Impactul uman asupra vieții marine - Human impact on marine life

Impactul uman cumulativ global asupra oceanului

Parte dintr-o serie de prezentări generale pe
viața marină
Habitate marine Microorganisme marine Microbiomi marini Viruși marini Procariote marine Protistii marini Ciuperci marine Nevertebrate marine Vertebrate marine Producția primară marină Pânză alimentară marină Pompa de carbon marina Cicluri biogeochimice marine Impactul uman asupra vieții marine Conservarea marină
Portalul vieții marine
v t e

Activitățile umane afectează viața marină și habitatele marine prin pescuitul excesiv , pierderea habitatului , introducerea speciilor invazive , poluarea oceanelor , acidificarea oceanelor și încălzirea oceanelor . Acestea afectează ecosistemele marine și rețelele alimentare și pot avea consecințe încă nerecunoscute pentru biodiversitate și continuarea formelor de viață marină.

Potrivit IPCC (2019), din 1950 „multe specii marine din diferite grupuri au suferit schimbări în aria geografică și activitățile sezoniere ca răspuns la încălzirea oceanelor, schimbarea gheții marine și modificările biogeochimice, cum ar fi pierderea de oxigen, în habitatele lor”.

S-a estimat că doar 13% din suprafața oceanului rămâne ca sălbăticie , mai ales în zone deschise ale oceanului, mai degrabă decât de-a lungul coastei.

Pescuitul excesiv

Pescuitul pe pânza alimentară
Pescuitul excesiv al peștilor cu nivel înalt de trofie, cum ar fi tonul, poate duce la
înlocuirea lor cu organisme cu nivel scăzut de trofie, cum ar fi meduzele

Pescuitul excesiv are loc într-o treime din stocurile mondiale de pește, potrivit unui raport din 2018 al Organizației Națiunilor Unite pentru Alimentație și Agricultură . În plus, observatorii din industrie consideră că pescuitul ilegal, nedeclarat și nereglementat are loc în majoritatea activităților de pescuit și reprezintă până la 30% din capturile totale în unele activități de pescuit importante. Într-un fenomen numit pescuitul pe pânza alimentară , nivelul trofic mediu al pescuitului mondial a scăzut din cauza pescuitului excesiv de pești cu nivel trofic ridicat .

Pierderea habitatului

Relația dintre tendința anuală și efectele cumulative actuale pentru diferite ecosisteme marine.

Ecosistemele de coastă sunt afectate în mod deosebit de oameni. Pierderea semnificativă a habitatului are loc în special în pajiștile de iarbă marină, pădurile de mangrove și recifele de corali, toate aflate în declin global din cauza tulburărilor umane.

Recifele de corali se numără printre ecosistemele mai productive și mai diverse de pe planetă, dar o cincime dintre ele s-au pierdut în ultimii ani din cauza tulburărilor antropice. Recifele de corali sunt ecosisteme conduse de microbi care se bazează pe microorganisme marine pentru a reține și recicla nutrienții pentru a prospera în apele oligotrofe . Cu toate acestea, aceleași microorganisme pot declanșa și bucle de feedback care intensifică scăderile recifelor de corali, cu efecte în cascadă de-a lungul ciclurilor biogeochimice și a rețelelor alimentare marine . Este necesară o mai bună înțelegere a interacțiunilor microbiene complexe din recifele de corali, dacă conservarea recifelor are șanse de succes în viitor.

Pajiștile de iarbă marină au pierdut 30.000 km ² în ultimele decenii. Seagrass servicii ecosistemice , în valoare de aproximativ US1.9 prezent trilioane $ pe an, includ ciclism nutrienți , furnizarea de hrană și habitat pentru multe animale marine, inclusiv pe cale de dispariție dugongs , Manatee și de broască țestoasă verde , și facilitări majore pentru pești de recif de corali .

O cincime din pădurile de mangrove ale lumii s- au pierdut, de asemenea, din 1980. Cea mai presantă amenințare la adresa pădurilor de alge poate fi pescuitul excesiv al ecosistemelor de coastă, care prin eliminarea nivelurilor trofice mai înalte facilitează trecerea lor la bătăturile de arici depauperate .

Specii invazive

O navă de marfă pompează apă de balast peste lateral.

O specie invazivă este o specie care nu este originară dintr-o anumită locație, care se poate răspândi într-un grad care provoacă daune mediului, economiei umane sau sănătății umane. În 2008, Molnar și colab. a documentat căile a sute de specii invazive marine și a constatat că transportul maritim a fost mecanismul dominant pentru transferul speciilor invazive în ocean. Cele două mecanisme maritime principale de transport al organismelor marine către alte medii oceanice sunt prin decalarea corpului și transferul apei de balast .

Mnemiopsis leidyi

Apa de balast captată pe mare și eliberată în port este o sursă majoră de viață marină exotică nedorită. Cele mai invazive Midiile zebră de apă dulce, nativ la negru, Marea Caspică, și Marea Azov, au fost probabil transportate la Marilor Lacuri , prin intermediul apei de balast dintr - un vas transoceanic. Meinesz consideră că unul dintre cele mai grave cazuri ale unei singure specii invazive care provoacă daune unui ecosistem poate fi atribuit unei meduze aparent inofensive . Mnemiopsis leidyi , o specie de meduze pieptene care s-a răspândit astfel încât locuiește acum în estuare în multe părți ale lumii, a fost introdusă pentru prima dată în 1982 și se credea că a fost transportată la Marea Neagră în apa de balast a unei nave. Populația meduzelor a crescut exponențial și, până în 1988, făcea ravagii în industria pescuitului local . " Captura de hamsie a scăzut de la 204.000 de tone în 1984 la 200 de tone în 1993; șprot de la 24.600 de tone în 1984 la 12.000 de tone în 1993; stavrid de la 4.000 de tone în 1984 la zero în 1993." Acum, când meduzele au epuizat zooplanctonul , inclusiv larvele de pești, numărul lor a scăzut dramatic, totuși continuă să mențină un control strâns asupra ecosistemului .

Speciile invazive pot prelua zonele odată ocupate, pot facilita răspândirea de noi boli, pot introduce material genetic nou , pot modifica peisajele marine subacvatice și pot pune în pericol capacitatea speciilor native de a obține hrană. Speciile invazive sunt responsabile pentru pierderi de venituri și costuri de gestionare de aproximativ 138 miliarde dolari anual numai în SUA.

poluarea marină

Poluarea cu nutrienți

Poluarea cu nutrienți este o cauză principală a eutrofizării apelor de suprafață, în care excesul de nutrienți, de obicei nitrați sau fosfați , stimulează creșterea algelor. Aceste alge mor apoi, se scufundă și sunt descompuse de bacteriile din apă. Acest proces de descompunere consumă oxigen, epuizând aprovizionarea pentru alte vieți marine și creând ceea ce se numește „zonă moartă”. Zonele moarte sunt hipoxice, ceea ce înseamnă că apa are niveluri foarte scăzute de oxigen dizolvat. Aceasta ucide viața marină sau o forțează să părăsească zona, eliminând viața din zonă și dându-i numele de zonă moartă. Zonele hipoxice sau zonele moarte pot apărea în mod natural, dar poluarea cu nutrienți cauzată de activitatea umană a transformat acest proces natural într-o problemă de mediu.

Există cinci surse principale de poluare cu nutrienți. Cea mai comună sursă de scurgeri de nutrienți este canalizarea municipală. Aceste canalizări pot ajunge pe căile navigabile prin ape pluviale, scurgeri sau aruncări directe de canalizare umană în corpuri de apă. Următoarele mari surse provin din practicile agricole. Îngrășămintele chimice utilizate în agricultură pot pătrunde în apele subterane sau pot fi spălate în apa de ploaie, intrând pe căi de apă și introducând exces de azot și fosfor în aceste medii. Deșeurile de animale pot pătrunde, de asemenea, pe căile navigabile și pot introduce excesul de nutrienți. Poluarea cu nutrienți din gunoiul de grajd animal este cea mai intensă din operațiunile de agricultură industrială a animalelor, în care sute sau mii de animale sunt crescute într-o zonă concentrată. Drenajul apelor pluviale este o altă sursă de poluare cu nutrienți. Nutrienții și îngrășămintele provenite din proprietăți rezidențiale și suprafețe impermeabile pot fi colectate în apele de ploaie, care apoi se îndreaptă spre râurile și pâraiele din apropiere care duc în cele din urmă la ocean. A cincea sursă principală de scurgere de nutrienți este acvacultura, în care organismele acvatice sunt cultivate în condiții controlate. Excrementele, excesul de alimente și alte deșeuri organice create prin aceste operațiuni introduc excesul de nutrienți în apa din jur.

Chimicale toxice

Produse chimice toxice pot adera la particule minuscule care sunt apoi preluate de plancton și bentonice animale , dintre care majoritatea sunt fie alimentatoare de depozit sau alimentatoare de filtrare . În acest fel, toxinele sunt concentrate în sus în lanțurile alimentare oceanice . Multe particule se combină chimic într-o manieră care epuizează oxigenul, făcând estuarele să devină anoxice . Pesticidele și metalele toxice sunt încorporate în mod similar în rețelele alimentare marine, afectând sănătatea biologică a vieții marine. Multe furaje pentru animale au un conținut ridicat de făină de pește sau de hidrolizat de pește . În acest fel, toxinele marine sunt transferate înapoi la animalele terestre de crescătorie și apoi la oameni.

Concentrațiile de fitoplancton au crescut în ultimul secol în apele de coastă și, mai recent, au scăzut în oceanul deschis. Creșterile scurgerilor de nutrienți de pe uscat pot explica creșterea fitoplanctonului de coastă, în timp ce încălzirea temperaturilor de suprafață în oceanul deschis ar fi putut întări stratificarea în coloana de apă, reducând fluxul de substanțe nutritive din adâncurile pe care fitoplanctonul oceanului deschis le consideră utile.

Poluarea cu plastic

Peste 300 de milioane de tone de plastic sunt produse în fiecare an, dintre care jumătate sunt utilizate în produse de unică folosință, cum ar fi cupe, pungi și ambalaje. Cel puțin 8 milioane de tone de plastic intră în oceane în fiecare an. Este imposibil să știm sigur, dar se estimează că în oceanele noastre există aproximativ 150 de milioane de tone metrice de plastic. Poluarea cu plastic reprezintă 80% din resturile marine de la apele de suprafață până la sedimentele din adâncime. Deoarece materialele plastice sunt ușoare, o mare parte din această poluare este văzută în și în jurul suprafeței oceanului, dar gunoiul și particulele de plastic se găsesc acum în majoritatea habitatelor marine și terestre, inclusiv în marea adâncă, Marile Lacuri, recifele de corali, plaje, râuri și estuare. . Cele mai atractive dovezi ale problemei plasticului oceanic sunt petele de gunoi care se acumulează în regiunile giratorii. Un gir este un curent oceanic circular format din tiparele de vânt ale Pământului și de forțele create de rotația planetei. Există cinci giruri oceanice principale: Girurile subtropicale din Pacificul de Nord și de Sud, Girurile subtropicale din Atlanticul de Nord și de Sud și Girul Subtropical din Oceanul Indian. În fiecare dintre acestea există pete de gunoi semnificative.

Deșeurile de plastic mai mari pot fi ingerate de speciile marine, umplându-și stomacul și făcându-le să creadă că sunt pline atunci când, de fapt, nu au luat nimic de valoare nutritivă. Acest lucru poate aduce păsări marine, balene, pești și broaște țestoase să moară de foame cu stomacuri pline de plastic. Speciile marine pot fi, de asemenea, sufocate sau încurcate în gunoiul de plastic.

Cea mai mare amenințare a poluării cu plasticul oceanului vine din microplastice. Acestea sunt fragmente mici de resturi de plastic, dintre care unele au fost produse pentru a fi atât de mici, cum ar fi microbile. Alte microplastice provin din degradarea deșeurilor de plastic mai mari. Odată ce bucăți mai mari de deșeuri de plastic intră în ocean sau în orice cale navigabilă, expunerea la soare, temperatura, umiditatea, valurile și vântul încep să descompună plasticul în bucăți mai mici de cinci milimetri lungime. Materialele plastice pot fi, de asemenea, descompuse de organismele mai mici care vor mânca resturi de plastic, descompunându-le în bucăți mici și fie eliminând aceste microplastice, fie scuipându-le. În testele de laborator, s-a constatat că amfipodele din specia Orchestia gammarellus ar putea devora rapid bucăți de pungi de plastic, mărunțind o singură pungă în 1,75 milioane de fragmente microscopice. Deși plasticul este defalcat, este totuși un material artificial care nu se biodegradează. Se estimează că aproximativ 90% din materialele plastice din mediul marin pelagic sunt microplastice. Aceste microplastice sunt frecvent consumate de organismele marine la baza lanțului alimentar, cum ar fi planctonul și larvele de pește, ceea ce duce la o concentrație de plastic ingerat în lanțul alimentar. Materialele plastice sunt produse cu substanțe chimice toxice care intră apoi în lanțul alimentar marin, inclusiv peștii pe care unii oameni îi mănâncă.

• 

  Microplastice printre sfere de nisip și sticlă în sedimentele din Rin . Bara albă reprezintă 1 mm.

• 

  Vaste plasturi de gunoi din plastic s- au acumulat în centrul girurilor oceanice .

• 

  Rezultatele modelului pentru densitatea numărului de particule mici de plastic planctonice.
  

  Roșu: mai dens

  Verde: mai puțin dens
• 

  Interacțiuni între microorganisme marine și microplastice

Poluare fonică

Există un peisaj sonor natural în ocean, pe care organismele l-au evoluat de zeci de mii de ani. Cu toate acestea, activitatea umană a perturbat acest peisaj sonor, înecând în mare măsură sunetele de care organismele depind pentru împerechere, ferindu-se de prădători și călătorii. Elicile și motoarele pentru nave și bărci, pescuitul industrial, construcțiile de coastă, forajele petroliere, inspecțiile seismice, războiul, exploatarea fundului mării și navigația bazată pe sonar au introdus toate poluarea fonică în mediile oceanice. Numai transportul maritim a contribuit la o creștere estimată de 32 de ori a zgomotului cu frecvență joasă de-a lungul rutelor majore de transport maritim în ultimii 50 de ani, conducând animalele marine departe de locurile vitale de reproducere și hrănire. Sunetul este reperul senzorial care călătorește cel mai departe prin ocean, iar poluarea fonică antropică perturbă capacitatea organismelor de a utiliza sunetul. Acest lucru creează stres pentru organismele care le pot afecta sănătatea generală, perturbându-le comportamentul, fiziologia și reproducerea și chiar provocând mortalitatea. Exploziile sonore din sondaje seismice pot deteriora urechile animalelor marine și pot provoca răni grave. Poluarea fonică dăunează în special mamiferelor marine care se bazează pe ecolocalizare, cum ar fi balenele și delfinii. Aceste animale folosesc ecolocația pentru a comunica, naviga, hrăni și găsi prieteni, dar sunetul în exces interferează cu capacitatea lor de a folosi ecolocația și, prin urmare, îndeplinesc aceste sarcini vitale.

Minerit

Perspectiva mineritului în adâncuri a condus la îngrijorări din partea oamenilor de știință și a grupurilor ecologiste cu privire la impactul asupra ecosistemelor fragile de mare adâncime și la impacturi mai largi asupra pompei biologice a oceanului .

Boala indusă de om

Schimbarea rapidă în mediul oceanic permite îmbolnăvirea bolilor. Microbii care cauzează boli se pot schimba și se pot adapta la noile condiții oceanice mult mai repede decât alte vieți marine, oferindu-le un avantaj în ecosistemele oceanice. Acest grup de organisme include viruși, bacterii, ciuperci și protozoari. În timp ce aceste organisme patogene se pot adapta rapid, alte vieți marine sunt slăbite de schimbările rapide ale mediului lor. În plus, microbii devin din ce în ce mai abundenți datorită acvaculturii, cultivării vieții acvatice și a deșeurilor umane care poluează oceanul. Aceste practici introduc noi agenți patogeni și excesul de nutrienți în ocean, încurajând în continuare supraviețuirea microbilor.

Unii dintre acești microbi au game largi de gazde și sunt denumiți agenți patogeni multi-gazdă. Aceasta înseamnă că agentul patogen se poate infecta, multiplica și transmite de la specii diferite, fără legătură. Agenții patogeni multi-gazdă sunt deosebit de periculoși, deoarece pot infecta multe organisme, dar pot să nu fie letali pentru toți. Aceasta înseamnă că microbii pot exista la specii care sunt mai rezistente și folosesc aceste organisme ca vase pentru infectarea continuă a unei specii sensibile. În acest caz, agentul patogen poate șterge complet speciile susceptibile, menținând în același timp o cantitate de organisme gazdă.

Schimbarea climei

În mediile marine, producția primară microbiană contribuie substanțial la sechestrarea CO ₂ . De asemenea, microorganismele marine reciclează substanțele nutritive pentru a fi utilizate în rețeaua alimentară marină și în proces eliberează CO ₂ în atmosferă. Biomasa microbiană și alte materii organice (resturi de plante și animale) sunt transformate în combustibili fosili de-a lungul a milioane de ani. În schimb, arderea combustibililor fosili eliberează gaze cu efect de seră într-o mică parte din timp. Ca rezultat, ciclul carbonului este dezechilibrat, iar nivelurile atmosferice de CO ₂ vor continua să crească atâta timp cât combustibilii fosili continuă să fie arși.

Microorganisme și schimbări climatice în biomurile marine și terestre

Prezentare generală a schimbărilor climatice și a efectelor acestora asupra oceanului 

Încălzirea oceanului

Modificarea globală a temperaturii pământ-ocean din 1880 până în 2011, comparativ cu media din 1951-1980.
Sursa: NASA GISS

Cea mai mare energie termică provenită de la încălzirea globală merge în ocean și nu în atmosferă sau încălzind pământul. Oamenii de știință și-au dat seama în urmă cu peste 30 de ani că oceanul era o amprentă cheie a impactului uman asupra schimbărilor climatice și „cea mai bună oportunitate pentru îmbunătățirea majoră a înțelegerii sensibilității climatice este probabil monitorizarea temperaturii interne a oceanului”.

Organismele marine se deplasează către părți mai reci ale oceanului pe măsură ce încălzirea globală are loc. De exemplu, un grup de 105 specii marine de pești și nevertebrate au fost monitorizate de-a lungul coastei de nord-est a SUA și în estul Mării Bering. În perioada 1982 - 2015, centrul mediu de biomasă al grupului s-a deplasat spre nord cu aproximativ 10 mile, precum și cu aproximativ 20 de metri mai adânc.

Cea mai mare energie termică din încălzirea globală merge în ocean

Date despre acumularea căldurii globale, de la Nuccitelli și colab. (2012)

Există dovezi că creșterea temperaturii oceanelor afectează ecosistemul marin. De exemplu, un studiu privind modificările fitoplanctonului din Oceanul Indian indică o scădere de până la 20% a fitoplanctonului marin în ultimele șase decenii. În timpul verii, vestul Oceanului Indian găzduiește una dintre cele mai mari concentrații de flori de fitoplancton marin din lume. Încălzirea crescută în Oceanul Indian îmbunătățește stratificarea oceanelor, care previne amestecul de nutrienți în zona eufotică unde este disponibilă lumină suficientă pentru fotosinteză. Astfel, producția primară este constrânsă și întreaga rețea trofică a regiunii este perturbată. Dacă încălzirea rapidă continuă, Oceanul Indian s-ar putea transforma într-un deșert ecologic și să înceteze a fi productiv.

• 

  Încălzirea oceanelor schimbă distribuția speciilor de chei din krilul antarctic

• 

  În Antarctica, speciile cu apă de mică adâncime, cu raza de acțiune limitată, precum acest cod de smarald , sunt amenințate.

Oscilația Antarctica ( de asemenea , numit modul Inelară de Sud ) este o centură de vânt din vest sau din jur de joasă presiune Antarctica , care se deplasează spre nord sau sud în conformitate cu care faza este în. În faza pozitivă, centura de vânt vest , care conduce Antarctica Circumpolar de curent se intensifică și se contractă către Antarctica , în timp ce faza sa negativă centura se deplasează spre Ecuator. Vânturile asociate cu oscilația din Antarctica provoacă revărsarea oceanică a apei adânci circumpolare calde de-a lungul platoului continental al Antarcticii. Acest lucru a fost legat de topirea bazală a raftului de gheață , reprezentând un posibil mecanism antrenat de vânt care ar putea destabiliza porțiuni mari ale stratului de gheață din Antarctica. Oscilația Antarcticii se află în prezent în cea mai extremă fază pozitivă care a avut loc de peste o mie de ani. Recent, această fază pozitivă s-a intensificat și mai mult, iar acest lucru a fost atribuit creșterii nivelurilor de gaze cu efect de seră și epuizării ulterioare a ozonului stratosferic. Aceste modificări la scară largă în mediul fizic „determină schimbarea prin toate nivelurile rețelelor alimentare marine din Antarctica”. Încălzirea oceanelor schimbă și distribuția krilului din Antarctica . Krilul antarctic este specia esențială a ecosistemului antarctic dincolo de raftul de coastă și este o sursă importantă de hrană pentru mamifere și păsări marine .

IPCC (2019) spune organisme marine sunt afectate la nivel global de ocean , încălzirea cu impact direct asupra comunităților umane, de pescuit, și producția de alimente. Este probabil că va exista o scădere cu 15% a numărului de animale marine și o scădere de la 21% la 24% a capturilor din pescuit până la sfârșitul secolului XXI din cauza schimbărilor climatice.

Un studiu din 2020 raportează că până în 2050 încălzirea globală s-ar putea răspândi în oceanul adânc de șapte ori mai rapid decât este acum, chiar dacă emisiile de gaze cu efect de seră sunt reduse. Încălzirea în straturi mezopelagice și mai profunde ar putea avea consecințe majore pentru rețeaua hrănitoare oceanică profundă , deoarece speciile oceanice vor trebui să se deplaseze pentru a rămâne la temperaturi de supraviețuire.

Cresterea nivelului marii

Între 1993 și 2018, nivelul mediu al mării a crescut în cea mai mare parte a oceanului mondial (culori albastre).

Ecosistemele de coastă se confruntă cu schimbări suplimentare din cauza creșterii nivelului mării . Unele ecosisteme se pot deplasa spre interior cu semnul apei ridicate, dar altele sunt împiedicate să migreze din cauza barierelor naturale sau artificiale. Această îngustare de coastă, numită stoarcere de coastă dacă sunt implicate bariere create de om, poate duce la pierderea habitatelor, cum ar fi mlaștinile și mlaștinile . Mangrovele și mlaștinile de maree se adaptează la creșterea nivelului mării, construind pe verticală folosind sedimentele acumulate și materia organică . Dacă creșterea nivelului mării este prea rapidă, acestea nu vor putea ține pasul și vor fi în schimb scufundate.

• 

  Schimbarea nivelului mării, 1880-2015
• 

  Pe măsură ce nivelul mării crește, se deplasează mai departe spre interior

Coralul, important pentru viața păsărilor și a peștilor, trebuie, de asemenea, să crească pe verticală pentru a rămâne aproape de suprafața mării pentru a obține suficientă energie din lumina soarelui. Până acum a reușit să țină pasul, dar s-ar putea să nu o poată face în viitor. Aceste ecosisteme protejează împotriva valurilor de furtună, valuri și tsunami. Pierderea lor face ca efectele nivelului mării să se înrăutățească. Activitățile umane, cum ar fi construirea barajului, pot preveni procesele naturale de adaptare prin restrângerea rezervelor de sedimente la zonele umede, ducând la pierderea mlaștinilor de maree . Când apa de mare se deplasează spre interior, inundațiile de coastă pot provoca probleme cu ecosistemele terestre existente, cum ar fi contaminarea solurilor lor. The melomys Bramble Cay este primul mamifer cunoscut de teren pentru a merge dispărut , ca urmare a creșterii nivelului mării.

Circulația și salinitatea oceanelor

Salinitatea oceanului este o măsură a cantității de sare dizolvată din ocean. Sărurile provin din eroziune și transportul sărurilor dizolvate de pe uscat. Salinitatea suprafeței oceanului este o variabilă cheie în sistemul climatic atunci când se studiază ciclul global al apei , schimburile ocean-atmosferă și circulația oceanelor , toate componentele vitale transportând căldura, impulsul, carbonul și nutrienții în întreaga lume. Apa rece este mai densă decât apa caldă, iar apa sărată este mai densă decât apa dulce. Aceasta înseamnă că densitatea apei oceanului se schimbă pe măsură ce temperatura și salinitatea acesteia se schimbă. Aceste modificări ale densității sunt principala sursă a puterii care conduce circulația oceanelor.

Măsurătorile salinității oceanice de la suprafață luate începând cu anii 1950 indică o intensificare a ciclului global al apei, cu zone saline înalte devenind mai saline, iar zonele saline scăzute devenind mai puțin saline.

Circulația termohalină , banda transportoare oceanică

Redați conținut media

Modificările salinității la suprafață măsurate de instrumentul satelit NASA Aquarius din decembrie 2011 până în decembrie 2012
Albastru: salinitate redusă Roșu: salinitate ridicată

Acidificarea oceanelor

Impacturile potențiale ale acidificării oceanelor

O prezentare generală a viitoarelor consecințe ecologice și biogeochimice viitoare, care leagă diferiți factori de mediu, procese și cicluri legate de acidificare în viitorul ocean.

Acidificarea oceanelor este acidificarea crescândă a oceanelor, cauzată în principal de absorbția dioxidului de carbon din atmosferă . Creșterea dioxidului de carbon atmosferic datorită arderii combustibililor fosili duce la dizolvarea mai multor dioxid de carbon în ocean. Când dioxidul de carbon se dizolvă în apă formează ioni de hidrogen și carbonat. La rândul său, aceasta crește aciditatea oceanului și face supraviețuirea din ce în ce mai dificilă pentru microorganisme, crustacee și alte organisme marine care depind de carbonatul de calciu pentru a-și forma cochilii.

Creșterea acidității are, de asemenea, potențial pentru alte vătămări ale organismelor marine, cum ar fi deprecierea ratelor metabolice și a răspunsurilor imune la unele organisme și provocarea albirii coralilor . Acidificarea oceanelor a crescut cu 26% de la începutul erei industriale. A fost comparat cu schimbările climatice antropice și a fost numit „geamănul malefic al încălzirii globale ” și „celălalt CO
2 problemă".

Modificarea estimată a pH-ului apei de mare cauzată de CO creat de om
₂ de la începutul revoluției industriale până la sfârșitul secolului al XX-lea

Dezoxigenare oceanică

Dezoxigenarea oceanelor este un factor de stres suplimentar pentru viața marină. Dezoxigenarea oceanelor este extinderea zonelor minime de oxigen în oceane ca o consecință a arderii combustibililor fosili . Schimbarea a fost destul de rapidă și reprezintă o amenințare pentru pești și alte tipuri de vieți marine, precum și pentru oamenii care depind de viața marină pentru nutriție sau mijloace de trai. Dezoxigenarea oceanelor prezintă implicații pentru productivitatea oceanelor , ciclul nutrienților, ciclul carbonului și habitatele marine .

Încălzirea oceanelor exacerbează dezoxigenarea oceanelor și stresează în continuare organismele marine, limitând disponibilitatea nutrienților prin creșterea stratificării oceanului prin efecte de densitate și solubilitate, crescând în același timp cererea metabolică. Potrivit Raportului special IPCC 2019 privind oceanul și criosfera într-o climă în schimbare , viabilitatea speciilor este întreruptă în întreaga rețea trofică oceanică din cauza schimbărilor în chimia oceanelor . Pe măsură ce oceanul se încălzește, amestecul dintre straturile de apă scade, rezultând în mai puțină cantitate de oxigen și substanțe nutritive disponibile pentru viața marină .

Straturi polare de gheață

Schimbările climatice determină topirea gheții marine, transformând Arctica dintr-un deșert înghețat într-un ocean deschis. Urșii polari și focile își pot pierde habitatele, creșterea fitoplanctonului poate crește și alimenta rețeaua alimentară arctică , ceea ce poate duce la rate mai mari de înmormântare a carbonului și, eventual, la scăderea cantității de CO ₂ în atmosferă.

Până de curând, plăcile de gheață erau privite ca componente inerte ale ciclului carbonului și în mare parte ignorate în modelele globale. Cercetările din ultimul deceniu au transformat acest punct de vedere, demonstrând existența unor comunități microbiene adaptate în mod unic, rate ridicate ale intemperiilor biogeochimice / fizice în straturile de gheață și stocarea și ciclarea carbonului organic de peste 100 miliarde de tone, precum și a nutrienților.

Depozite și fluxuri de carbon în straturile de gheață actuale (2019) și impactul prezis asupra dioxidului de carbon (acolo unde există date).
Fluxurile de carbon estimate sunt măsurate în Tg C a ^-1 (megatone de carbon pe an), iar dimensiunile estimate ale rezervelor de carbon sunt măsurate în Pg C (mii de megatone de carbon). DOC = carbon organic dizolvat , POC = carbon organic sub formă de particule .

Biogeochimic

Efecte antropice asupra ciclului azotului marin 

Diagrama din dreapta arată câteva efecte umane asupra ciclului azotului marin . Azotul biodisponibil (Nb) este introdus în ecosistemele marine prin scurgeri sau depuneri atmosferice, provocând eutrofizare , formarea zonelor moarte și extinderea zonelor minime de oxigen (OMZ). Eliberarea oxizilor de azot (N ₂ O, NO) din activitățile antropice și din zonele epuizate cu oxigen determină epuizarea stratozferică a ozonului, ducând la o expunere mai ridicată a UVB , care produce daune vieții marine, ploilor acide și încălzirii oceanelor . Încălzirea oceanelor determină stratificarea apei, dezoxigenarea și formarea zonelor moarte. Zonele moarte și OMZ-urile sunt puncte fierbinți pentru anamox și denitrificare , provocând pierderi de azot (N ₂ și N ₂ O). Valori crescute atmosferic acidifica dioxid de carbon cu apa de mare, în scădere procese dependente de pH-cicluri N , cum ar fi nitrificarea și îmbunătățirea N ₂ fixare .

Carbonati de calciu

Coccolithophore

Arici de mare

Creșterea acidității face dificilă construirea cojilor de carbonat pentru microorganisme precum coccolithophores și crustacee precum arici de mare

Aragonitul este o formă de carbonat de calciu pe care multe animale marine îl folosesc pentru a construi schelete și cochilii de carbonat. Cu cât nivelul de saturație al aragonitului este mai scăzut , cu atât este mai dificil pentru organisme să își construiască și să-și întrețină scheletele și cochiliile. Harta de mai jos prezintă modificări ale nivelului de saturație a aragonitului apelor de suprafață ale oceanului între 1880 și 2012.

Pentru a alege un exemplu, pteropodele sunt un grup de melci de mare înot distribuiți pe scară largă . Pentru ca pteropodele să creeze cochilii, acestea necesită aragonit care este produs prin ioni carbonat și calciu dizolvat. Pteropodele sunt grav afectate, deoarece nivelurile crescânde de acidificare au scăzut constant cantitatea de apă suprasaturată cu carbonat, necesară pentru crearea aragonitului.

Când cochilia unui pteropod a fost scufundată în apă cu un nivel de pH, oceanul este proiectat să ajungă până în anul 2100, cochilia s-a dizolvat aproape complet în șase săptămâni. De asemenea , coralii , algele coraline , coccolithophores, foraminifera , precum și crustaceele în general, toate experimentează calcificare redusă sau dizolvare sporită ca efect al acidificării oceanului.

• 

  Scăderea saturației cu aragonit face mai dificilă construirea cojilor de calciu pentru organismele marine, cum ar fi pteropodele
• 

  Cojile de pteropode se dizolvă în condiții din ce în ce mai acide cauzate de cantități crescute de CO ₂ atmosferic

Redați conținut media

Video care rezumă impactul acidificării oceanelor - Sursa: NOAA

Pteropod nesănătos care prezintă efectele acidificării oceanului

Acidificarea oceanelor determină pierderea masei musculare a stelelor fragile

      Pteropodele și stelele fragile formează baza rețelelor alimentare arctice

Pteropodele și stelele fragile formează împreună baza rețelelor alimentare arctice și ambele sunt grav deteriorate de acidificare. Cojile pteropodelor se dizolvă odată cu acidificarea crescândă și stelele fragile pierd masa musculară atunci când re-cresc apendicele. În plus, ouăle stelei fragile mor în câteva zile când sunt expuse condițiilor așteptate rezultate din acidificarea arctică. Acidificarea amenință să distrugă rețelele alimentare arctice de la bază în sus. Apele arctice se schimbă rapid și sunt avansate în procesul de a fi insaturate cu aragonit. Pânzele alimentare arctice sunt considerate simple, ceea ce înseamnă că există câțiva pași în lanțul alimentar de la organisme mici la prădători mai mari. De exemplu, pteropodele sunt „un element de pradă cheie al unui număr de prădători superiori - plancton mai mare, pești, păsări marine, balene”.

Silicați

Creșterea agriculturii din ultimii 400 de ani a crescut expunerea rocilor și solurilor, ceea ce a dus la creșterea ratei de degradare a silicatului. La rândul său, lixivierea stocurilor de silice amorfă din sol a crescut, de asemenea, oferind concentrații mai mari de silice dizolvată în râuri. Dimpotrivă, creșterea digului a condus la o reducere a aprovizionării cu silice a oceanului datorită absorbției de diatomee de apă dulce din spatele barajelor. Dominanța fitoplanctonului non-siliceu datorită încărcării antropogene de azot și fosfor și a dizolvării îmbunătățite a silicii în apele mai calde are potențialul de a limita exportul de sedimente oceanice de siliciu în viitor.

În 2019, un grup de oameni de știință a sugerat că acidificarea reduce producția de diatomee de silice în Oceanul de Sud .

Diatomee

Radiolarian

Schimbările în acidul silicic oceanic pot face dificilă microorganismele marine care construiesc cochilii de silice

• 

  Concentrația acidului silicic în zona pelagică superioară , prezentând niveluri ridicate în Oceanul de Sud

• 

  Ciclul de silice marină generalizat , adaptat de la Treguer și colab., 1995

Carbon

Modificări antropice în ciclul global al carbonului 2009–2018

Reprezentarea schematică a perturbației globale a ciclului global al carbonului cauzată de activitățile antropice, mediată la nivel global pentru deceniul 2009-2018. Vedeți legendele pentru săgețile și unitățile corespunzătoare. Incertitudinea în rata de creștere a CO2 atmosferică este foarte mică (± 0,02 GtC an -1) și este neglijată pentru figură. Perturbarea antropogenă apare în partea de sus a unui ciclu de carbon activ, cu fluxuri și stocuri reprezentate în fundal pentru toate numerele, fluxurile brute oceanice actualizate la 90 GtC an -1 pentru a explica creșterea CO2 atmosferic de la publicare. Stocurile de carbon din litoral provin dintr-o revizuire literară a sedimentelor marine de coastă.

Interacțiuni azot-carbon-climă. Prezentați sunt principalii factori care interacționează în timpul antropocenului. Semnele indică o creștere (+) sau o scădere (-) a factorului afișat; (?) indică un impact necunoscut. Culorile săgeții indică impacturi antropice directe (roșu) sau interacțiuni naturale (albastru, multe dintre ele modificate și de influența umană). Puterea interacțiunii este exprimată prin grosimea săgeții.

Opțiuni propuse pentru eliminarea dioxidului de carbon marin 

Pe măsură ce provocările tehnice și politice ale abordărilor terestre de eliminare a dioxidului de carbon devin mai evidente, oceanele ar putea fi noua frontieră „albastră” pentru strategiile de reducere a carbonului în guvernarea climei. Mediile marine sunt frontiera albastră a unei strategii pentru noi chiuvete de carbon în guvernarea climatică post-pariziană, de la gestionarea ecosistemelor bazate pe natură până la intervenții tehnologice la scară industrială în sistemul Pământului. Abordările de eliminare a dioxidului de carbon marin sunt diverse - deși mai multe seamănă cu propunerile cheie de eliminare a dioxidului de carbon terestru. Alcalinizarea oceanului (adăugarea mineralelor de silicat, cum ar fi olivina în apa de mare de coastă, pentru a crește CO
2absorbție prin reacții chimice) este îmbunătățit de degradare, carbon albastru (îmbunătățirea CO biologic natural
2extragerea din vegetația de coastă) este reîmpădurirea marină, iar cultivarea biomasei marine (adică algele marine) pentru cuplare cu capturarea și stocarea carbonului în consecință este varianta marină a bioenergiei și a captării și stocării carbonului. Zonele umede , coastele și oceanul deschis sunt concepute și dezvoltate ca locuri gestionate de eliminare și stocare a carbonului, cu practici extinse de la utilizarea solurilor și a pădurilor.

Efectul factorilor de stres multipli

Impactul ecosistemului amplificat de încălzirea oceanului și de dezoxigenare

Conductori de hipoxie și intensificare a acidificării oceanelor în sistemele de rafturi de susținere . Vânturile ecuatoriale determină creșterea apei cu oxigen scăzut dizolvat (DO), cu un conținut ridicat de nutrienți și cu apă anorganică cu dizolvare ridicată (DIC) de deasupra zonei minime de oxigen . Gradienții încrucișați în productivitate și timpii de rezidență a apei de jos determină scăderea (creșterea) puterii DO (DIC) pe măsură ce apa trece pe un platou continental productiv .

Dacă este prezent mai mult de un factor de stres, efectele pot fi amplificate. De exemplu, combinația dintre acidificarea oceanului și o creștere a temperaturii oceanului poate avea un efect combinat asupra vieții marine care depășește cu mult impactul dăunător al fiecăruia.

În timp ce implicațiile complete ale CO ₂ crescut asupra ecosistemelor marine sunt încă documentate, există un corp substanțial de cercetări care arată că o combinație de acidificare oceanică și temperatură crescută a oceanului, determinată în principal de CO ₂ și alte emisii de gaze cu efect de seră , au un efect combinat asupra vieții marine și a mediului oceanic. Acest efect depășește cu mult impactul dăunător al fiecăruia. În plus, încălzirea oceanelor exacerbează dezoxigenarea oceanelor , care este un factor de stres suplimentar asupra organismelor marine, prin creșterea stratificării oceanelor, prin efecte de densitate și solubilitate, limitând astfel substanțele nutritive, crescând în același timp cererea metabolică.

Factori de stres multipli care acționează asupra recifelor de corali

Direcția și amploarea efectelor acidificării, încălzirii și dezoxigenării oceanelor asupra oceanului au fost cuantificate prin meta-analize și au fost testate în continuare prin studii de mezocosmos . Studiile mezocosmosului au simulat interacțiunea acestor factori de stres și au constatat un efect catastrofal asupra rețelei alimentare marine, și anume că creșterea consumului din stresul termic neagă mai mult decât orice producător primar, iar erbivorul crește de la mai mult dioxid de carbon disponibil.

Conducătorii schimbării

Motori ai schimbării ecosistemelor marine

Modificările dinamicii ecosistemelor marine sunt influențate de activitățile socioeconomice (de exemplu, pescuit, poluare) și de modificările biofizice induse de om (de exemplu, temperatura, acidificarea oceanelor) și pot interacționa și pot avea un impact sever asupra dinamicii ecosistemelor marine și asupra serviciilor ecosistemice pe care le generează societății. . Înțelegerea acestor interacțiuni directe - sau proximale - este un pas important către utilizarea durabilă a ecosistemelor marine. Cu toate acestea, interacțiunile proximale sunt încorporate într-un context socio-economic mult mai larg în care, de exemplu, economia prin comerț și finanțe, migrația umană și progresele tehnologice, operează și interacționează la scară globală, influențând relațiile de proximitate.

Schimbarea liniilor de bază

Linii de bază schimbătoare apar în cercetarea ecosistemelor marine, deoarece schimbările trebuie măsurate în raport cu un punct de referință anterior (linia de bază), care la rândul său poate reprezenta schimbări semnificative dintr-o stare chiar mai timpurie a ecosistemului. De exemplu, pescuitul sărăcit radical a fost evaluat de cercetători care au folosit starea activității de pescuit la începutul carierei lor ca bază, mai degrabă decât pescuitul în starea sa neexploatată sau neatinsă. Zonele care au rătăcit cu o anumită specie în urmă cu sute de ani s-ar putea să fi cunoscut un declin pe termen lung, dar nivelul cu câteva decenii în urmă este cel folosit ca punct de referință pentru populațiile actuale. În acest fel, scăderile mari ale ecosistemelor sau speciilor pe perioade lungi de timp au fost și sunt mascate. Există o pierdere a percepției schimbării care apare atunci când fiecare generație redefinește ceea ce este natural sau neatins.

Vezi si

Referințe