Nghiêm trọng chết người: Đại dương axit và những gì chúng ta phải làm

bởi Mark J. Spalding, Chủ tịch của The Ocean Foundation

Tuần trước tôi đã ở Monterey, California cho Hội nghị chuyên đề quốc tế lần thứ 3 về Đại dương trong một thế giới CO2 cao, đồng thời với Liên hoan phim Đại dương xanh ở khách sạn bên cạnh (nhưng đó là một câu chuyện hoàn toàn khác để kể). Tại hội nghị chuyên đề, tôi đã cùng với hàng trăm người tham dự khác tìm hiểu về hiện trạng kiến ​​thức và các giải pháp tiềm năng để giải quyết các tác động của lượng khí carbon dioxide (CO2) tăng cao đối với sức khỏe của các đại dương và cuộc sống bên trong. Chúng tôi gọi hậu quả là axit hóa đại dương vì độ pH trong đại dương của chúng ta đang ngày càng thấp hơn và do đó có tính axit hơn, với khả năng gây hại đáng kể cho các hệ thống đại dương như chúng ta biết.

Biển bị acid hóa

Cuộc họp CO2012 cao năm 2 là một bước nhảy vọt so với cuộc họp lần thứ 2 tại Monaco vào năm 2008. Hơn 500 người tham dự và 146 diễn giả, đại diện cho 37 quốc gia, đã tập trung để thảo luận về các vấn đề hiện tại. Nó bao gồm một nghiên cứu lớn đầu tiên về kinh tế xã hội. Và, trong khi trọng tâm chính vẫn là phản ứng của sinh vật biển đối với quá trình axit hóa đại dương và điều đó có ý nghĩa gì đối với hệ thống đại dương, mọi người đều đồng ý rằng kiến ​​thức của chúng ta về các tác động và giải pháp tiềm năng đã tiến bộ rất nhiều trong bốn năm qua.

Về phần mình, tôi ngồi trong sự kinh ngạc tột độ khi hết nhà khoa học này đến nhà khoa học khác trình bày lịch sử khoa học xung quanh quá trình axit hóa đại dương (OA), thông tin về hiện trạng kiến ​​thức khoa học về OA và những hiểu biết đầu tiên của chúng tôi về các chi tiết cụ thể về hệ sinh thái và hậu quả kinh tế của một đại dương ấm hơn có tính axit hơn và có nồng độ oxy thấp hơn.

Như Tiến sĩ Sam Dupont của Trung tâm Khoa học Hàng hải Sven Lovén – Kristineberg, Thụy Điển đã nói:

Chúng ta biết những gì?

Axit hóa đại dương là có thật
Nó trực tiếp đến từ lượng khí thải carbon của chúng ta
Nó đang diễn ra nhanh chóng
Tác động là chắc chắn
Sự tuyệt chủng là chắc chắn
Nó đã được hiển thị trong các hệ thống
Thay đổi sẽ xảy ra

Nóng, chua và khó thở đều là triệu chứng của cùng một bệnh.

Đặc biệt khi kết hợp với các bệnh khác, THK trở thành mối đe dọa lớn.

Chúng ta có thể mong đợi rất nhiều sự thay đổi, cũng như các hiệu ứng chuyển tiếp tích cực và tiêu cực.

Một số loài sẽ thay đổi hành vi dưới OA.

Chúng ta biết đủ để hành động

Chúng tôi biết một sự kiện thảm khốc lớn đang đến

Chúng tôi biết làm thế nào để ngăn chặn nó

Chúng ta biết những gì chúng ta không biết

Chúng tôi biết những gì chúng tôi cần làm (trong khoa học)

Chúng tôi biết những gì chúng tôi sẽ tập trung vào (mang lại giải pháp)

Nhưng, chúng ta nên chuẩn bị cho những bất ngờ; chúng tôi đã làm xáo trộn hoàn toàn hệ thống.

Tiến sĩ Dupont kết thúc phần bình luận của mình bằng một bức ảnh chụp hai đứa con của ông với hai câu tuyên bố mạnh mẽ và ấn tượng:

Tôi không phải là một nhà hoạt động, tôi là một nhà khoa học. Nhưng, tôi cũng là một người cha có trách nhiệm.

Tuyên bố rõ ràng đầu tiên rằng sự tích tụ CO2 trong biển có thể gây ra “những hậu quả sinh học thảm khốc có thể xảy ra” được công bố vào năm 1974 (Whitfield, M. 1974. Tích lũy CO2 hóa thạch trong khí quyển và dưới biển. Tự nhiên 247:523-525.). Bốn năm sau, vào năm 1978, mối liên hệ trực tiếp của nhiên liệu hóa thạch với việc phát hiện CO2 trong đại dương đã được thiết lập. Giữa năm 1974 và 1980, nhiều nghiên cứu đã bắt đầu chứng minh sự thay đổi thực tế về độ kiềm của đại dương. Và, cuối cùng, vào năm 2004, bóng ma axit hóa đại dương (OA) đã được cộng đồng khoa học nói chung chấp nhận và hội nghị chuyên đề về nồng độ CO2 đầu tiên được tổ chức.

Mùa xuân năm sau, các nhà tài trợ hàng hải đã được thông báo tóm tắt tại cuộc họp thường niên của họ ở Monterey, bao gồm một chuyến đi thực địa để xem một số nghiên cứu tiên tiến tại Viện Nghiên cứu Thủy cung Vịnh Monterey (MBARI). Tôi nên lưu ý rằng hầu hết chúng ta đều phải được nhắc nhở về ý nghĩa của thang đo pH, mặc dù dường như mọi người đều nhớ lại việc sử dụng giấy quỳ để kiểm tra chất lỏng trong lớp học khoa học cấp hai. May mắn thay, các chuyên gia sẵn sàng giải thích rằng thang đo pH là từ 0 đến 14, với 7 là trung tính. Độ pH càng thấp, nghĩa là độ kiềm càng thấp, hoặc độ axit càng cao.

Tại thời điểm này, rõ ràng là mối quan tâm ban đầu về độ pH của đại dương đã tạo ra một số kết quả cụ thể. Chúng tôi có một số nghiên cứu khoa học đáng tin cậy cho chúng tôi biết rằng khi độ pH của đại dương giảm xuống, một số loài sẽ phát triển mạnh, một số sống sót, một số bị thay thế và nhiều loài bị tuyệt chủng (kết quả dự kiến ​​là mất đa dạng sinh học nhưng duy trì sinh khối). Kết luận rộng rãi này là kết quả của các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, thí nghiệm tiếp xúc với thực địa, quan sát tại các địa điểm CO2 cao tự nhiên và các nghiên cứu tập trung vào hồ sơ hóa thạch từ các sự kiện viêm khớp trước đó trong lịch sử.

Những gì chúng ta biết từ các sự kiện axit hóa đại dương trong quá khứ

Mặc dù chúng ta có thể thấy những thay đổi về hóa học đại dương và nhiệt độ bề mặt nước biển trong vòng 200 năm kể từ cuộc cách mạng công nghiệp, nhưng chúng ta cần quay ngược thời gian xa hơn để so sánh có kiểm soát (nhưng không quay ngược quá xa). Vì vậy, thời kỳ Tiền Cambri (7/8 đầu tiên của lịch sử địa chất Trái đất) đã được xác định là thời kỳ tương tự địa chất tốt duy nhất (nếu không vì lý do nào khác ngoài các loài tương tự) và bao gồm một số thời kỳ có độ pH thấp hơn. Những giai đoạn trước đó đã trải qua một thế giới CO2 cao tương tự với độ pH thấp hơn, nồng độ oxy thấp hơn và nhiệt độ mặt nước biển ấm hơn.

Tuy nhiên, không có gì trong hồ sơ lịch sử tương đương với chúng ta. tốc độ thay đổi hiện tại của pH hoặc nhiệt độ.

Sự kiện axit hóa đại dương đầy kịch tính cuối cùng được gọi là PETM, hay cực đại nhiệt Paleocene–Eocene, diễn ra cách đây 55 triệu năm và là sự so sánh tốt nhất của chúng tôi. Nó xảy ra nhanh chóng (trong khoảng 2,000 năm) và kéo dài trong 50,000 năm. Chúng tôi có dữ liệu/bằng chứng chắc chắn về nó – và do đó, các nhà khoa học sử dụng nó như chất tương tự tốt nhất hiện có của chúng tôi để giải phóng lượng lớn carbon.

Tuy nhiên, nó không phải là một analog hoàn hảo. Chúng tôi đo lường những bản phát hành này bằng petagram. PgC là Petagram carbon: 1 petagram = 1015 gram = 1 tỷ tấn. PETM đại diện cho thời kỳ khi 3,000 PGC được giải phóng trong vài nghìn năm. Điều quan trọng là tốc độ thay đổi trong 270 năm qua (cuộc cách mạng công nghiệp), khi chúng ta đã bơm 5,000 PGC carbon vào bầu khí quyển của hành tinh chúng ta. Điều này có nghĩa là mức phát thải khi đó là 1 PgC y-1 so với cuộc cách mạng công nghiệp là 9 PgC y-1. Hoặc, nếu bạn chỉ là một người làm luật quốc tế như tôi, thì điều này có nghĩa là một thực tế phũ phàng rằng những gì chúng ta đã làm chỉ trong chưa đầy ba thế kỷ là 10 lần tệ hơn hơn những gì đã gây ra sự kiện tuyệt chủng trong đại dương tại PETM.

Sự kiện axit hóa đại dương PETM đã gây ra những thay đổi lớn trong hệ thống đại dương toàn cầu, bao gồm cả một số vụ tuyệt chủng. Thật thú vị, khoa học chỉ ra rằng tổng sinh khối vẫn ở mức đồng đều, với sự nở hoa của tảo hai roi và các sự kiện tương tự bù đắp cho sự mất mát của các loài khác. Nhìn chung, hồ sơ địa chất cho thấy một loạt các hậu quả: nở hoa, tuyệt chủng, quay vòng, thay đổi vôi hóa và lùn. Do đó, viêm khớp gây ra phản ứng sinh học đáng kể ngay cả khi tốc độ thay đổi chậm hơn nhiều so với tốc độ phát thải carbon hiện tại của chúng ta. Nhưng, bởi vì nó chậm hơn nhiều, nên “tương lai là lãnh thổ chưa được khám phá trong lịch sử tiến hóa của hầu hết các sinh vật hiện đại”.

Do đó, sự kiện OA do con người tạo ra này sẽ dễ dàng vượt qua PETM về tác động. VÀ, chúng ta sẽ thấy những thay đổi trong cách thay đổi xảy ra bởi vì chúng ta đã làm xáo trộn hệ thống. Bản dịch: Mong đợi để được ngạc nhiên.

Phản ứng của hệ sinh thái và loài

Axit hóa đại dương và thay đổi nhiệt độ đều có carbon dioxide (CO2) làm động lực. Và, trong khi chúng có thể tương tác, chúng không chạy song song. Những thay đổi về độ pH tuyến tính hơn, với độ lệch nhỏ hơn và đồng nhất hơn trong các không gian địa lý khác nhau. Nhiệt độ thay đổi nhiều hơn, với độ lệch lớn và thay đổi đáng kể theo không gian.

Nhiệt độ là động lực chính của sự thay đổi trong đại dương. Do đó, không có gì ngạc nhiên khi sự thay đổi đang gây ra sự thay đổi trong phân bố của các loài đến mức chúng có thể thích nghi. Và chúng ta phải nhớ rằng tất cả các loài đều có giới hạn về khả năng thích nghi. Tất nhiên, một số loài vẫn nhạy cảm hơn những loài khác vì chúng có ranh giới nhiệt độ hẹp hơn để chúng phát triển mạnh. Và, giống như các yếu tố gây căng thẳng khác, nhiệt độ cực đoan làm tăng độ nhạy cảm với tác động của CO2 cao.

Con đường trông như thế này:

Lượng khí thải CO2 → OA → tác động lý sinh → mất dịch vụ hệ sinh thái (ví dụ: một rạn san hô chết và không còn ngăn được nước dâng do bão) → tác động kinh tế xã hội (khi triều cường đánh sập bến tàu thị trấn)

Đồng thời lưu ý rằng nhu cầu về các dịch vụ hệ sinh thái đang tăng lên cùng với sự gia tăng dân số và gia tăng thu nhập (của cải).

Để xem xét các tác động, các nhà khoa học đã xem xét các kịch bản giảm thiểu khác nhau (tỷ lệ thay đổi pH khác nhau) so với việc duy trì hiện trạng có rủi ro:

Đơn giản hóa sự đa dạng (lên đến 40%), và do đó làm giảm chất lượng hệ sinh thái
Có rất ít hoặc không có tác động đến sự phong phú
Kích thước trung bình của các loài khác nhau giảm 50%
Viêm khớp gây ra sự thay đổi khỏi sự thống trị của canxi (sinh vật có cấu trúc được hình thành từ vật liệu dựa trên canxi):

Không có hy vọng sống sót cho san hô vốn hoàn toàn phụ thuộc vào nước ở độ pH nhất định để tồn tại (và đối với san hô nước lạnh, nhiệt độ ấm hơn sẽ làm trầm trọng thêm vấn đề);
Chân bụng (ốc biển vỏ mỏng) là loài động vật thân mềm nhạy cảm nhất;
Có tác động lớn đến các động vật không xương sống dưới nước có bộ xương ngoài, bao gồm nhiều loài động vật thân mềm, động vật giáp xác và động vật da gai (nghêu, tôm hùm và nhím)
Trong danh mục loài này, động vật chân đốt (chẳng hạn như tôm) không tệ bằng, nhưng có một dấu hiệu rõ ràng về sự suy giảm của chúng

Các động vật không xương sống khác thích nghi nhanh hơn (chẳng hạn như sứa hoặc giun)
Cá, không quá nhiều và cá cũng có thể không có nơi nào để di cư đến (ví dụ như ở Đông Nam Úc)
Một số thành công đối với thực vật biển có thể phát triển mạnh nhờ tiêu thụ CO2
Một số tiến hóa có thể xảy ra trong khoảng thời gian tương đối ngắn, điều đó có thể có nghĩa là hy vọng
Sự giải cứu tiến hóa bởi các loài hoặc quần thể ít nhạy cảm hơn trong loài khỏi biến thể di truyền thường trực đối với khả năng chịu đựng pH (chúng ta có thể thấy điều này từ các thí nghiệm nhân giống; hoặc từ các đột biến mới (rất hiếm))

Vì vậy, câu hỏi chính vẫn là: Loài nào sẽ bị ảnh hưởng bởi viêm khớp? Chúng tôi có một ý tưởng tốt về câu trả lời: hai mảnh vỏ, động vật giáp xác, động vật ăn thịt có vôi hóa và động vật ăn thịt hàng đầu nói chung. Không khó để hình dung những hậu quả tài chính sẽ nghiêm trọng như thế nào đối với riêng ngành động vật có vỏ, hải sản và du lịch lặn, chưa nói đến những ngành khác trong mạng lưới các nhà cung cấp và dịch vụ. Và khi đối mặt với mức độ nghiêm trọng của vấn đề, có thể khó tập trung vào các giải pháp.

Phản ứng của chúng ta nên là gì

CO2 gia tăng là nguyên nhân gốc rễ (của căn bệnh) [nhưng cũng giống như hút thuốc, rất khó để người hút bỏ thuốc lá]

Chúng ta phải điều trị các triệu chứng [cao huyết áp, khí thũng]
Chúng ta phải giảm thiểu các tác nhân gây căng thẳng khác [cắt giảm uống rượu và ăn quá nhiều]

Việc giảm các nguồn axit hóa đại dương đòi hỏi phải có các nỗ lực giảm nguồn bền vững ở cả quy mô toàn cầu và địa phương. Lượng khí thải carbon dioxide toàn cầu là động lực lớn nhất của quá trình axit hóa đại dương ở quy mô đại dương trên thế giới, vì vậy chúng ta phải giảm thiểu chúng. Việc bổ sung nitơ và carbon cục bộ từ các nguồn điểm, nguồn không điểm và nguồn tự nhiên có thể làm trầm trọng thêm tác động của quá trình axit hóa đại dương bằng cách tạo ra các điều kiện đẩy nhanh hơn nữa quá trình giảm pH. Sự lắng đọng ô nhiễm không khí cục bộ (cụ thể là carbon dioxide, nitơ và lưu huỳnh oxit) cũng có thể góp phần làm giảm độ pH và axit hóa. Hành động địa phương có thể giúp làm chậm tốc độ axit hóa. Vì vậy, chúng ta cần định lượng các quá trình tự nhiên và nhân tạo quan trọng góp phần vào quá trình axit hóa.

Sau đây là các hạng mục hành động ưu tiên, ngắn hạn để giải quyết tình trạng axit hóa đại dương.

1. Giảm nhanh chóng và đáng kể lượng khí thải carbon dioxide toàn cầu để giảm thiểu và đảo ngược quá trình axit hóa các đại dương của chúng ta.
2. Hạn chế thải chất dinh dưỡng vào nước biển từ các hệ thống xử lý nước thải lớn và nhỏ tại chỗ, các cơ sở xử lý nước thải đô thị và nông nghiệp, do đó hạn chế các tác nhân gây căng thẳng đối với đời sống đại dương để hỗ trợ sự thích nghi và sinh tồn.
3. Thực hiện giám sát nước sạch hiệu quả và thực hành quản lý tốt nhất, cũng như sửa đổi các tiêu chuẩn chất lượng nước hiện có và/hoặc áp dụng mới để làm cho chúng phù hợp với quá trình axit hóa đại dương.
4. Nghiên cứu chọn tạo giống chống chịu axit hóa đại dương ở động vật có vỏ và các loài sinh vật biển dễ bị tổn thương khác.
5. Xác định, giám sát và quản lý các vùng nước biển và các loài có tiềm năng ẩn náu khỏi quá trình axit hóa đại dương để chúng có thể chịu đựng những căng thẳng đồng thời.
6. Hiểu mối liên hệ giữa các biến số hóa học nước với sản lượng và tỷ lệ sống của động vật có vỏ trong trại sản xuất giống và trong môi trường tự nhiên, thúc đẩy sự hợp tác giữa các nhà khoa học, nhà quản lý và người nuôi động vật có vỏ. Đồng thời, thiết lập khả năng ứng phó và cảnh báo khẩn cấp khi quá trình giám sát cho thấy lượng nước có độ pH thấp tăng đột biến đe dọa đến môi trường sống nhạy cảm hoặc hoạt động của ngành công nghiệp động vật có vỏ.
7. Khôi phục cỏ biển, rừng ngập mặn, cỏ đầm lầy, v.v. sẽ hấp thụ và cố định carbon hòa tan trong nước biển và ngăn chặn (hoặc làm chậm) cục bộ sự thay đổi độ pH của nước biển đó
8. Giáo dục công chúng về vấn đề axit hóa đại dương và hậu quả của nó đối với hệ sinh thái, kinh tế và văn hóa biển

Tin tốt là tiến bộ đang được thực hiện trên tất cả các mặt này. Trên toàn cầu, hàng chục ngàn người đang làm việc để giảm phát thải khí nhà kính (bao gồm cả CO2) ở cấp quốc tế, quốc gia và địa phương (Mục 1). Và, tại Hoa Kỳ, mục 8 là trọng tâm chính của liên minh các tổ chức phi chính phủ do những người bạn của chúng tôi tại Ocean Conservancy điều phối. Đối với mục 7, máy chủ TOF nỗ lực của chính chúng ta để khôi phục đồng cỏ biển bị hư hại. Tuy nhiên, trong một bước phát triển thú vị cho các mục 2-7, chúng tôi đang làm việc với những người ra quyết định chủ chốt của bang ở bốn bang ven biển để phát triển, chia sẻ và giới thiệu luật được thiết kế để giải quyết OA. Những tác động hiện tại của quá trình axit hóa đại dương đối với động vật có vỏ và sinh vật biển khác ở vùng nước ven biển của Washington và Oregon đã truyền cảm hứng cho hành động theo một số cách.

Tất cả các diễn giả tại hội nghị đều nói rõ rằng cần có thêm thông tin—đặc biệt là về nơi có độ pH thay đổi nhanh chóng, loài nào sẽ có thể phát triển, tồn tại hoặc thích nghi cũng như các chiến lược địa phương và khu vực đang hoạt động. Đồng thời, bài học rút ra là mặc dù chúng ta không biết mọi thứ chúng ta muốn biết về quá trình axit hóa đại dương, nhưng chúng ta có thể và nên thực hiện các bước để giảm thiểu tác động của nó. Chúng tôi sẽ tiếp tục làm việc với các nhà tài trợ, cố vấn và các thành viên khác của cộng đồng TOF để hỗ trợ các giải pháp.