Wat is oceaanverzuring?
sinds het begin van de Industriële Revolutie, toen de mens grote hoeveelheden steenkool begon te verbranden, is het oceaanwater in de wereld geleidelijk zuurder geworden. Net als de opwarming van de aarde is dit fenomeen, dat bekend staat als de verzuring van de oceaan, een direct gevolg van toenemende niveaus van kooldioxide (CO2) in de atmosfeer van de aarde.
vóór de industrialisatie was de concentratie kooldioxide in de atmosfeer 280 deeltjes per miljoen (ppm). Met het toegenomen gebruik van fossiele brandstoffen nadert dat aantal nu 400 ppm en neemt de groei toe. Wetenschappers berekenen dat de oceaan momenteel ongeveer een kwart van de koolstofdioxide absorbeert die mensen uitstoten. Wanneer kooldioxide wordt gecombineerd met zeewater, ontstaan chemische reacties die de pH van het zeewater verlagen, vandaar de term oceaanverzuring.
momenteel wordt ongeveer de helft van het antropogene (door de mens veroorzaakte) koolstofdioxide in de oceaan gevonden in de bovenste 400 meter (1200 voet) van de waterkolom, terwijl de andere helft is doorgedrongen in de onderste thermocline en diepe oceaan. Dichtheids-en windgestuurde circulatie helpen bij het mengen van het oppervlak en de diepe wateren in sommige hoge breedtegraden en kustgebieden, maar voor een groot deel van de open oceaan wordt verwacht dat diepe pH-veranderingen de oppervlakte pH-veranderingen een paar eeuwen zullen vertragen.
oceaanverzuring en opwarming van de aarde zijn verschillende problemen, maar zijn nauw met elkaar verbonden omdat ze dezelfde oorzaak hebben—de uitstoot van kooldioxide door de mens. De atmosferische concentratie van kooldioxide is nu hoger dan in de afgelopen 800.000 jaar en mogelijk hoger dan ooit in de afgelopen 20 miljoen jaar. Mensen hebben tot nu toe geprofiteerd van de capaciteit van de oceaan om enorme hoeveelheden koolstof vast te houden, waaronder een groot deel van deze overtollige kooldioxide. Als de oceaan niet zulke grote hoeveelheden kooldioxide had geabsorbeerd, zou de atmosferische concentratie nog hoger zijn, en de gevolgen voor het milieu van de opwarming van de aarde (zeespiegelstijging, veranderende weerpatronen, extremere weersomstandigheden, enz.) en de daarmee samenhangende sociaaleconomische effecten zouden waarschijnlijk nog meer uitgesproken zijn. De oceanen kunnen echter niet met de huidige snelheid kooldioxide blijven absorberen zonder significante veranderingen in de chemie, biologie en ecosysteemstructuur te ondergaan.
meten van oceaanverzuring: Wetenschappers weten dat de oceanen kooldioxide absorberen en vervolgens zuurder worden door metingen aan zeewater dat wordt verzameld tijdens onderzoekscruises, die een brede ruimtelijke dekking over een korte periode bieden, en door geautomatiseerde oceaankoolstofmetingen op stationaire ligplaatsen, die langetermijngegevens met hoge resolutie vanaf één locatie opleveren.
deze gegevens kunnen door de tijd heen worden verlengd met behulp van zogenaamde chemische proxies om een indirecte meting van de chemie van zeewatercarbonaat te leveren. Een proxy is een meting uit een natuurlijk archief (ijskernen, koralen, boomringen, mariene sedimenten, enz.) die wordt gebruikt om vroegere omgevingsomstandigheden af te leiden. Bijvoorbeeld, door het analyseren van de chemische samenstelling van kleine fossiele schelpen gevonden in diepe oceaansedimenten, hebben wetenschappers Oceaan pH-records ontwikkeld uit de oudheid toen er geen pH-meters waren. Bovendien, omdat het oppervlaktewater van de oceaan in een chemische balans of evenwicht is met de atmosfeer erboven, kan een record van de historische pH van de oceaan worden afgeleid uit atmosferische koolstofdioxiderecords afgeleid van Groenland en Antarctische ijskernen, die luchtbellen bevatten uit de oude atmosfeer. Dergelijke aanwijzingen geven aan dat de huidige concentraties van koolstofdioxide in de atmosfeer en de pH-waarden in de oceaan in ieder geval de laatste 800.000 jaar ongekend zijn.verder teruggaand in de geschiedenis van de aarde tot aan de Paleoceen-Eoceen grens ongeveer 55 miljoen jaar geleden, hebben wetenschappers geochemisch bewijs gevonden van een massale afgifte van kooldioxide, vergezeld van aanzienlijke opwarming en het oplossen van ondiepe carbonaat sedimenten in de oceaan. Hoewel enigszins analoog aan wat we nu waarnemen, vond deze uitstoot van kooldioxide plaats gedurende enkele duizenden jaren, veel langzamer dan wat we nu zien, waardoor de oceanen de tijd kregen om de verandering gedeeltelijk te bufferen. In de geologische gegevens, tijdens perioden van snelle veranderingen in het milieu, zijn soorten geacclimatiseerd, aangepast of uitgestorven. Koralen hebben in het verleden grote uitstervingsgebeurtenissen ondergaan (zoals de Perm-uitsterving 250 miljoen jaar geleden), en nieuwe koraalsoorten evolueerden om hun plaats in te nemen, maar het duurde miljoenen jaren om eerdere niveaus van biodiversiteit te herstellen.
hoe beïnvloedt oceaanverzuring de oceaanchemie?
zeewater heeft een pH van gemiddeld 8,2 omdat het van nature voorkomende alkalische ionen bevat die voornamelijk afkomstig zijn van verwering van continentaal gesteente. Wanneer zeewater kooldioxide uit de atmosfeer absorbeert, wordt koolzuur geproduceerd (zie kader 1), waardoor de pH van het water wordt verlaagd. sinds het begin van de industrialisatie is de gemiddelde pH van de oppervlakte Oceaan gedaald tot ongeveer 8,1.
omdat de pH-schaal logaritmisch is (een verandering van 1 ph-eenheid betekent een vertienvoudiging van de zuurgraad), betekent deze verandering een stijging van 26% in de zuurgraad over ongeveer 250 jaar, een snelheid die 100 keer sneller is dan alles wat de oceaan en zijn bewoners in tientallen miljoenen jaren hebben ervaren.
verzuring kan invloed hebben op veel mariene organismen, maar vooral op organismen die hun schelpen en skeletten bouwen van calciumcarbonaat, zoals koralen, oesters, kokkels, mosselen, slakken, fytoplankton en zoöplankton, de kleine planten en dieren die de basis vormen van het mariene voedselweb.
deze “mariene calcifiers” worden geconfronteerd met twee potentiële bedreigingen die samenhangen met de verzuring van de oceaan: 1) hun schelpen en skeletten kunnen gemakkelijker oplossen naarmate de pH van de oceaan afneemt en het zeewater corrosiever wordt; en 2) Wanneer CO2 oplost in zeewater, verandert de waterchemie zodanig dat er minder carbonaationen, de primaire bouwstenen voor schelpen en skeletten, beschikbaar zijn voor opname door mariene organismen. Mariene organismen die schelpen of skeletten bouwen doen dit meestal via een intern chemisch proces dat bicarbonaat omzet in carbonaat om zo calciumcarbonaat te vormen.
hoe de verzuring van de oceaan de calcificatiesnelheid of de schelpvorming precies vertraagt, is nog niet volledig begrepen, maar verschillende mechanismen worden bestudeerd. De meeste hypothesen richten zich op de extra energie die een organisme moet besteden om zijn calciumcarbonaatschelpen en skeletten te bouwen en te onderhouden in een steeds corrosievere omgeving. In het licht van deze extra energie-uitgaven, blootstelling aan extra omgevingsstressoren (stijgende oceaantemperaturen, afnemende beschikbaarheid van zuurstof, ziekte, verlies van habitat, enz.) zal waarschijnlijk het probleem verergeren.
deze effecten zijn reeds gedocumenteerd in veel mariene organismen, met name in tropische en diepzeekoralen, die onder meer onder zuurdere omstandigheden een lagere calcificatie vertonen. De impact op koralen is van groot belang omdat ze enorme calciumcarbonaatstructuren produceren, riffen genaamd, die habitat bieden voor veel zeedieren, waaronder commercieel belangrijke vis-en schelpdiersoorten die de riffen gebruiken als kraamgebied. Koraalriffen zijn van vitaal belang voor de mens als bron van voedsel en medicijnen, bescherming tegen stormen en de focus van ecotoerisme. Naast koralen hebben studies aangetoond dat verzuring het vermogen van sommige verkalkende plankton, kleine drijvende planten en dieren aan de basis van het voedselweb schaadt om hun schelpen te bouwen en te onderhouden. Wetenschappers hebben ook waargenomen verhoogde larvale sterfte bij verschillende commercieel belangrijke vissen en schelpdieren.
wat kunnen we in de toekomst verwachten?
oceaanverzuring komt 30 tot 100 keer sneller voor dan op enig moment gedurende de laatste paar miljoen jaar, als gevolg van de snelle groeisnelheid van atmosferisch CO2, die in de geologische geschiedenis bijna ongekend is. Volgens het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) voorspellen economische en bevolkingsscenario ‘ s dat de atmosferische CO2-niveaus tegen 2050 500 ppm en 800 ppm of meer zouden kunnen bereiken tegen het einde van deze eeuw. Dit zal niet alleen leiden tot aanzienlijke temperatuurstijgingen in de atmosfeer en de oceaan, maar zal het oceaanwater verder verzuren, waardoor de pH tegen 2100 naar schatting 0,3 tot 0,4 eenheden zal dalen, een stijging van 150 procent van de zuurgraad in de pre-industriële tijden. Uitgaande van een” business-as-usual ” IPCC CO2-emissie scenario, voorspellende modellen van de oceaan biogeochemie project dat de oppervlaktewateren van de Arctische en Zuidelijke oceanen zal worden undersaturated met aragoniet (een meer oplosbare vorm van calciumcarbonaat) binnen een paar decennia, wat betekent dat deze wateren zeer corrosief voor de schelpen en skeletten van aragoniet-producerende mariene calcifiers zoals planktonische zeeslakken bekend als pteropoden.
hoewel de verzuring van de oceaan pas onlangs als een wetenschappelijk probleem aan de orde is gekomen, heeft dit al snel ernstige bezorgdheid gewekt over de gevolgen op korte termijn voor mariene organismen en de gezondheid van de oceaan op lange termijn. Wetenschappers schatten dat in de komende paar duizend jaar 90 procent van de antropogene CO2-uitstoot zal worden geabsorbeerd door de oceaan. Dit kan mogelijk invloed hebben op biologische en geochemische processen zoals fotosynthese en nutriëntencyclus die van vitaal belang zijn voor mariene ecosystemen waarop de menselijke samenleving en vele natuurlijke systemen vertrouwen. Tegelijkertijd zullen mariene organismen geconfronteerd worden met de enorme uitdaging om zich aan te passen aan de verzuring van de oceaan, het opwarmen van water en de dalende zuurstofconcentraties onder de ondergrond.