillgängliga analog för en massiv kolutsläpp.

Det är dock inte en perfekt analog. Vi mäter dessa utsläpp i petagram. PgC är petagram av kol: 1 petagram = 1015 gram = 1 miljard ton. PETM representerar en period då 3,000 270 PgC släpptes ut under några tusen år. Det som spelar roll är förändringstakten under de senaste 5,000 åren (den industriella revolutionen), eftersom vi har pumpat in 1 1 PgC kol i vår planets atmosfär. Detta betyder att utsläppet då var 9 PgC y-1 jämfört med den industriella revolutionen, vilket är XNUMX PgC y-XNUMX. Eller, om du bara är en folkrättsman som jag, översätter detta till den skarpa verkligheten att det vi har gjort på knappt tre århundraden är 10 gånger sämre än vad som orsakade utrotningshändelserna i havet vid PETM.

PETM havsförsurningshändelsen orsakade stora förändringar i de globala havssystemen, inklusive vissa utrotningar. Intressant nog visar vetenskapen att den totala biomassan höll sig ungefär jämn, med dinoflagellatblomningar och liknande händelser som kompenserade förlusten av andra arter. Totalt visar det geologiska rekordet ett brett spektrum av konsekvenser: blomningar, utrotningar, omsättningar, förkalkningsförändringar och dvärgväxt. Således orsakar OA en betydande biotisk reaktion även när förändringshastigheten är mycket långsammare än vår nuvarande takt av koldioxidutsläpp. Men eftersom det var mycket långsammare, är "framtiden okänt territorium i de flesta moderna organismers evolutionära historia."

Således kommer denna antropogena OA-händelse lätt att toppa PETM i påverkan. OCH vi bör förvänta oss att se förändringar i hur förändring sker eftersom vi har så stört systemet. Översättning: Räkna med att bli överraskad.

Ekosystem och artsvar

Havsförsurning och temperaturförändringar har båda koldioxid (CO2) som drivkraft. Och även om de kan interagera, kör de inte parallellt. Förändringar i pH är mer linjära, med mindre avvikelser och är mer homogena i olika geografiska utrymmen. Temperaturen är mycket mer variabel, med stora avvikelser, och är väsentligt varierande rumsligt.

Temperaturen är den dominerande drivkraften för förändringar i havet. Det är således inte en överraskning att förändringar orsakar en förskjutning i distributionen av arter i den utsträckning de kan anpassa sig. Och vi måste komma ihåg att alla arter har gränser för acklimatiseringskapacitet. Naturligtvis förblir vissa arter känsligare än andra eftersom de har smalare temperaturgränser där de trivs. Och precis som andra stressfaktorer ökar extrema temperaturer känsligheten för effekterna av högt koldioxid.

Vägen ser ut så här:

CO2-utsläpp → OA → biofysisk påverkan → förlust av ekosystemtjänster (t.ex. ett rev dör och stoppar inte längre stormfloder) → socioekonomiska effekter (när stormfloden tar ut stadens pir)

Samtidigt noterar man att efterfrågan på ekosystemtjänster ökar med befolkningstillväxt och ökande inkomst (förmögenhet).

För att titta på effekterna har forskare undersökt olika begränsningsscenarier (olika hastigheter för pH-förändringar) jämfört med att upprätthålla status quo som riskerar:

Förenkling av mångfald (upp till 40%), och därmed en minskning av ekosystemkvalitet
Det finns liten eller ingen inverkan på överflöd
Genomsnittlig storlek på olika arter minskar med 50 %
OA orsakar förskjutning från dominans av förkalkningsmedel (organismer vars struktur är bildad av kalciumbaserat material):

Inget hopp om överlevnad för koraller som är helt beroende av vatten vid ett visst pH för att överleva (och för kallvattenkoraller kommer varmare temperaturer att förvärra problemet);
Snäckor (tunnskaliga havssniglar) är de känsligaste av blötdjuren;
Det är en stor påverkan på exoskelettbärande vattenlevande ryggradslösa djur, inklusive olika arter av blötdjur, kräftdjur och tagghudingar (tänk musslor, hummer och sjöborrar)
Inom denna artkategori har leddjur (som räkor) det inte lika illa, men det finns en tydlig signal om deras tillbakagång

Andra ryggradslösa djur anpassar sig snabbare (som maneter eller maskar)
Fisk, inte så mycket, och fisk kanske inte heller har någon plats att migrera till (till exempel i SE Australien)
Viss framgång för marina växter som kan frodas på att konsumera CO2
Viss evolution kan ske på relativt korta tidsskalor, vilket kan innebära hopp
Evolutionär räddning av mindre känsliga arter eller populationer inom arter från stående genetisk variation för pH-tolerans (vi kan se detta från avelsexperiment; eller från nya mutationer (som är sällsynta))

Så nyckelfrågan kvarstår: Vilken art kommer att påverkas av OA? Vi har en bra uppfattning om svaret: musslor, kräftdjur, rovdjur av kalk och topprovdjur i allmänhet. Det är inte svårt att föreställa sig hur allvarliga de ekonomiska konsekvenserna kommer att bli enbart för skaldjurs-, skaldjurs- och dykturismindustrin, än mindre för andra i nätverket av leverantörer och tjänster. Och inför problemets enorma omfattning kan det vara svårt att fokusera på lösningar.

Vad vårt svar bör vara

Stigande koldioxid är grundorsaken (till sjukdomen) [men precis som rökning är det väldigt svårt att få rökaren att sluta]

Vi måste behandla symtomen [högt blodtryck, emfysem]
Vi måste minska andra stressfaktorer [minska på drickande och överätande]

Att minska källorna till havsförsurning kräver uthålliga ansträngningar för att minska källorna på både global och lokal skala. Globala koldioxidutsläpp är den största drivkraften för havsförsurning i samma skala som världshavet, så vi måste minska dem. Lokala tillsatser av kväve och kol från punktkällor, icke-punktkällor och naturliga källor kan förvärra effekterna av havsförsurning genom att skapa förhållanden som ytterligare accelererar pH-sänkningar. Deposition av lokala luftföroreningar (särskilt koldioxid, kväve och svaveloxid) kan också bidra till minskat pH och försurning. Lokala åtgärder kan hjälpa till att bromsa försurningstakten. Så vi måste kvantifiera viktiga antropogena och naturliga processer som bidrar till försurning.

Följande är prioriterade åtgärder på kort sikt för att ta itu med havsförsurningen.

1. Snabbt och avsevärt minska de globala utsläppen av koldioxid för att mildra och vända försurningen av våra hav.
2. Begränsa utsläpp av näringsämnen som kommer in i marina vatten från små och stora avloppssystem på plats, kommunala avloppsvattenanläggningar och jordbruk, vilket begränsar stressfaktorerna på havets liv för att stödja anpassning och överlevnad.
3. Implementera effektiv övervakning av rent vatten och bästa förvaltningspraxis, samt revidera befintliga och/eller anta nya vattenkvalitetsstandarder för att göra dem relevanta för havsförsurning.
4. Undersök selektiv avel för havsförsurningstolerans hos skaldjur och andra sårbara marina arter.
5. Identifiera, övervaka och hantera de marina vattnen och arterna i potentiella tillflyktsorter från havsförsurning så att de kan utstå samtidiga påfrestningar.
6. Förstå sambandet mellan vattenkemivariabler och skaldjursproduktion och överlevnad i kläckerier och i den naturliga miljön, främja samarbeten mellan forskare, förvaltare och skaldjursodlare. Och upprätta en nödvarnings- och reaktionskapacitet när övervakning indikerar en topp i vatten med lågt pH som hotar känsliga livsmiljöer eller skaldjursindustrins verksamhet.
7. Återställ sjögräs, mangrove, kärrgräs etc. som tar upp och fixerar löst kol i marina vatten och lokalt förhindrar (eller långsammare) förändringar i pH i dessa marina vatten
8. Utbilda allmänheten om problemet med havsförsurning och dess konsekvenser för marina ekosystem, ekonomi och kulturer

Den goda nyheten är att framsteg görs på alla dessa fronter. Globalt arbetar tiotusentals människor för att minska utsläppen av växthusgaser (inklusive CO2) på internationell, nationell och lokal nivå (punkt 1). Och i USA är punkt 8 det primära fokus för en koalition av icke-statliga organisationer som samordnas av våra vänner på Ocean Conservancy. För punkt 7, TOF-värdar vår egen insats för att återställa skadade sjögräsängar. Men i en spännande utveckling för punkterna 2-7 arbetar vi med viktiga statliga beslutsfattare i fyra kuststater för att utveckla, dela och införa lagstiftning utformad för att ta itu med OA. De befintliga effekterna av havsförsurning på skaldjur och annat marint liv i Washington och Oregons kustvatten har inspirerat till åtgärder på ett antal sätt.

Alla talare på konferensen gjorde det klart att mer information behövs – särskilt om var pH förändras snabbt, vilka arter som kommer att kunna frodas, överleva eller anpassa sig, och lokala och regionala strategier som fungerar. Samtidigt var lektionen att även om vi inte vet allt vi vill veta om havsförsurning, kan och bör vi vidta åtgärder för att mildra dess effekter. Vi kommer att fortsätta att arbeta med våra givare, rådgivare och andra medlemmar av TOF-gemenskapen för att stödja lösningarna.