Смертельно серйозно: кислотні океани і що ми повинні робити

Марк Дж. Сполдінг, президент Фонду океану

Минулого тижня я був у Монтереї, штат Каліфорнія, на 3-й Міжнародний симпозіум «Океан у світі з високим вмістом CO2»., який був одночасним з Кінофестиваль BLUE Ocean у сусідньому готелі (але це зовсім інша історія). На симпозіумі я приєднався до сотень інших учасників, щоб дізнатися про поточний рівень знань і потенційні рішення для усунення впливу підвищеного вмісту вуглекислого газу (CO2) на здоров’я наших океанів і життя в них. Ми називаємо наслідки підкисленням океану, тому що рН нашого океану стає нижчим і, отже, більш кислим, що завдає значної потенційної шкоди океанічним системам, як ми їх знаємо.

Підкислення океану

Зустріч 2012 High CO2 стала величезним кроком у порівнянні з 2-ю зустріччю в Монако в 2008 році. Понад 500 учасників і 146 доповідачів, які представляли 37 країн, зібралися для обговорення актуальних питань. Він включав перше велике включення соціально-економічних досліджень. І хоча основна увага все ще була зосереджена на реакції морських організмів на підкислення океану та на те, що це означає для океанської системи, усі погоджувалися, що наші знання про наслідки та потенційні рішення значно просунулися за останні чотири роки.

Зі свого боку, я сидів у захопленому подиві, коли один вчений за іншим розповідав історію науки про підкислення океану (ОА), інформацію про поточний стан наукових знань про ОА та наші перші припущення щодо особливостей екосистеми та економічних наслідків. теплішого океану, який є більш кислим і має нижчий рівень кисню.

Як сказав доктор Сем Дюпон з Центру морських наук Свена Ловена в Крістінеберзі, Швеція:

Що ми знаємо?

Підкислення океану реально
Це напряму походить від наших викидів вуглецю
Це відбувається швидко
Вплив певний
Вимирання певні
Це вже видно в системах
Зміна відбудеться

Гарячий, кислий і задуха - все це симптоми однієї хвороби.

Особливо в поєднанні з іншими захворюваннями ОА стає серйозною загрозою.

Ми можемо очікувати великої мінливості, а також позитивних і негативних ефектів перенесення.

Деякі види змінюють поведінку за ОА.

Ми знаємо достатньо, щоб діяти

Ми знаємо, що наближається велика катастрофічна подія

Ми знаємо, як цьому запобігти

Ми знаємо те, чого не знаємо

Ми знаємо, що нам потрібно робити (в науці)

Ми знаємо, на чому будемо зосереджуватися (пропонувати рішення)

Але ми повинні бути готові до несподіванок; ми так повністю збурили систему.

Доктор Дюпон завершив свої коментарі фотографією своїх двох дітей із потужним і вражаючим висловом у два речення:

Я не активіст, я науковець. Але я також відповідальний батько.

Перше чітке твердження про те, що накопичення CO2 в морі може мати «можливі катастрофічні біологічні наслідки», було опубліковано в 1974 році (Whitfield, M. 1974. Накопичення викопного CO2 в атмосфері та в морі. Природа 247:523-525.). Через чотири роки, у 1978 році, було встановлено прямий зв’язок викопного палива з виявленням CO2 в океані. Між 1974 і 1980 роками численні дослідження почали демонструвати реальну зміну лужності океану. І, нарешті, у 2004 році наукове співтовариство в цілому визнало привид закислення океану (OA), і було проведено перший симпозіум з високим вмістом CO2.

Наступної весни морські спонсори були проінформовані на їхній щорічній зустрічі в Монтереї, включаючи екскурсію, щоб побачити деякі передові дослідження в Науково-дослідному інституті акваріумів Монтерей-Бей (MBARI). Маю зауважити, що більшості з нас довелося нагадати, що означає шкала рН, хоча всі, здавалося, пам’ятали, як використовували лакмусовий папірець для перевірки рідин у класах природничих наук середньої школи. На щастя, експерти були готові пояснити, що шкала pH становить від 0 до 14, де 7 є нейтральним. Чим нижчий рН, означає нижчу лужність або більшу кислотність.

На цьому етапі стало зрозуміло, що ранній інтерес до pH океану дав певні конкретні результати. У нас є кілька надійних наукових досліджень, які говорять нам про те, що коли рН океану падає, деякі види будуть процвітати, деякі виживатимуть, деякі замінюватимуться, а багато зникнуть (очікуваним результатом буде втрата біорізноманіття, але збереження біомаси). Цей широкий висновок є результатом лабораторних експериментів, польових експериментів, спостережень у місцях із природним високим вмістом CO2 та досліджень, зосереджених на скам’янілих рештках попередніх подій ОА в історії.

Що ми знаємо про минулі події підкислення океану

Хоча ми можемо спостерігати зміни в хімічному складі океану та температурі поверхні океану протягом кількох 200 років після промислової революції, нам потрібно повернутися в минуле для контрольного порівняння (але не надто далеко). Таким чином, докембрійський період (перші 7/8 геологічної історії Землі) був ідентифікований як єдиний хороший геологічний аналог (якщо не з іншої причини, аніж через подібні види) і включає деякі періоди з нижчим рН. У ці попередні періоди спостерігався подібний високий рівень CO2 з нижчим pH, нижчим рівнем кисню та більш високою температурою поверхні моря.

Однак в історичних літописах немає нічого, що зрівнялося б з нашим поточна швидкість змін рН або температури.

Остання драматична подія підкислення океану відома як PETM, або палеоцен-еоценовий термальний максимум, який відбувся 55 мільйонів років тому і є нашим найкращим порівнянням. Це сталося швидко (протягом приблизно 2,000 років) і тривало 50,000 XNUMX років. У нас є вагомі дані/докази цього, і тому вчені використовують його як наш найкращий доступний аналог масового викиду вуглецю.

Однак це не ідеальний аналог. Ми вимірюємо ці викиди в петаграмах. PgC – це петаграми вуглецю: 1 петаграм = 1015 грам = 1 мільярд метричних тонн. PETM представляє період, коли 3,000 PgC було випущено протягом кількох тисяч років. Що має значення, так це швидкість змін за останні 270 років (промислова революція), оскільки ми закачали 5,000 PgC вуглецю в атмосферу нашої планети. Це означає, що вивільнення тоді становило 1 PgC y-1 порівняно з промисловою революцією, яка становить 9 PgC y-1. Або, якщо ви просто хлопець з міжнародного права, як я, це означає сувору реальність, що те, що ми зробили менш ніж за три століття, В 10 разів гірше ніж те, що спричинило події вимирання в океані в PETM.

Подія підкислення океану PETM спричинила великі зміни в глобальних океанічних системах, включаючи деякі вимирання. Цікаво, що наука вказує на те, що загальна біомаса залишалася приблизно рівною, оскільки цвітіння динофлагеллят і подібні події компенсували втрату інших видів. Загалом геологічний літопис демонструє широкий спектр наслідків: розквіти, вимирання, зміни, зміни кальцифікації та карликовість. Таким чином, OA викликає значну біотичну реакцію, навіть якщо швидкість змін набагато нижча, ніж наш поточний рівень викидів вуглецю. Але оскільки це було набагато повільніше, «майбутнє — незвідана територія в еволюційній історії більшості сучасних організмів».

Таким чином, ця антропогенна подія ОА легко перевищить PETM за впливом. І ми повинні очікувати змін у тому, як відбуваються зміни, оскільки ми сильно порушили систему. Переклад: Очікуйте бути здивованим.

Реакція екосистем і видів

Двоокис вуглецю (CO2) є рушійною силою для підкислення океану та зміни температури. І хоча вони можуть взаємодіяти, вони не працюють паралельно. Зміни рН є більш лінійними, з меншими відхиленнями та є більш однорідними в різних географічних просторах. Температура набагато більше мінлива, з великими відхиленнями, і суттєво змінна в просторі.

Температура є домінуючим чинником змін в океані. Таким чином, не дивно, що зміни спричиняють зсув у розподілі видів у міру їх здатності адаптуватися. І ми повинні пам’ятати, що всі види мають межі здатності до акліматизації. Звичайно, деякі види залишаються більш чутливими, ніж інші, тому що вони мають вужчі межі температур, за яких вони процвітають. І, як і інші стресори, екстремальні температури підвищують чутливість до впливу високого рівня CO2.

Шлях виглядає так:

викиди CO2 → OA → біофізичний вплив → втрата екосистемних послуг (наприклад, риф гине і більше не зупиняє штормові хвилі) → соціально-економічний вплив (коли шторм руйнує міський пірс)

Зазначаючи в той же час, що попит на екосистемні послуги зростає зі зростанням населення та зростанням доходу (багатства).

Щоб розглянути наслідки, вчені дослідили різні сценарії пом’якшення (різні швидкості зміни рН) у порівнянні зі збереженням статус-кво, що ризикує:

Спрощення різноманітності (до 40%), а отже, зниження якості екосистеми
Вплив на чисельність невеликий або взагалі відсутній
Середній розмір різних видів зменшується на 50%
ОА викликає відхід від домінування кальцифікаторів (організмів, структура яких утворена матеріалом на основі кальцію):

Жодної надії на виживання коралів, які повністю залежать від води з певним pH, щоб вижити (а для коралів з холодною водою більш висока температура посилить проблему);
Черевоногі молюски (тонкочерепашкові морські равлики) — найчутливіші з молюсків;
Існує великий вплив на водних безхребетних, що несуть екзоскелет, включаючи різні види молюсків, ракоподібних і голкошкірих (наприклад, молюсків, омарів і їжаків).
У цій категорії видів членистоногі (наприклад, креветки) не такі погані, але є явний сигнал про зменшення їх кількості.

Інші безхребетні пристосовуються швидше (наприклад, медузи або черви)
Риба, не так багато, і рибі також може не бути куди мігрувати (наприклад, у Південній Австралії)
Певний успіх для морських рослин, які можуть процвітати за рахунок споживання CO2
Певна еволюція може відбутися за відносно короткий проміжок часу, що може означати надію
Еволюційний порятунок менш чутливими видами або популяціями всередині виду від постійної генетичної варіації толерантності до pH (ми можемо побачити це в експериментах із селекції; або внаслідок нових мутацій (які зустрічаються рідко))

Отже, ключовим питанням залишається: які види будуть уражені ОА? У нас є хороше уявлення про відповідь: двостулкові молюски, ракоподібні, хижаки кальцифікаторів і найвищі хижаки в цілому. Неважко уявити, наскільки серйозними будуть фінансові наслідки лише для молюсків, морепродуктів і індустрії дайвінг-туризму, а тим більше для інших у мережі постачальників і послуг. І перед обличчям грандіозності проблеми може бути важко зосередитися на її вирішенні.

Якою має бути наша відповідь

Підвищення CO2 є основною причиною (хвороби) [але, як і куріння, змусити курця кинути палити дуже важко]

Ми повинні лікувати симптоми [високий кров'яний тиск, емфізема]
Ми повинні зменшити інші стресори [зменшити вживання алкоголю та переїдання]

Зменшення джерел підкислення океану вимагає постійних зусиль щодо зменшення джерел як у глобальному, так і в місцевому масштабі. Глобальні викиди вуглекислого газу є найбільшим фактором підкислення океану в масштабі Світового океану, тому ми повинні зменшити їх. Місцеві додавання азоту та вуглецю з точкових джерел, неточкових джерел і природних джерел можуть посилити вплив підкислення океану, створюючи умови, які ще більше прискорюють зниження pH. Осадження місцевого забруднення повітря (зокрема, вуглекислого газу, азоту та оксиду сірки) також може сприяти зниженню pH і підкисленню. Місцева дія може допомогти уповільнити темп підкислення. Отже, нам потрібно кількісно визначити ключові антропогенні та природні процеси, що сприяють підкисленню.

Нижче наведено першочергові короткострокові дії для вирішення проблеми закислення океану.

1. Швидко та суттєво зменшити глобальні викиди вуглекислого газу, щоб пом’якшити та повернути назад підкислення наших океанів.
2. Обмежте скидання поживних речовин, що потрапляють у морські води з малих і великих каналізаційних систем, муніципальних каналізаційних установок і сільського господарства, таким чином обмежуючи стресові фактори для життя в океані для підтримки адаптації та виживання.
3. Впровадити ефективний моніторинг чистої води та найкращі практики управління, а також переглянути існуючі та/або прийняти нові стандарти якості води, щоб зробити їх актуальними для підкислення океану.
4. Дослідіть вибіркове розведення молюсків та інших вразливих морських видів на стійкість до підкислення океану.
5. Визначати, контролювати та керувати морськими водами та видами в потенційних притулках від закислення океану, щоб вони могли витримувати одночасні стреси.
6. Зрозуміти зв’язок між змінними хімічного складу води та виробництвом і виживанням молюсків у інкубаторіях і в природному середовищі, сприяючи співпраці між науковцями, менеджерами та виробниками молюсків. А також установіть потужність екстреного попередження та реагування, коли моніторинг вказує на стрибок води з низьким рН, що загрожує чутливому середовищу існування або діяльності промисловості молюсків.
7. Відновити морську траву, мангрові зарості, болотну траву тощо, які будуть поглинати та фіксувати розчинений вуглець у морських водах і локально запобігати (або уповільнювати) зміни рН цих морських вод
8. Інформуйте громадськість про проблему закислення океану та його наслідки для морських екосистем, економіки та культури

Доброю новиною є те, що прогрес досягається на всіх цих фронтах. У всьому світі десятки тисяч людей працюють над скороченням викидів парникових газів (включаючи CO2) на міжнародному, національному та місцевому рівнях (пункт 1). А в США пункт 8 є головною метою коаліції неурядових організацій, яку координують наші друзі з Ocean Conservancy. Для елемента 7 хости TOF нашими власними зусиллями відновити пошкоджені луки морської трави. Але в захоплюючому розвитку пунктів 2-7 ми працюємо з ключовими особами, які приймають рішення, у чотирьох прибережних штатах, щоб розробити, поширити та запровадити законодавство, спрямоване на вирішення ОА. Існуючий вплив підкислення океану на молюсків та іншу морську фауну в прибережних водах штатів Вашингтон і Орегон надихнув на дії різними способами.

Усі доповідачі на конференції чітко дали зрозуміти, що потрібна додаткова інформація, особливо про те, де рН швидко змінюється, які види зможуть процвітати, виживати чи адаптуватися, а також про ефективні місцеві та регіональні стратегії. У той же час основний урок полягає в тому, що, хоча ми не знаємо всього, що хочемо знати про підкислення океану, ми можемо і повинні вживати заходів для пом’якшення його наслідків. Ми продовжуватимемо працювати з нашими донорами, радниками та іншими членами спільноти TOF, щоб підтримати рішення.