co to jest zakwaszenie oceanów ?
Od początku rewolucji przemysłowej, kiedy ludzie zaczęli spalać węgiel w dużych ilościach, woda oceaniczna na świecie stopniowo stała się bardziej kwaśna. Podobnie jak globalne ocieplenie, zjawisko to, znane jako zakwaszenie oceanów, jest bezpośrednią konsekwencją wzrostu poziomu dwutlenku węgla (CO2) w atmosferze Ziemi.
przed industrializacją stężenie dwutlenku węgla w atmosferze wynosiło 280 części na milion (ppm). Wraz ze zwiększonym wykorzystaniem paliw kopalnych liczba ta zbliża się do 400 ppm, a tempo wzrostu przyspiesza. Naukowcy obliczają, że ocean absorbuje obecnie około jednej czwartej dwutlenku węgla emitowanego przez ludzi. Gdy dwutlenek węgla łączy się z wodą morską, zachodzą reakcje chemiczne, które zmniejszają pH wody morskiej, stąd termin zakwaszenie oceanów.
obecnie około połowa antropogenicznego (spowodowanego przez człowieka) dwutlenku węgla w oceanie znajduje się w górnej 400 metrów (1200 stóp) słupa wody, podczas gdy druga połowa przeniknęła do dolnej termokliny i głębokiego oceanu. Cyrkulacja napędzana gęstością i wiatrem pomaga mieszać wody powierzchniowe i głębokie w niektórych regionach o dużej szerokości geograficznej i Przybrzeżnej, ale w przypadku większej części otwartego oceanu oczekuje się, że głębokie zmiany pH będą opóźniać zmiany pH powierzchniowe o kilka stuleci.
zakwaszenie oceanów i globalne ocieplenie to różne problemy, ale są ze sobą ściśle powiązane, ponieważ mają tę samą przyczynę—emisję dwutlenku węgla przez człowieka. Stężenie dwutlenku węgla w atmosferze jest teraz wyższe niż w ciągu ostatnich 800 000 lat i być może wyższe niż kiedykolwiek w ciągu ostatnich 20 milionów lat. Ludzie do tej pory skorzystali na zdolności oceanu do przechowywania ogromnych ilości węgla, w tym dużej części tego nadmiaru dwutlenku węgla. Gdyby ocean nie wchłonął tak ogromnych ilości dwutlenku węgla, stężenie w atmosferze byłoby jeszcze wyższe, a konsekwencje globalnego ocieplenia dla środowiska (wzrost poziomu morza, zmienne wzorce pogodowe, bardziej ekstremalne zdarzenia pogodowe itp.), a związane z nimi skutki społeczno-gospodarcze byłyby prawdopodobnie jeszcze wyraźniejsze. Jednak oceany nie mogą nadal absorbować dwutlenku węgla w obecnym tempie bez przechodzenia znaczących zmian w chemii, biologii i strukturze ekosystemu.
pomiar zakwaszenia oceanów: Przeszłość i teraźniejszość
naukowcy wiedzą, że oceany pochłaniają dwutlenek węgla, a następnie stają się bardziej kwaśne z pomiarów wykonanych na wodzie morskiej zebranych podczas rejsów badawczych, które zapewniają szeroki zasięg przestrzenny w krótkim okresie czasu, oraz z automatycznych pomiarów węgla oceanicznego na stacjonarnych cumowniach, które dostarczają długoterminowych danych o wysokiej rozdzielczości z jednego miejsca.
zapisy te można rozszerzyć w czasie za pomocą tak zwanych chemicznych proxy, aby zapewnić pośredni pomiar chemii węglanu wody morskiej. Proxy to pomiar z archiwum naturalnego (rdzenie lodowe, Korale, pierścienie drzew, osady morskie itp.), który służy do wnioskowania o przeszłych warunkach środowiskowych. Na przykład, analizując skład chemiczny maleńkich skorupek kopalnych znalezionych w głębokich osadach oceanicznych, naukowcy opracowali zapisy pH Oceanu od czasów starożytnych, gdy nie było pH metrów. Ponadto, ponieważ wody powierzchniowe oceanu są w przybliżonej równowadze chemicznej lub równowadze, z atmosferą nad nią, zapis historycznego pH oceanu można wywnioskować z atmosferycznych zapisów dwutlenku węgla pochodzących z rdzeni lodowych Grenlandii i Antarktydy, które zawierają pęcherzyki powietrza ze starożytnej atmosfery. Takie dowody wskazują, że obecne stężenia dwutlenku węgla w atmosferze i poziom pH w oceanie są bezprecedensowe od co najmniej ostatnich 800 000 lat.
Wracając głębiej w historii Ziemi do granicy paleocenu i eocenu około 55 milionów lat temu, naukowcy odkryli geochemiczne dowody na masowe uwalnianie dwutlenku węgla, któremu towarzyszyło znaczne ocieplenie i rozpuszczenie płytkich osadów węglanowych w oceanie. Chociaż jest to nieco analogiczne do tego, co obserwujemy dzisiaj, to uwalnianie dwutlenku węgla miało miejsce w ciągu kilku tysięcy lat, znacznie wolniej niż to, czego jesteśmy świadkami dzisiaj, zapewniając w ten sposób czas oceanom, aby częściowo zbuforować zmianę. W zapisie Geologicznym, w okresach gwałtownych zmian środowiska, gatunki zaaklimatyzowały się, przystosowały lub wyginęły. Korale przeszły w przeszłości Duże wymieranie (takie jak Permskie wymieranie 250 milionów lat temu), a nowe gatunki koralowców ewoluowały, aby zająć ich miejsce, ale odzyskanie poprzedniego poziomu bioróżnorodności zajęło miliony lat.
Jak zakwaszenie oceanów wpływa na chemię oceanów?
woda morska ma pH średnio 8,2, ponieważ zawiera naturalnie występujące jony alkaliczne, które pochodzą głównie z wietrzenia skał kontynentalnych. Gdy woda morska absorbuje dwutlenek węgla z atmosfery, Wytwarza się kwas węglowy (patrz ramka 1), obniżając pH wody. od zarania industrializacji średnie pH powierzchniowe Oceanu zmniejszyło się do około 8,1.
ponieważ skala pH jest logarytmiczna (Zmiana o 1 jednostkę pH oznacza dziesięciokrotną zmianę kwasowości), zmiana ta oznacza 26-procentowy wzrost kwasowości w ciągu około 250 lat, co jest 100 razy szybsze niż cokolwiek, czego ocean i jego mieszkańcy doświadczyli przez dziesiątki milionów lat.
zakwaszenie może wpływać na wiele organizmów morskich, ale szczególnie na te, które budują swoje skorupy i szkielety z węglanu wapnia, takie jak korale, ostrygi, małże, małże, ślimaki oraz fitoplankton i zooplankton, maleńkie Rośliny i zwierzęta, które tworzą podstawę morskiej sieci pokarmowej.
te „kalcyfiery morskie” napotykają dwa potencjalne zagrożenia związane z zakwaszaniem oceanów: 1) ich skorupy i szkielety mogą łatwiej rozpuszczać się, gdy spada pH oceanu, a woda morska staje się bardziej żrąca; i 2) gdy CO2 rozpuszcza się w wodzie morskiej, Chemia wody zmienia się tak, że mniej jonów węglanowych, podstawowych budulców muszli i szkieletów, jest dostępnych do absorpcji przez organizmy morskie. Organizmy morskie, które budują skorupy lub szkielety, zwykle robią to poprzez wewnętrzny proces chemiczny, który przekształca wodorowęglan w węglan w celu utworzenia węglanu wapnia.
dokładnie to, w jaki sposób zakwaszenie oceanów spowalnia tempo zwapnienia, czy też powstawanie muszli, nie jest jeszcze w pełni poznane, ale kilka mechanizmów jest badanych. Większość hipotez koncentruje się na dodatkowej energii, którą organizm musi wydać, aby zbudować i utrzymać skorupy i szkielety węglanu wapnia w coraz bardziej korozyjnym środowisku. W obliczu tego dodatkowego wydatku energetycznego narażenie na dodatkowe czynniki środowiskowe (wzrost temperatury Oceanu, zmniejszenie dostępności tlenu, choroby, utrata siedlisk itp.) prawdopodobnie rozwiąże problem.
efekty te są już udokumentowane w wielu organizmach morskich, szczególnie w koralowcach tropikalnych i głębinowych, które wykazują wolniejsze tempo zwapnienia w bardziej kwaśnych warunkach. Wpływ na koralowce jest bardzo niepokojący, ponieważ produkują masywne struktury węglanu wapnia zwane rafami, które zapewniają siedlisko dla wielu zwierząt morskich, w tym ważnych dla handlu gatunków ryb i skorupiaków, które wykorzystują rafy jako szkółki. Rafy koralowe są niezbędne dla ludzi jako źródła pożywienia i leków, ochrona przed burzami i centrum ekoturystyki. Oprócz koralowców, badania wykazały, że zakwaszenie upośledza zdolność niektórych zwapniającego planktonu, maleńkich pływających roślin i zwierząt u podstawy sieci pokarmowej do budowania i utrzymywania ich muszli. Naukowcy zaobserwowali również wzrost śmiertelności larw kilku ważnych z handlowego punktu widzenia ryb i skorupiaków.
czego możemy się spodziewać w przyszłości?
zakwaszenie oceanu występuje w tempie 30 do 100 razy szybciej niż w dowolnym momencie w ciągu ostatnich kilku milionów lat napędzanych szybkim tempem wzrostu atmosferycznego CO2, który jest prawie bezprecedensowy w historii geologicznej. Według Międzyrządowego Zespołu ds. zmian klimatu (IPCC) scenariusze gospodarcze i populacyjne przewidują, że CO2 w atmosferze może osiągnąć poziom 500 ppm przez 2050 i 800 ppm lub więcej do końca wieku. Doprowadzi to nie tylko do znacznego wzrostu temperatury w atmosferze i oceanie, ale także do dalszego zakwaszenia wody oceanicznej, zmniejszając pH o około 0,3 do 0,4 jednostek przez 2100, co oznacza wzrost kwasowości o 150 procent w okresie przedindustrialnym. Zakładając scenariusz emisji CO2″ biznes-jak-zwykle ” IPCC, modele predykcyjne biogeochemii oceanów projektują, że wody powierzchniowe oceanów arktycznych i południowych staną się niedosycone aragonitem (bardziej rozpuszczalną formą węglanu wapnia) w ciągu kilku dekad, co oznacza, że wody te staną się wysoce korozyjne dla muszli i szkieletów wytwarzających aragonit morskich kalcyfierów, takich jak planktonowe ślimaki morskie znane jako pteropody.
chociaż zakwaszenie oceanów dopiero niedawno stało się kwestią naukową, szybko wzbudziło poważne obawy dotyczące krótkoterminowego wpływu na organizmy morskie i długoterminowego zdrowia Oceanu. Naukowcy szacują, że w ciągu najbliższych kilku tysięcy lat 90 procent antropogenicznych emisji CO2 zostanie wchłoniętych przez ocean. Może to potencjalnie wpływać na procesy biologiczne i geochemiczne, takie jak fotosynteza i cykle składników odżywczych, które są niezbędne dla ekosystemów morskich, na których opiera się społeczeństwo ludzkie i wiele systemów naturalnych. Jednocześnie organizmy morskie będą musiały stawić czoła ogromnemu wyzwaniu, jakim jest przystosowanie się do zakwaszenia oceanów, ocieplenia wody i spadku stężenia tlenu pod powierzchnią oceanu.