версія для друку
20.07.2010 Підкислення океану безпрецедентне, неврегульоване

Люди є в пастці грандіозного планетарного експерименту по зниженню рН (збільшення кислотності) океану з потенційними спустошливими наслідками для морської живності.

Фото: Перші жертви? Виглядає так, що корали є особливо чутливими до падіння рН викликаного зростанням двоокису вуглецю. (КРЕДИТ PHOTOS.COM)

Крім впливу астероїда, що вбив динозаврів, планета, ймовірно, ніколи не бачила нічого подібного до того, що починає відбуватися в океанах сьогодні. За рахунок викиду вуглекислого газу з димових та вихлопних труб зі швидкістю кілька гігатонн на рік, люди проводять грандіозний геофізичний експеримент, і не тільки з кліматом, але і з океанами також.

За останні чотири роки посилилось занепокоєння про те, що експеримент з океанами може бути страшнішим, ніж експерименти зі зміною клімату. (http://news.sciencemag.org/sciencenow/2006/07/05-01.html). Тепер геохіміки наважуються про це говорити і вони не граються словами: фізичні та хімічні результати додавання кислоти в океан настільки добре зрозумілі і такі безжальні, що не може бути ні на йоту сумніву - гігатонни кислоти знижують рН світових океанів, люди несуть за це всю відповідальність, і чим більше вуглекислого газу ми виділяємо, тим більше погіршуватиметься ситуація. Необмежене зростання викидів може зробити нинішню епоху планетарного панування людини "однією з найпомітніших, якщо не катастрофічних, подій в історії нашої планети". Про це геохімік Лі Камп з Університету штату Пенсільванії, University Park, і його колеги написали в грудні в спеціальному випуску журналу Oceanography. Геохімічні порушення будуть відбиватися протягом десятків тисяч років.

Не так ясно, що станеться з жителями океанів. "Ми можемо виявити ці зміни [в кислотності океану], але ми ще не знаємо, як зміняться екосистеми", говорить океанолог Вікторія Фабрі з університету штату Каліфорнія, Сан-Маркос. Не маючи нічого подібного до такого сильного зниження кислотності океану в геологічній історії, палеонтологи не можуть сказати точно, яка реакція буде у організмів, які будують карбонатні раковини і скелети. У лабораторії корали завжди виживають погано. Лабораторні відповіді інших організмів є змішаними (http://news.sciencemag.org/sciencenow/2009/12/01-01.html). У природі дослідники бачать ознаки того, що зростання коралів становиться повільнішим, личинки устриць страждають і планктон з вапнистими скелетами втрачає масу. Є достатньо тривожних ознак того, що глобальне океанічне підкислення "це експеримент який ми би не планували", говорить Фабрі.

Нічого подібного

Строго кажучи, океан в даний час при рН 8,1 не перетвориться на кислоту, тому що його кислотність не впаде нижче 7,0. Але при розчиненні в океані, двоокис вуглецю миттєво формує іони бікарбонату (HCO3-) та іони водню, і ці H⁺ є частиною рН.

Підкислення в результаті нинішніх темпів викидів двоокису вуглецю є масовим і швидким, комбінація, яка "майже напевно безпрецедентна в історії Землі", говорить експерт по моделюванню систем землі Ендрю Ріджуелл з Брістольського університету, Великобританія.

Синій. Вимірювання до глибини 1000 метрів по всій північній частині Тихого океану показало, що за 15 років викиди вуглекислого газу понизили рН (синім) у всіх поверхневих водах і на глибинах до 550 метрів. (Кредит: RH Берн, та ін., Geophysical Research Letters 37 © 2010 Американська геофізична спілка).

Найближчий аналог у геологічній історії до нинішнього рівню підкислення - це температурний максимум палеоцену-еоцену (PETM) 55.8 мільйонів років тому. На його початку, від 2000 до 7000 гігатонн вуглецю вивільнились у формі метану та двоокису вуглецю, метан також швидко окислився в двоокис вуглецю. Звідки вони взялись – з вулканів, крижаних гідратів метану з морського дна, торф'яних боліт, або їх поєднання, ніхто не певний, але майже всі ці викиди в кінцевому підсумку опинились в океані. Викид вуглецю під час PETM був схожим на рівень викидів вуглецю від спалювання 2180 гігатонн копалин зі світових запасів, відзначають Камп і його колеги.

Різниця цього разу в швидкості. На сьогоднішній день "можна стверджувати, що темпи викидів в 10 разів швидші, [ніж під час PETM], якщо не ще швидші", говорить палеоокеанограф Джеймс Захос з Каліфорнійського університету в Санта-Крус. Природа протягом декількох тисяч років виробляла ті тисячі гігатонн вуглецю, відзначає він, а люди можуть зробити це за декілька століть.

А швидкість робить велику різницю. Океану потрібно близько 1000 років, щоб позбутися двоокису вуглецю опустивши його з поверхні в глибини, де в кінцевому підсумку глибоководні поклади можуть нейтралізувати цю кислоту. Викиди PETM були достатньо повільними, щоб уникнути біологічної катастрофи у верхніх шарах океану, сталося тільки вимирання серед крихітних організмів, які формують раковини і живуть у глибоководних ділянках морського дна. Але темпи викидів сьогодні є настільки швидкими, що вони накопичуються у поверхневих водах.

І кислота розтікається

Останні свідчення про активне підкислення поверхневих вод надходять з перших безпосередніх спостережень зниження рН у відкритих водах. Хімік-океанолог Роберт Бірн з університету Південної Флориди в Санкт-Петербурзі та його колеги повідомили 20 січня в Geophysical Research Letters, що рН поверхневих вод уздовж лінії, що проходить в 3200 кілометрах на північ від острова Гаваї впала між 1991 і 2006 роками (див. діаграму вище). Зниження кислотності обумовлене діяльністю людини протягом останніх 15 років – падіння рН на 0,026 одиниці, Бірн називає "вражаючим" своєю швидкістю. Загалом, за оцінками дослідників, з початку індустріалізації пару століть тому, в світових океанах відбулося зниження рН на 0,1 одиниці. У логарифмічних одиницях, зміна рН може здатися крихітною, але в абсолютному вираженні, це означає збільшення кислотності поверхні океану на 30 відсотків.

Зараз рН океану найнижчий за останні 20 мільйонів років, і він буде ще знижуватись, каже хімік-океанолог Річард Філі з Лабораторії морського середовища, частини Національної адміністрації управління океанічними і атмосферними дослідженнями (НОАА) в Сіетлі, штат Вашингтон. Він і його колеги змоделювали майбутній рН на основі того, що він називає неспростовною хімією підкислення. Модель припускає звичайний нинішній темп зростання викидів двоокису вуглецю. Як вони повідомили у тому ж номері журналу Oceanography, моделювання пророкує падіння з до-індустріального рН 8,2 до приблизно 7,8 до кінця цього століття. В середньому, це підвищить кислотність поверхні океану на приблизно 150%.

Життя з кислотою

Майбутнє життя на морському дні в океанах, які підкислюються набагато менш зрозуміле, ніж сама хімія підкислення, але тим не менш воно похмуре для багатьох організмів. Падіння рН має два види впливу на види, які будують раковини або скелети з карбонату кальцію. Це такі організми як, тропічні корали, голкошкірі, молюски, мікроскопічні форамініфери, які плавають у поверхневих водах, і деякі водорості. Коли концентрація іонів водню в воді стає досить високою, карбонат кальцію в цих організмах починає розчинятись.

Холодні води з більшою здатністю вбирати в себе двоокис вуглецю будуть вражені в першу чергу. Моделювання зроблене Філі показує, що до середини століття, у всіх арктичних водах буде пошкоджена найбільш уразлива кристалічна форма карбонату кальцію, яка називається арагоніт. До кінця століття в усіх Південних океанах і частинах північного Тихого океану вода буде роз’їдати морських равликів, так званих птероподів і інші арагонітові організми.

Зникнення. У морській воді з кислотністю, яка може переважати до кінця століття, оболонки птероподових розчиняються протягом декількох тижнів (зверху вниз). (Кредит: © DAVID LIITTSCHWAGER / National Geographic STOCK).

Інший ефект падіння рН вже помітний. Коли концентрація водневих іонів збільшується, все більше і більше карбонатних іонів в океані - будівельних блоків всіх карбонатних раковин і скелетів - об'єднуються з водневими іонами і формують бікарбонат, знижуючи концентрацію важливих карбонатів. Організмам стає важко витягувати карбонат, який їм потрібен з навколишніх вод.

В серії контрольованих досліджень підкислення, хімік-океанолог Скотт Доні в Океанографічному інституті Вудс-Хол в Массачусетсі і його колеги виявили, що в усіх 11 видах тропічних коралів, які вивчались у дослідженнях, зі зниженням рН уповільнилось виробництво арагоніта. У більшості не-коралових морських організмів, що містять кальцій, також сповільнилось накопичування карбонату, хоча у деяких з них, наприклад у коралових червоних водоростей і голкошкірих, накопичування збільшилось.

Поки що польові спостереження схиляються до підтримки згубних наслідків зниження рН. У журналі Science 2 січня 2009 року, океанологи Гленн Деас, Дженіс Лох, і Катаріна Фабріціус з Австралійського інституту морських наук у Таунсвіллі повідомили про результати дослідження коралових Великого Бар'єрного Рифу Австралії. Досліджуючи темпи зростання коралових скелетів, група виявила, що кальцифікація по всьому Великому Бар'єрному Рифу знизилась на 14,2% в порівнянні з 1990 роком. І вони не знайшли жодних ознак, що такий "серйозний і раптовий занепад" мав місце за останні 400 років. Хоча група не змогла точно визначити, що викликало уповільнення темпів зростання, вони вказали на зростання температури океанів в поєднанні зі зниженням рН.

Планктонна форамініфера також, схоже, страждає в цьому середовищі зі зниженим рН. Палеоокеанограф Ендрю Мой і його колеги в спільному дослідницькому центрі клімату Антарктики і екосистем в Хобарті, Австралія, показали, що екзоскелети одного типу форамініфери, який росте в Південному океані, важать на 30% менше, ніж екзоскелети того ж виду за останні кілька тисяч років. У статті, опублікованій онлайн 8 березня 2009 року в Nature Geoscience, вони вказали на підкислення, як причину, тому що знайшли кореляцію між підвищенням вуглекислого газу в атмосфері і зменшенням ваги екзоскелетів в відкладах в Південному океані за останні 50 000 років.

Пригнічений темп будування екзоскелету може бути фатальним для деяких організмів. Вода з природно низьким рН іноді приливає до узбережжя штату Орегон, а іноді заливає затоку Нетартс, з якої ферма для вирощуванню молюсків Віскі-Крік в місті Тілламук бере воду. Алан Бартон, в даний час працівник ферми для вирощування молюсків Беар-Крік в Північній Кароліні; Сью Кадді в Віскі-Крік в Тілламук, штат Орегон, а також хімік-океанограф Берк Хейлз в Університеті штату Орегон в Корваліс, виявили суттєву кореляцію між корозійно високою концентрацією двоокису вуглецю в воді інкубаторів та масовою загибеллю личинок устриць під час формування їх перших частково арагонітових екзоскелетів. "Ми відкриваємо вікно у майбутнє і бачимо що станеться у відкритому океані, через 100 років", говорить Хейлс.

У квітні Національна дослідницька рада (NRC) зазначила у доповіді – щоб отримати більш чітке розуміння майбутнього, використовуючи це вікно, потрібно більше часу і грошей, які уряди вже зараз починають направляти на цю потребу. Для Європейського проекту з океанічного підкислення, дослідницький консорціум з 27-ми інститутів розширює моніторинг океанічного підкислення і вивчення його біологічних ефектів. Федеральний закон 2009 року “Про дослідження і моніторинг підкислення океанів” налаштував координацію між відомствами в Сполучених Штатах, а 5,5 млн. дол. у бюджеті NOAA 2010 року збільшили кількість досліджень у цій установі. Однак у доповіді NRC також прийшли до висновку, що “розвиток Національної програми підкислення океану буде складним завданням”. Це насправді так.

Автор:  Річард А. Керр
Адреса джерела:  http://www.sciencemag.org/cgi/content/full/328/5985/1500
Джерело:  Science
Показів: 1332