Acidificarea oceanelor -Ocean acidification

Acidificarea oceanului înseamnă că valoarea medie a pH-ului oceanului scade în timp.
Distribuția spațială a pH-ului oceanului de suprafață global (panoul a: pH-ul oceanului de suprafață mediu anual să fie aproximativ pentru anul 1770; panoul b: diferența dintre pH-ul din 2000 și 1770 în oceanul de suprafață global).

Acidificarea oceanului este reducerea valorii pH -ului oceanului Pământului . Între 1751 și 2021, se estimează că valoarea pH-ului suprafeței oceanului a scăzut de la aproximativ 8,25 la 8,14. Cauza fundamentală a acidificării oceanelor sunt emisiile de dioxid de carbon cauzate de om, care au condus la niveluri de dioxid de carbon (CO 2 ) atmosferice de peste 410 ppm (în 2020). Oceanele absorb CO2 din atmosferă . Aceasta duce la formarea acidului carbonic care se disociază într-un ion de bicarbonat (HCO3⁻) și un ion de hidrogen .(H+). Ionii liberi de hidrogen (H+) scad pH-ul oceanului, provocând „acidificare” (asta nu înseamnă că apa de mare este încă acidă; este încă alcalină , cu un pH mai mare de 8). Scăderea pH-ului determină o scădere a concentrației ionilor de carbonat, care sunt principalul bloc de construcție pentru învelișurile și scheletele carbonatului de calciu (CaCO 3 ). De asemenea, scade stările de saturație cu minerale carbonatice. Organismele marine calcifiante , cum ar fi moluștele , stridiile și coralii , sunt afectate în special de acest lucru, deoarece se bazează pe carbonatul de calciu pentru a construi cochilii și schelete.

Modificarea valorii pH-ului de la 8,25 la 8,14 reprezintă o creștere de aproape 30% a concentrației ionilor de hidrogen în oceanele lumii (scala pH-ului este logaritmică, deci o modificare de una a unității de pH este echivalentă cu o schimbare de zece ori a concentrației ionilor de hidrogen) . pH-ul de la suprafața mării și stările de saturație cu carbonat pot varia în funcție de adâncimea și locația oceanului. Apele mai reci și cu latitudini mai înalte au capacitatea de a absorbi mai mult CO 2 . Acest lucru poate crește acidificarea, scăzând pH-ul și stările de saturație cu carbonat în aceste regiuni. Alți factori care afectează schimbul de CO 2 atmosferă-ocean și, prin urmare, influențează acidificarea locală a oceanului, includ: curenții oceanici ( zonele de revărsare ), apropierea de râuri continentale mari, acoperirea cu gheață și schimbul atmosferic cu azot și sulf din arderea combustibililor fosili și agricultura .

Scăderea pH-ului oceanului are o serie de efecte potențial dăunătoare pentru organismele marine. Acestea includ calcificarea redusă, ratele metabolice scăzute, răspunsurile imune scăzute și energia redusă pentru funcții de bază, cum ar fi reproducerea. Efectele acidificării oceanelor afectează, prin urmare, ecosistemele marine care oferă hrană, mijloace de trai și alte servicii ecosistemice pentru o mare parte a umanității. Aproximativ 1 miliard de oameni depind total sau parțial de pescuitul, turismul și serviciile de gestionare a litoralului oferite de recifele de corali. Acidificarea continuă a oceanelor poate amenința, prin urmare, viitoarele lanțuri trofice legate de oceane. Alcalinitatea oceanului nu este modificată de acidificarea oceanului, dar pe perioade lungi de timp alcalinitatea poate crește datorită dizolvării carbonatului și formării reduse a învelișurilor de carbonat de calciu.

Obiectivul 14 de Dezvoltare Durabilă a Națiunilor Unite („Viața sub apă”) are ca obiectiv „minimizarea și abordarea impactului acidificării oceanelor”. Reducerea emisiilor de dioxid de carbon (adică măsuri de atenuare a schimbărilor climatice ) este singura soluție care abordează cauza principală a acidificării oceanelor. Alte tehnologii de atenuare bazate pe ocean care pot realiza eliminarea dioxidului de carbon din ocean (de exemplu, creșterea alcalinității oceanului, îmbunătățirea intemperiilor ) au, în general, un nivel scăzut de pregătire a tehnologiei și multe riscuri.

Acidificarea oceanelor a avut loc anterior în istoria Pământului. Colapsul ecologic rezultat din oceane a avut efecte de lungă durată asupra ciclului global al carbonului și asupra climei .

Cauză

Această diagramă a ciclului rapid al carbonului arată mișcarea carbonului între pământ, atmosferă și oceane. Numerele galbene sunt fluxuri naturale, iar roșu sunt contribuțiile umane în gigatone de carbon pe an. Numerele albe indică carbonul stocat.
Video care rezumă impactul acidificării oceanelor. Sursa: NOAA Environmental Visualization Laboratory.

Nivelurile actuale (2021) de dioxid de carbon (CO 2 ) din atmosferă de aproximativ 415 ppm sunt cu aproximativ 50% mai mari decât concentrațiile preindustriale. Sursa acestui exces de CO 2 este clar stabilită ca fiind condusă de om, reflectând o combinație de emisii antropice de combustibili fosili, industriale și de utilizare a terenului/schimbarea terenului. Conceptul conform căruia oceanul acționează ca un bazin major pentru CO 2 antropic a fost prezent în literatura științifică cel puțin de la sfârșitul anilor 1950. Oceanul preia aproximativ un sfert din totalul emisiilor de CO 2 antropice . De asemenea, este bine înțeles că CO 2 suplimentar din ocean are ca rezultat o schimbare angro a chimiei acido-bazice ale apei de mare către condiții mai acide, cu pH mai scăzut și stări de saturație mai scăzute pentru mineralele carbonatice utilizate în multe cochilii și schelete ale organismelor marine.

Acumulat din 1850, chiuveta oceanică adaugă până la 175 ± 35 gigatone de carbon, mai mult de două treimi din această cantitate (120 GtC) fiind absorbită de oceanul global din 1960. De-a lungul perioadei istorice, chiuveta oceanică a crescut în ritmul cu creșterea exponențială a emisiilor antropice. Din 1850, oceanul a eliminat 26% din totalul emisiilor antropice. Emisiile în perioada 1850–2021 s-au ridicat la 670 ± 65 gigatone de carbon și au fost împărțite între atmosferă (41 %), oceane (26 %) și pământ (31 %).

Ciclul carbonului descrie fluxurile de dioxid de carbon ( CO
2
) între oceane, biosfera terestră , litosferă și atmosferă . Ciclul carbonului implică atât compuși organici, cum ar fi celuloza , cât și compuși anorganici de carbon, cum ar fi dioxid de carbon , ion carbonat și ion bicarbonat , împreună denumiți carbon anorganic dizolvat (DIC). Acești compuși anorganici sunt deosebit de importanți în acidificarea oceanelor, deoarece includ multe forme de CO dizolvat
2
prezente în oceanele Pământului.

Când CO
2
se dizolvă, reacționează cu apa formând un echilibru de specii chimice ionice și neionice: dioxid de carbon liber dizolvat ( CO
2(aq)
), acid carbonic ( H
2
CO
3
), bicarbonat ( HCO
3
) și carbonat ( CO2−
3
). Raportul dintre aceste specii depinde de factori precum temperatura apei de mare , presiunea și salinitatea (așa cum se arată într-o diagramă Bjerrum ). Aceste diferite forme de carbon anorganic dizolvat sunt transferate de la suprafața unui ocean în interiorul acestuia de către pompa de solubilitate a oceanului . Rezistența unei zone de ocean la absorbția CO din atmosferă
2
este cunoscut ca factorul Revelle .

Efecte principale

Chimia oceanului se schimbă datorită absorbției antropice de dioxid de carbon (CO 2 ). pH-ul oceanului, concentrațiile ionilor de carbonat ([CO 3 2− ]) și stările de saturație a mineralelor de carbonat de calciu (Ω) au scăzut ca urmare a absorbției a aproximativ 30% din emisiile antropice de dioxid de carbon în ultimii 270 de ani (de când pe la 1750). Acest proces este denumit în mod obișnuit „acidificarea oceanului”. Acidificarea oceanelor îngreunează calcifianții marini să construiască o cochilie sau o structură scheletică, punând în pericol recifele de corali și ecosistemele marine mai largi.

Acidificarea oceanelor a fost numită „geamănul rău al încălzirii globale ” și „cealaltă problemă a CO2” . Creșterea temperaturii oceanelor și pierderea de oxigen acționează concomitent cu acidificarea oceanului și constituie „trioul mortal” al presiunilor schimbărilor climatice asupra mediului marin. Impactul acestui lucru va fi cel mai grav pentru recifele de corali și alte organisme marine cu coajă, precum și pentru acele populații care depind de serviciile ecosistemice pe care le oferă.

Reducerea valorii pH-ului

Dizolvarea CO
2
în apa de mare crește ionul de hidrogen ( H+
) concentrația în ocean și, astfel, scade pH-ul oceanului, după cum urmează:

CO 2 (aq) + H 2 O ⇌ H 2 CO 3 ⇌ HCO 3 + H + ⇌ CO 3 2− + 2 H + .

În regiunile de coastă de mică adâncime și de raft, o serie de factori interacționează pentru a afecta schimbul de CO 2 aer-ocean și modificarea rezultată a pH-ului. Acestea includ procese biologice, cum ar fi fotosinteza și respirația, precum și creșterea apei. De asemenea, metabolismul ecosistemului în sursele de apă dulce care ajung în apele de coastă poate duce la schimbări mari, dar locale, ale pH-ului.

Corpurile de apă dulce par, de asemenea, să fie acidifiante, deși acesta este un fenomen mai complex și mai puțin evident.

Scăderea calcificării în organismele marine

Diferite tipuri de foraminifere observate printr-un microscop folosind contrast de interferență diferențial.
Complot Bjerrum : Schimbarea sistemului carbonatic al apei de mare din cauza acidificării oceanului

Schimbările în chimia oceanelor pot avea efecte directe și indirecte extinse asupra organismelor și habitatelor acestora. Una dintre cele mai importante repercusiuni ale creșterii acidității oceanului se referă la producerea de cochilii din carbonat de calciu ( CaCO ).
3
). Acest proces se numește calcificare și este important pentru biologia și supraviețuirea unei game largi de organisme marine. Calcificarea implică precipitarea ionilor dizolvați în CaCO solid
3
structuri, structuri pentru multe organisme marine, cum ar fi cocolitofore , foraminifere , crustacee , moluște etc. După ce se formează, aceste CaCO
3
structurile sunt vulnerabile la dizolvare , cu excepția cazului în care apa de mare din jur conține concentrații saturate de ioni de carbonat (CO 3 2− ).

Având în vedere pH-ul actual al oceanului (în jur de 8,14), din dioxidul de carbon suplimentar adăugat în ocean, rămâne foarte puțin ca dioxid de carbon dizolvat. Majoritatea se disociază în ioni suplimentari de bicarbonat și hidrogen liber. Creșterea hidrogenului este mai mare decât creșterea bicarbonatului, creând un dezechilibru în reacția HCO 3 ⇌ CO 3 2− + H + . Pentru a menține echilibrul chimic, unii dintre ionii de carbonat care se află deja în ocean se combină cu unii dintre ionii de hidrogen pentru a produce mai mult bicarbonat. Astfel, concentrația oceanului de ioni de carbonat este redusă, eliminând un element esențial pentru ca organismele marine să construiască scoici sau să se calcifieze: Ca 2+ + CO 3 2− ⇌ CaCO 3 .

Creșterea concentrațiilor de dioxid de carbon și bicarbonat dizolvat și reducerea carbonatului sunt prezentate în diagrama Bjerrum .

Scăderea stării de saturație

Starea de saturație (cunoscută ca Ω) a apei de mare pentru un mineral este o măsură a potențialului termodinamic al mineralului de a se forma sau de a se dizolva, iar pentru carbonatul de calciu este descrisă de următoarea ecuație:

Aici Ω este produsul concentrațiilor (sau activităților ) ionilor de reacție care formează mineralul (Ca2+ și CO2−3), împărțit la produsul aparent de solubilitate la echilibru (Ksp), adică atunci când vitezele de precipitare și dizolvare sunt egale. În apa de mare, limita de dizolvare se formează ca urmare a temperaturii, presiunii și adâncimii și este cunoscută sub numele de orizont de saturație. Deasupra acestui orizont de saturație, Ω are o valoare mai mare de 1 și CaCO
3
nu se dizolvă ușor. Majoritatea organismelor calcifiante trăiesc în astfel de ape. Sub această adâncime, Ω are o valoare mai mică de 1 și CaCO
3
se va dizolva. Adâncimea de compensare a carbonatului este adâncimea oceanului la care dizolvarea carbonatului echilibrează aportul de carbonat către fundul mării, prin urmare sedimentele sub această adâncime vor fi lipsite de carbonat de calciu. Creșterea nivelului de CO 2 și pH-ul mai scăzut rezultat al apei de mare, scade concentrația de CO 3 2− și starea de saturație a CaCO
3
prin urmare crescând CaCO
3
dizolvare.

Carbonatul de calciu apare cel mai frecvent în două polimorfe comune (forme cristaline): aragonit și calcit . Aragonitul este mult mai solubil decât calcitul, astfel încât orizontul de saturație al aragonitului și adâncimea de compensare a aragonitului sunt întotdeauna mai aproape de suprafață decât orizontul de saturație cu calcit. Aceasta înseamnă, de asemenea, că acele organisme care produc aragonit pot fi mai vulnerabile la modificările acidității oceanului decât cele care produc calcit. Acidificarea oceanelor și scăderea rezultată a stărilor de saturație cu carbonat ridică orizonturile de saturație ale ambelor forme mai aproape de suprafață. Această scădere a stării de saturație este unul dintre principalii factori care conduc la scăderea calcificării în organismele marine, deoarece precipitarea anorganică de CaCO
3
este direct proporțională cu starea sa de saturație, iar organismele care se calcifiază prezintă stres în apele cu stări de saturație mai scăzute.

Observații și previziuni

Diagrama detaliată a ciclului carbonului în ocean

Modificări observate ale valorii pH-ului

Serii temporale de CO2 atmosferic la Mauna Loa (în părți per milion de volum, ppmv; roșu), pCO2 de suprafață oceanic (µatm; albastru) și pH de suprafață oceanic (verde) la Ocean Station ALOHA din Oceanul Pacific de Nord subtropical.
Harta lumii care arată modificarea variată a pH-ului în diferite părți ale diferitelor oceane
Modificarea estimată a pH-ului apei de mare cauzată de impactul antropic asupra CO
2
niveluri între anii 1700 și 1990, din Proiectul Global de Analiză a Datelor Oceanului (GLODAP) și Atlasul Oceanului Mondial

Între 1751 (începutul revoluției industriale ) și 2021, se estimează că valoarea pH-ului suprafeței oceanului a scăzut de la aproximativ 8,25 la 8,14. Aceasta reprezintă o creștere de aproape 30% a concentrației ionilor de hidrogen în oceanele lumii (scala pH-ului este logaritmică, deci o modificare de una a unității de pH este echivalentă cu o schimbare de zece ori a concentrației ionilor de hidrogen). De exemplu, numai în perioada de 15 ani 1995–2010, aciditatea a crescut cu 6% în cei 100 de metri superioare ai Oceanului Pacific, de la Hawaii până în Alaska.

Cel de -al șaselea raport de evaluare al IPCC din 2021 a afirmat că „valorile actuale ale pH-ului la suprafață sunt fără precedent de cel puțin 26.000 de ani și ratele actuale de modificare a pH-ului sunt fără precedent de cel puțin atunci. Valoarea pH-ului interiorului oceanului a scăzut în ultimii 20 de ani. -30 de ani peste tot în oceanul global.Raportul a mai constatat că „pH-ul apei de suprafață a oceanelor deschise a scăzut cu aproximativ 0,017 până la 0,027 unități de pH pe deceniu de la sfârșitul anilor 1980”.

Rata declinului diferă în funcție de regiune datorită „interacțiunii complexe dintre mecanismele de forțare fizice și biologice”.:

  • „În Pacificul tropical, zonele sale centrale și de est de upwelling au prezentat o scădere mai rapidă a pH-ului, de la minus 0,022 până la minus 0,026 unități de pH pe deceniu.” Se crede că acest lucru se datorează „apariției crescute a apelor subterane bogate în CO2, în plus față de absorbția antropică de CO2”.
  • Unele regiuni au prezentat o rată de acidificare mai lentă: o scădere a pH-ului de la minus 0,010 până la minus 0,013 unități de pH pe deceniu a fost observată în bazinele calde din Pacificul tropical de vest.

Rata cu care se va produce acidificarea oceanului poate fi influențată de rata de încălzire a oceanelor de suprafață , deoarece apele calde nu vor absorbi atât de mult CO 2 . Prin urmare, o încălzire mai mare a apei de mare ar putea limita absorbția de CO 2 și poate duce la o modificare mai mică a pH-ului pentru o anumită creștere a CO 2 . Diferența de schimbări de temperatură între bazine este unul dintre principalele motive pentru diferențele de rate de acidificare în diferite localități.

Ratele actuale de acidificare a oceanelor au fost asemănătoare cu evenimentul de seră de la limita Paleocen-Eocen (acum aproximativ 56 de milioane de ani), când temperaturile oceanelor de la suprafață au crescut cu 5-6 grade Celsius . În acel eveniment, ecosistemele de suprafață au suferit o varietate de impacturi, dar organismele care locuiesc pe fundul oceanului adânc au experimentat de fapt o extincție majoră. În prezent, rata de adăugare a carbonului în sistemul atmosferă-ocean este de aproximativ zece ori mai mare decât rata cea care a avut loc la limita Paleocen-Eocen.

Sisteme de observare extinse sunt acum în vigoare sau în curs de construire pentru monitorizarea chimiei CO2 și a acidificării apei de mare atât pentru oceanul deschis global, cât și pentru unele sisteme de coastă.

Ratele de acidificare în diferite regiuni marine
Locație Modificarea unităților de pH pe deceniu Perioadă Sursă de date Anul publicării
Islanda minus 0,024 1984 – 2009 Măsurătorile directe 2009
Pasajul Drake minus 0,018 2002 – 2012 Măsurătorile directe 2012
Canare (ESTOC) minus 0,017 1995 – 2004 Măsurătorile directe 2010
Hawaii ( FOARTE ) minus 0,019 1989 – 2007 Măsurătorile directe 2009
Bermude ( BATS ) minus 0,017 1984 – 2012 Măsurătorile directe 2012
Marea Coralilor minus 0,002 ~1700 – ~1990 Reconstituirea proxy 2005
Mediterana de Est minus 0,023 1964 – 2005 Reconstituirea proxy 2016
Ratele de modificare a pH-ului pentru unele regiuni ale lumii (multe mai multe regiuni disponibile în tabelul sursă)
Gară, regiune Perioada de studii modificarea pH-ului (pe deceniu)
Pacificul Ecuatorial TAO 2004-2011 minus 0,026
Oceanul Indian IO-STPS 1991-2011 minus 0,027
Mediterana Dyfamed (43,42°N, 7,87°E) 1995-2011 minus 0,03
Atlanticul de Nord Marea Islandei (68°N, 12.67°V) 1985-2008

1985-2010

minus 0,024

minus 0,014

Atlanticul de Nord Marea Irminger (64,3°N, 28°V) 1983-2004 minus 0,026
Pacificul de Nord NP-STSS 1991-2011 minus 0,01
Oceanul Sudic PAL-LTER, vestul Peninsulei Antarctice 1993-2012 plus 0,02

Modificările viitoare ale valorii pH-ului estimate

CO in situ
2
senzor de concentrație (SAMI-CO2), atașat la o stație Coral Reef Early Warning System, utilizat în efectuarea de studii de acidificare a oceanelor în apropierea zonelor recifului de corali (de către NOAA ( AOML ))
Un CO autonom amarat
2
geamandură folosită pentru măsurarea CO
2
studii de concentrație și acidificare a oceanelor ( NOAA (prin PMEL ))

Earth System Models proiectează că, în jurul anului 2008, aciditatea oceanului a depășit analogii istorici. În combinație cu alte modificări biogeochimice oceanice , acest lucru ar putea submina funcționarea ecosistemelor marine și ar putea perturba furnizarea multor bunuri și servicii asociate oceanului începând cu anul 2100. Acidificarea actuală a oceanului este acum pe cale să atingă niveluri de pH mai scăzute decât la orice alt punct din ultimii 300 de milioane de ani. Rata acidificării oceanelor este, de asemenea, estimată a fi fără precedent pe aceeași scară de timp. Schimbările așteptate sunt considerate fără precedent în evidența geologică.

Amploarea modificărilor chimice ulterioare, inclusiv pH-ul oceanului, va depinde de eforturile de atenuare a schimbărilor climatice întreprinse de națiuni și guvernele lor. Diferite scenarii de schimbări socioeconomice globale proiectate sunt modelate prin utilizarea scenariilor Partajate căi socioeconomice (SSP).

Dacă modelul „afacere ca de obicei” pentru activitatea umană persistă (unde se depun eforturi reduse pentru a reduce emisiile de gaze cu efect de seră , ceea ce duce la un scenariu de emisii foarte ridicate numit SSP5-8.5), proiecțiile modelului estimează că pH-ul oceanului de suprafață ar putea scădea cu cât 0,44 unități față de ziua de azi până la sfârșitul secolului. Aceasta ar însemna un pH de până la aproximativ 7,7 și reprezintă o creștere suplimentară a concentrațiilor de H+ de două până la patru ori față de creșterea până în prezent.

pH-ul mediu global de suprafață estimat în trecut și viitor pentru diferite scenarii de emisie
Perioada de timp Valoarea pH-ului (aprox.)
Preindustrial (1850) 8.18
Acum (2021) (schimbarea observațională evaluată se întinde între 1985 și 2019) 8.14
Viitorul (2100) cu scenariu cu emisii scăzute ( SSP 1-2.6) 8.0
Viitorul (2100) cu scenariu de emisii foarte mari ( SSP 5-8.5) 7.7

Acidificarea oceanelor în trecutul geologic

Trei dintre cele cinci mari extincții în masă din trecutul geologic au fost asociate cu o creștere rapidă a dioxidului de carbon atmosferic, probabil datorită vulcanismului și/sau disocierii termice a hidraților de gaz marini . Nivelurile ridicate de CO 2 au afectat biodiversitatea. Scăderea saturației de CaCO3 din cauza absorbției de CO2 vulcanogen în apă de mare a fost sugerată ca un posibil mecanism de distrugere în timpul extincției în masă marine de la sfârșitul Triasicului . Criza biotică de la sfârșitul Triasicului este încă cel mai bine stabilit exemplu de extincție în masă marine din cauza acidificării oceanelor, deoarece (a) înregistrările izotopilor de carbon sugerează o activitate vulcanică sporită care a scăzut sedimentarea carbonatului, ceea ce a redus adâncimea de compensare a carbonatului și saturația carbonatului. stare, iar o extincție marină a coincis tocmai în înregistrarea stratigrafică și (b) a existat o selectivitate pronunțată a extincției împotriva organismelor cu schelete aragonitice groase, care este prezisă din studiile experimentale. Acidificarea oceanelor a fost, de asemenea, sugerată ca o cauză a extincției în masă de la sfârșitul Permianului și a crizei de la sfârșitul Cretacicului. În general, factorii de stres climatici multipli, inclusiv acidificarea oceanelor, au fost probabil cauza evenimentelor de extincție geologică.

Cel mai notabil exemplu de acidificare a oceanului este maximul termic din Paleocen-Eocen (PETM), care a avut loc acum aproximativ 56 de milioane de ani, când cantități masive de carbon au intrat în ocean și atmosferă și a condus la dizolvarea sedimentelor carbonatice în multe bazine oceanice. Metodele geochimice relativ noi de testare a pH-ului în trecut indică că pH-ul a scăzut cu 0,3 unități în PETM. Un studiu care rezolvă sistemul de carbonați marin pentru starea de saturație arată că s-ar putea să nu se schimbe prea mult în PETM, sugerând că rata de eliberare a carbonului la cea mai bună analogie geologică a fost mult mai lentă decât emisiile de carbon induse de om. Cu toate acestea, sunt necesare metode proxy mai puternice pentru a testa starea de saturație pentru a evalua cât de mult poate fi afectat această modificare a pH-ului organismele care se calcifiază.

Distribuția (A) aragonitului și (B) adâncimii de saturație a calcitului în oceanele globale
Această hartă arată modificări ale nivelului de saturație cu aragonit al apelor de suprafață ale oceanelor între anii 1880 și cel mai recent deceniu (2006-2015). Aragonitul este o formă de carbonat de calciu pe care multe animale marine o folosesc pentru a-și construi scheletele și cochiliile. Cu cât nivelul de saturație este mai scăzut, cu atât este mai dificil pentru organism să-și construiască și să-și mențină scheletele și cochiliile. O modificare negativă reprezintă o scădere a saturației.

Impact asupra organismelor oceanice calcifiante

O carcasă de protecție normală, făcută subțire, fragilă și transparentă prin acidificare

Complexitatea rezultatelor cercetării

Consecințele ecologice complete ale modificărilor calcificării datorate acidificării oceanelor sunt complexe, dar pare probabil că multe specii care se calcifiază vor fi afectate negativ de acidificarea oceanului. Creșterea acidificării oceanelor îngreunează accesul organismelor care acrețează coajă la ionii de carbon, esențiali pentru producerea învelișului lor exoscheletic dur. Organismele de calcifiere oceanice acoperă lanțul trofic de la autotrofe la heterotrofe și includ organisme precum cocolitofore , corali , foraminifere , echinoderme , crustacee și moluște .

În general, toate ecosistemele marine de pe Pământ vor fi expuse schimbărilor în acidificare și altor câteva modificări biogeochimice oceanice. Acidificarea oceanelor poate forța unele organisme să realoce resursele departe de punctele finale productive pentru a menține calcificarea. De exemplu, stridiile Magallana gigas sunt recunoscute că experimentează modificări metabolice alături de ratele de calcificare modificate din cauza compromisurilor energetice rezultate din dezechilibrele de pH.

În condiții normale, calcitul și aragonitul sunt stabile în apele de suprafață, deoarece ionii de carbonat sunt suprasaturați în raport cu apa de mare. Cu toate acestea, pe măsură ce pH-ul oceanului scade, și concentrația ionilor de carbonat scade. Carbonatul de calciu devine astfel subsaturat, iar structurile din carbonat de calciu sunt vulnerabile la stresul de calcificare și la dizolvare. În special, studiile arată că coralii, cocolitoforele, algele coraline, foraminiferele, crustaceele și pteropodele experimentează o calcificare redusă sau o dizolvare sporită atunci când sunt expuși la CO 2 crescut . Chiar și cu practici active de conservare a marinei, poate fi imposibil să readucem multe populații anterioare de crustacee.

Unele studii au găsit răspunsuri diferite la acidificarea oceanelor, calcificarea cocolitoforului și fotosinteza crescând atât la pCO2 atmosferic ridicat , cât și o scădere egală a producției primare și calcifiere ca răspuns la CO2 crescut sau direcția răspunsului variind între specii.

În mod similar, steaua de mare, Pisaster ochraceus , prezintă o creștere sporită în apele cu aciditate crescută.

Calcificarea redusă din acidificarea oceanului poate afecta sechestrarea carbonului condusă biologic de ocean din atmosferă în interiorul oceanului și în sedimentele fundului mării , slăbind așa-numita pompă biologică . Acidificarea apei de mare ar putea reduce, de asemenea, dimensiunea fitoplanctonului antarctic, făcându-le mai puțin eficiente în stocarea carbonului. Astfel de schimbări sunt din ce în ce mai studiate și sintetizate prin utilizarea cadrelor fiziologice, inclusiv cadrul Adverse Outcome Pathway (AOP) .

Coccolithus pelagicus, o specie de cocolitofor prelevată din Oceanul Atlantic de Nord.

Cocolitofore

Un cocolitofor este un fitoplancton ( algă ) unicelular , eucariot . Înțelegerea modificărilor de calcificare la cocolitofori poate fi deosebit de importantă, deoarece o scădere a cocolitoforilor poate avea efecte secundare asupra climei: ar putea contribui la încălzirea globală prin scăderea albedo -ului Pământului prin efectele lor asupra acoperirii norilor oceanici. Un studiu din 2008 care examinează un miez de sedimente din Atlanticul de Nord a constatat că, în timp ce compoziția speciilor de cocolitoforide a rămas neschimbată pentru perioada industrială 1780-2004, calcificarea cocoliților a crescut cu până la 40% în același timp.

Coralii

Coralii de apă caldă sunt în mod clar în declin, cu pierderi de 50% în ultimii 30-50 de ani din cauza multiplelor amenințări ale încălzirii oceanelor, acidificării oceanelor, poluării și daunelor fizice din activități precum pescuitul, iar aceste presiuni sunt de așteptat să se intensifice.

Fluidul din compartimentele interne (celenteronul) unde coralii își cresc exoscheletul este, de asemenea, extrem de important pentru creșterea calcificării. Când starea de saturație a aragonitului în apa de mare externă este la niveluri ambientale, coralii își vor crește rapid cristalele de aragonit în compartimentele lor interne, prin urmare exoscheletul lor crește rapid. Dacă starea de saturație a aragonitului în apa de mare externă este mai mică decât nivelul mediului, coralii trebuie să muncească mai mult pentru a menține echilibrul corect în compartimentul intern. Când se întâmplă acest lucru, procesul de creștere a cristalelor încetinește, iar acest lucru încetinește rata de creștere a exoscheletului lor. În funcție de starea de saturație a aragonitului din apa înconjurătoare, coralii pot opri creșterea, deoarece pomparea aragonitului în compartimentul intern nu va fi favorabilă din punct de vedere energetic. Conform evoluției actuale a emisiilor de carbon, aproximativ 70% dintre coralii de apă rece din Atlanticul de Nord vor trăi în ape corozive până în 2050–60.

Condițiile acidulate reduc în primul rând capacitatea coralului de a construi exoschelete dense, mai degrabă decât să afecteze extensia liniară a exoscheletului. Densitatea unor specii de corali ar putea fi redusă cu peste 20% până la sfârșitul acestui secol.

Un experiment in situ , efectuat pe o zonă de 400 m2 din Marea Barieră de Corali , pentru a scădea nivelul de CO2 al apei de mare (creșterea pH-ului) până aproape de valoarea preindustrială a arătat o creștere cu 7% a calcificării nete. Un experiment similar pentru ridicarea in situ a nivelului de CO2 al apei de mare (pH mai scăzut) la un nivel așteptat la scurt timp după 2050 a constatat că calcificarea netă a scăzut cu 34%.

Cu toate acestea, un studiu de teren al recifului de corali din Queensland și Australia de Vest din 2007 până în 2012 a constatat că coralii sunt mai rezistenți la schimbările pH-ului mediului decât se credea anterior, datorită reglării homeostaziei interne ; acest lucru face ca schimbările termice ( valurile de căldură marine ), ceea ce duce la albirea coralilor , mai degrabă decât la acidificare, principalul factor de vulnerabilitate a recifului de corali din cauza schimbărilor climatice.

Studii la locurile de scurgere de dioxid de carbon

În unele locuri, dioxidul de carbon bule din fundul mării, schimbând local pH-ul și alte aspecte ale chimiei apei de mare. Studiile acestor scurgeri de dioxid de carbon au documentat o varietate de răspunsuri ale diferitelor organisme. Comunitățile de recife de corali situate în apropierea scurgerilor de dioxid de carbon prezintă un interes deosebit din cauza sensibilității unor specii de corali la acidificare. În Papua Noua Guinee , scăderea pH-ului cauzată de infiltrațiile de dioxid de carbon este asociată cu scăderea diversității speciilor de corali. Cu toate acestea, în Palau , scurgerile de dioxid de carbon nu sunt asociate cu o diversitate redusă a speciilor de corali, deși bioeroziunea scheletelor de corali este mult mai mare la locurile cu pH scăzut.

Pteropode și stele fragile

Pteropodele și stelele fragile formează ambele baza rețelelor trofice arctice și sunt amândouă grav deteriorate de acidifiere. Cochiliile pteropodelor se dizolvă odată cu acidificarea crescândă, iar stelele fragile pierd masa musculară atunci când re-cresc anexele . Pentru ca pteropodele să creeze cochilii, au nevoie de aragonit care este produs prin ioni de carbonat și calciu și stronțiu dizolvați. Pteropodele sunt grav afectate deoarece nivelurile crescute de acidifiere au scăzut constant cantitatea de apă suprasaturată cu carbonat. Degradarea materiei organice din apele arctice a amplificat acidificarea oceanelor; unele ape arctice sunt deja subsaturate în raport cu aragonit.

În Pacificul de Nord și Atlanticul de Nord, stările de saturație sunt, de asemenea, în scădere (adâncimea de saturație devine mai mică). În plus, ouăle stelei fragile mor în câteva zile atunci când sunt expuse la condițiile așteptate rezultate din acidificarea arctică. În mod similar, atunci când au fost expuse în experimente la pH-ul redus cu 0,2 până la 0,4, larvele unei stele fragile temperate , o rudă a stelei marine comune , mai puțin de 0,1 la sută au supraviețuit mai mult de opt zile.

Alte efecte asupra ecosistemelor și chimiei oceanelor

Alte efecte biologice

Pe lângă încetinirea și/sau inversarea calcificării, organismele pot suferi și alte efecte adverse, fie indirect prin impacturi negative asupra resurselor alimentare, fie direct ca efecte reproductive sau fiziologice. De exemplu, nivelurile oceanice ridicate de CO 2 pot produce CO
2
-acidificarea indusă a fluidelor corporale, cunoscută sub numele de hipercapnie .

Proprietăți acustice

S-a observat că creșterea acidității reduce ratele metabolice la calmarul jumbo și deprimă răspunsurile imune ale midii albastre. Acest lucru se datorează probabil pentru că acidificarea oceanului poate modifica proprietățile acustice ale apei de mare, permițând sunetului să se propage mai departe și crescând zgomotul oceanului. Acest lucru afectează toate animalele care folosesc sunetul pentru ecolocație sau comunicare . Ouăle de calmar cu înotătoare lungi din Atlantic a durat mai mult să clocească în apă acidificată, iar statolitul calmarului a fost mai mic și malformat la animalele plasate în apă de mare cu un pH mai scăzut. Cu toate acestea, aceste studii sunt în curs de desfășurare și nu există încă o înțelegere completă a acestor procese în organismele sau ecosistemele marine .

Alge și ierburi marine

Un alt efect posibil ar fi o creștere a evenimentelor de înflorire de alge dăunătoare , care ar putea contribui la acumularea de toxine ( acid domoic , brevetoxină , saxitoxină ) în organisme mici, cum ar fi hamsii și crustacee , crescând la rândul său apariția intoxicației amnezice cu crustacee , intoxicații neurotoxice cu crustacee . si intoxicatii paralitice cu crustacee . Deși înflorirea algelor poate fi dăunătoare, alte organisme fotosintetice benefice pot beneficia de niveluri crescute de dioxid de carbon. Cel mai important, iarbă de mare va beneficia. Cercetările au descoperit că, pe măsură ce iarbă de mare își crește activitatea fotosintetică, ratele de calcificare ale algelor calcifiante au crescut, probabil pentru că activitatea fotosintetică localizată a absorbit dioxidul de carbon și a crescut pH-ul local.

Larve de pește

Acidificarea oceanelor poate avea efecte și asupra larvelor de pești marini . Le afectează intern sistemele olfactive, care este o parte crucială a dezvoltării lor, în special în stadiul de început al vieții lor. Larvele de pește clovn portocaliu trăiesc în cea mai mare parte pe recifele oceanice care sunt înconjurate de insule vegetative. Cu ajutorul simțului lor olfactiv, se știe că larvele sunt capabile să detecteze diferențele dintre recifele înconjurate de insule vegetative și recifele care nu sunt înconjurate de insule vegetative. Larvele de pește clovn trebuie să poată distinge între aceste două destinații pentru a avea capacitatea de a localiza o zonă care este satisfăcătoare pentru creșterea lor. O altă utilizare a sistemelor olfactive ale peștilor marini este de a ajuta la determinarea diferenței dintre părinții lor și alți pești adulți pentru a evita consangvinizarea.

Într-un acvariu experimental, peștii clovn au fost susținuți în apă de mare nemanipulată, care a obținut un pH de 8,15 ± 0,07, care este similar cu pH-ul actual al oceanului nostru. Pentru a testa efectele diferitelor niveluri de pH, apa de mare a fost manipulată la trei niveluri diferite de pH, inclusiv pH-ul nemanipulat. Cele două niveluri opuse ale pH-ului corespund modelelor de schimbări climatice care prezic nivelurile viitoare ale CO 2 atmosferice . În anul 2100, modelul prezice că am putea dobândi niveluri de CO 2 la 1.000 ppm, ceea ce se corelează cu pH-ul de 7,8 ± 0,05.

Rezultatele acestui experiment arată că atunci când larvele sunt expuse la un pH de 7,8 ± 0,05 reacția lor la indicii de mediu diferă drastic de reacția larvelor la indicii într-un pH nemanipulat. La pH-ul de 7,6 ± 0,05 larvele nu au avut nicio reacție la niciun tip de indiciu. Cu toate acestea, o meta-analiză publicată în 2022 a constatat că mărimea efectului studiilor publicate care testează efectele acidificării oceanelor asupra comportamentului peștilor au scăzut cu un ordin de mărime în ultimul deceniu și au fost neglijabile în ultimii cinci ani.

Efecte combinate ale acidificării, încălzirii și dezoxigenării

Factori ai hipoxiei și intensificării acidificării oceanelor în sistemele de rafturi de upwelling . Vânturile dinspre ecuator conduc la creșterea apei cu oxigen dizolvat scăzut (DO), cu nutrienți ridicat și cu carbon anorganic dizolvat (DIC) de deasupra zonei minime de oxigen . Gradienții încrucișați în productivitate și timpii de rezidență a apei de fund determină scăderea (creșterea) puterii DO (DIC) pe măsură ce apa trece pe un platou continental productiv .

Există un corp substanțial de cercetări care arată că o combinație de acidificare a oceanului și temperatura ridicată a oceanului au un efect combinat asupra vieții marine și a mediului oceanic. Acest efect depășește cu mult impactul nociv individual al fiecăreia. În plus, încălzirea oceanelor, împreună cu creșterea productivității fitoplanctonului de la niveluri mai ridicate de CO 2 exacerbează dezoxigenarea oceanelor . Dezoxigenarea apelor oceanice este un factor de stres suplimentar asupra organismelor marine, care crește stratificarea oceanului, limitând astfel nutrienții în timp și reducând gradienții biologici.

Meta-analizele au cuantificat direcția și amploarea efectelor nocive ale acidificării, încălzirii și dezoxigenării combinate ale oceanului asupra oceanului. Aceste meta-analize au fost testate în continuare de studiile mezocosmului care au simulat interacțiunea acestor factori de stres și au descoperit un efect catastrofal asupra rețelei trofice marine: stresul termic neagă mai mult decât orice producător primar la creșterea productivității erbivorelor din cauza CO2 crescut.

Upwelling

Deja acum cantități mari de apă subsaturată în aragonit cresc în apropierea zonei platformei continentale a Pacificului din America de Nord, de la Vancouver până la California de Nord . Aceste platforme continentale joacă un rol important în ecosistemele marine, deoarece majoritatea organismelor marine trăiesc sau se înmulțesc acolo. Alte zone ale raftului pot experimenta efecte similare.

Adâncimea de compensare a carbonatului

La adâncimi de 1000 de metri în ocean, învelișurile de carbonat de calciu încep să se dizolve pe măsură ce creșterea presiunii și scăderea temperaturii schimbă echilibrul chimic care controlează precipitațiile carbonatului de calciu. Adâncimea la care se întâmplă acest lucru este cunoscută sub numele de adâncimea de compensare a carbonatului . Acidificarea oceanului va crește o astfel de dizolvare și va reduce adâncimea de compensare a carbonatului pe perioade de timp de zeci până la sute de ani. Zonele de downwelling sunt afectate mai întâi.

Sedimente carbonatice

Este de așteptat ca acidificarea oceanelor să ducă în viitor la o scădere semnificativă a îngroparii sedimentelor carbonatice timp de câteva secole și chiar la dizolvarea sedimentelor carbonatice existente. Acest lucru va cauza o creștere a alcalinității oceanului , ceea ce va duce la îmbunătățirea oceanului ca rezervor pentru CO 2 , ceea ce ar provoca o invazie suplimentară de CO 2 din atmosferă în ocean.

Impactul asupra economiei și societăților

Creșterea acidității oceanului decelerează rata de calcificare în apa sărată, ducând la recifele de corali cu creștere mai mică și mai lentă, care susțin aproximativ 25% din viața marine. Impacturile sunt de amploare, de la pescuit și mediile de coastă până la cele mai adânci adânci ale oceanului. Creșterea acidității oceanului nu numai că ucide coralii, ci și populația extrem de diversificată de locuitori marini pe care o susțin recifele de corali.

Industria pescuitului

Amenințarea acidificării include o scădere a pescuitului comercial și a industriei turismului de coastă . Mai multe bunuri și servicii oceanice sunt susceptibile de a fi subminate de viitoarea acidificare a oceanelor, care ar putea afecta mijloacele de trai a aproximativ 400 până la 800 de milioane de oameni, în funcție de scenariul de emisie.

Arctic

În Arctica, pescuitul comercial este amenințat deoarece acidificarea dăunează organismelor calcifiante care formează baza rețelelor trofice arctice (pteropode și stele fragile, vezi mai sus). Acidificarea amenință rețelele trofice arctice de la bază în sus. Rețelele trofice arctice sunt considerate simple, ceea ce înseamnă că există câțiva pași în lanțul trofic de la organisme mici la prădători mai mari. De exemplu, pteropodele sunt „o pradă cheie a unui număr de prădători mai mari – plancton mai mare, pești, păsări marine, balene”. Atât pteropodele, cât și stelele marine servesc ca o sursă substanțială de hrană, iar îndepărtarea lor din rețeaua trofică simplă ar reprezenta o amenințare serioasă pentru întregul ecosistem. Efectele asupra organismelor calcifiante de la baza rețelelor trofice ar putea distruge pescuitul.

pescuitul comercial din SUA

Un homar american adult se odihnește pe fundul mării. Rhode Island, insula olandeză, județul Newport.

Valoarea peștelui capturat din pescuitul comercial din SUA în 2007 a fost evaluată la 3,8 miliarde de dolari, iar din acestea 73% a fost derivat din calcifianți și prădătorii lor direcți. Alte organisme sunt afectate direct ca urmare a acidificării. De exemplu, scăderea creșterii calcifianților marini, cum ar fi homarul american , quahogul oceanic și scoici , înseamnă că există mai puțină carne de crustacee disponibilă pentru vânzare și consum. Pescuitul de crab roșu este, de asemenea, o amenințare serioasă, deoarece crabii sunt, de asemenea, calcifianți. Pubelul de crab roșu, atunci când a fost expus la niveluri crescute de acidificare, a înregistrat o mortalitate de 100% după 95 de zile. În 2006, crabul roșu a reprezentat 23% din totalul nivelurilor de recoltare orientative, iar o scădere gravă a populației de crab roșu ar amenința industria de recoltare a crabilor.

Popoarele indigene

Acidificarea va afecta modul de viață al popoarelor indigene . Pescuitul sportiv și vânătoarea sunt ambele importante din punct de vedere cultural pentru popoarele indigene arctice . Scăderea sau dispariția rapidă a vieții marine ar putea afecta, de asemenea, dieta popoarelor indigene . De exemplu, în statul Washington și California (Statele Unite), comunitățile native americane raportează potențiale daune aduse resurselor de crustacee din cauza creșterii nivelului mării și a acidificării oceanelor.

Răspunsuri posibile

Atenuarea schimbărilor climatice

Reducerea emisiilor de dioxid de carbon (adică măsuri de atenuare a schimbărilor climatice ) este singura soluție care abordează cauza principală a acidificării oceanelor. Creșterea suprafețelor dedicate pădurilor și încurajarea creșterii plantelor marine care respiră CO 2 ar putea ajuta la încetinirea acidificării oceanelor.

Tehnologii pentru eliminarea dioxidului de carbon din ocean

Alte tehnologii care pot realiza eliminarea dioxidului de carbon (CDR) sunt în curs de dezvoltare (de exemplu , captarea directă a aerului (DAC), bioenergie cu captarea și stocarea carbonului (BECCS)). Acestea ar putea încetini viteza de acidificare. Oamenii de știință investighează, de asemenea, strategii care utilizează oceanul pentru îndepărtarea dioxidului de carbon, care ar putea ajuta la adaptarea locală la acidificarea oceanelor (de exemplu, creșterea alcalinității oceanului, îmbunătățirea intemperiilor ). Aceste tehnologii sunt în general costisitoare, au multe riscuri și efecte secundare și au un nivel scăzut de pregătire pentru tehnologie .

Abordările care îndepărtează dioxidul de carbon din ocean includ fertilizarea cu nutrienți oceanici , creșterea/descărcarea artificială, cultivarea algelor marine , recuperarea ecosistemului, îmbunătățirea alcalinității oceanului și procesele electrochimice. Toate aceste metode folosesc oceanul pentru a elimina CO 2 din atmosferă pentru a-l stoca în ocean. Cu toate acestea, câteva dintre metode au efectul pozitiv suplimentar, sau un co-beneficiu, de atenuare a acidificării oceanelor. Domeniul de cercetare pentru toate metodele CDR a crescut foarte mult din 2019.

În principiu, carbonul poate fi stocat în rezervoare oceanice. Acest lucru se poate face cu procesele de fertilizare a oceanelor, de îmbunătățire a alcalinității oceanului sau de intemperii îmbunătățite. Aceste metode ar putea ajuta la atenuare, dar pot avea efecte secundare asupra vieții marine și au în prezent un nivel scăzut de pregătire pentru tehnologie .

În total, „metodele bazate pe ocean au un potențial combinat de a elimina 1–100 de gigatone de CO 2 pe an”. Costurile acestora sunt de ordinul 40–500 USD per tonă de CO 2 . De exemplu, intemperii îmbunătățite ar putea elimina 2-4 gigatone de CO 2 pe an. Această tehnologie vine cu un cost de 50-200 USD pe tonă de CO 2 .

Fertilizarea cu nutrienți oceanici

Fertilizarea oceanelor sau hrănirea oceanelor este un tip de tehnologie pentru îndepărtarea dioxidului de carbon din ocean, bazată pe introducerea intenționată a nutrienților plantelor în oceanul superior pentru a crește producția de alimente marine și pentru a elimina dioxidul de carbon din atmosferă. Fertilizarea cu nutrienți oceanici, de exemplu fertilizarea cu fier , a oceanului ar putea stimula fotosinteza în fitoplancton . Fitoplanctonul ar transforma dioxidul de carbon dizolvat al oceanului în carbohidrați și oxigen gazos, dintre care o parte s-ar scufunda în oceanul mai adânc înainte de a se oxida. Peste o duzină de experimente în mare deschisă au confirmat că adăugarea de fier în ocean crește fotosinteza în fitoplancton de până la 30 de ori.

Aceasta este una dintre cele mai bine cercetate abordări de îndepărtare a dioxidului de carbon (CDR), cu toate acestea, această abordare ar capta carbonul doar pe o scară de timp de 10-100 de ani, în funcție de timpii de amestecare a oceanelor. În timp ce aciditatea oceanului de suprafață poate scădea ca urmare a fertilizării cu nutrienți, atunci când materia organică care se scufundă se remineralizează, aciditatea oceanului de adâncime va crește. Un raport din 2021 privind CDR indică faptul că există o încredere mediu-mare că tehnica ar putea fi eficientă și scalabilă la costuri reduse, cu riscuri medii de mediu. Unul dintre riscurile cheie ale fertilizării cu nutrienți este jefuirea de nutrienți, un proces prin care excesul de nutrienți utilizați într-o singură locație pentru o productivitate primară îmbunătățită, ca în contextul fertilizării, sunt apoi indisponibili pentru productivitatea normală în aval. Acest lucru ar putea avea ca rezultat impacturi asupra ecosistemelor mult în afara locului inițial de fertilizare.

Creșterea alcalinității oceanului

Îmbunătățirea alcalinității oceanului (OAE) este definită ca „o metodă propusă de îndepărtare a dioxidului de carbon (CDR) care implică depunerea mineralelor alcaline sau a produselor lor de disociere la suprafața oceanului”. Procesul ar crește alcalinitatea totală a suprafeței. Ar funcționa pentru a accelera regulatorul geologic de carbon al Pământului. Procesul implică creșterea cantității de bicarbonat (HCO 3 -) prin intemperii accelerate (intemperii îmbunătățite ) a rocilor ( silicat , calcar și var nestins ). Acest proces imită ciclul silicat-carbonat și, în cele din urmă, va trage CO 2 din atmosferă în ocean. CO 2 fie va deveni bicarbonat și va fi stocat în ocean în această formă pentru mai mult de 100 de ani, fie poate precipita în carbonat de calciu (CaCO 3 ). Când carbonatul de calciu este îngropat în adâncul oceanului, acesta poate stoca carbonul timp de aproximativ un milion de ani atunci când se utilizează roci de silicat ca mijloc de creștere a alcalinității.

Pe lângă sechestrarea CO2 , adăugarea de alcalinitate tamponează pH-ul oceanului, reducând astfel gradul de acidificare a oceanului. Cu toate acestea, se știe puțin despre modul în care organismele vor răspunde la alcalinitatea adăugată, chiar și din surse naturale. De exemplu, intemperii unor roci de silicat ar putea elibera o cantitate mare de metale potențial urme în ocean, la locul de intemperii îmbunătățite. În plus, costul și energia consumată prin implementarea îmbunătățirii alcalinității oceanului (exploat minier, pulverizare, transport) sunt ridicate în comparație cu alte tehnici CDR. În general, OAE este scalabil și foarte eficient în eliminarea dioxidului de carbon.

Costul creșterii alcalinității oceanului este estimat la 20–50 USD pe tonă de CO 2 (pentru „adăugarea directă de minerale alcaline în ocean”).

Procese electrochimice

Metodele electrochimice sau electroliza pot îndepărta dioxidul de carbon direct din apa de mare. Unele metode se concentrează pe îndepărtarea directă a CO 2 (sub formă de carbonat și CO 2 gazos), în timp ce altele cresc alcalinitatea apei de mare prin precipitarea reziduurilor de hidroxid metalic, care absoarbe CO 2 într-o chestiune descrisă în secțiunea de îmbunătățire a alcalinității oceanului. Hidrogenul produs în timpul captării directe a carbonului poate fi apoi reciclat pentru a forma hidrogen pentru consumul de energie sau alți reactivi de laborator fabricați, cum ar fi acidul clorhidric . Electroliza este o tehnică chimică clasică care datează din secolul al XIX-lea. Cu toate acestea, implementarea electrolizei pentru captarea carbonului este costisitoare, iar energia consumată pentru proces este mare în comparație cu alte tehnici CDR. În plus, cercetările pentru a evalua impactul asupra mediului al acestui proces sunt în curs de desfășurare. Unele complicații includ substanțe chimice toxice în apele uzate și DIC redus în efluenți; ambele pot avea un impact negativ asupra vieții marine. Similar cu OAE, rapoartele recente arată că procesele electrochimice sunt scalabile și foarte eficiente în eliminarea dioxidului de carbon.

Politici și obiective

Demonstrator care face apel la acțiuni împotriva acidificării oceanelor la Marșul Climatic al Poporului (2017)

Politici globale

Pe măsură ce gradul de conștientizare cu privire la acidificarea oceanelor crește, au fost elaborate politici orientate spre creșterea eforturilor de monitorizare a acidificării oceanelor. Anterior, în 2015, cercetătorul oceanic Jean-Pierre Gattuso remarcase că „Oceanul a fost considerat minim la negocierile anterioare privind clima. Studiul nostru oferă argumente convingătoare pentru o schimbare radicală la conferința ONU (la Paris) privind schimbările climatice”.

Eforturile internaționale, cum ar fi Convenția ONU de la Cartagena (intrat în vigoare în 1986), sunt esențiale pentru a spori sprijinul oferit de guvernele regionale zonelor extrem de vulnerabile la acidificarea oceanelor. Multe țări, de exemplu în Insulele și teritoriile Pacificului, au construit politici regionale sau politici naționale pentru oceane, planuri naționale de acțiune, planuri naționale de acțiune de adaptare și planuri naționale comune de acțiune privind schimbările climatice și reducerea riscului de dezastre, pentru a contribui la realizarea ODD 14. . Acidificarea oceanelor începe acum să fie luată în considerare în aceste cadre.

Deceniul Oceanului ONU

Acțiunea ONU deceniului oceanului „OARS: Cercetare privind acidificarea oceanelor pentru durabilitate” a fost propusă de Rețeaua Globală de Observare a Acidificării Oceanelor (GOA-ON) și partenerii săi și a fost aprobată oficial ca program al Deceniului ONU al Științei Oceanului pentru Dezvoltare Durabilă. Programul OARS se bazează pe munca GOA-ON pentru a dezvolta în continuare știința acidificării oceanelor prin îmbunătățirea capacității de acidificare a oceanelor, creșterea observațiilor asupra modificărilor chimiei oceanelor, identificarea impactului asupra ecosistemelor marine la scară locală și globală și oferirea societății și a deciziilor. producători cu informațiile necesare pentru atenuarea și adaptarea la acidificarea oceanelor.

Indicatori climatici globali

Importanța acidificării oceanelor se reflectă în includerea sa ca unul dintre cei șapte indicatori climatici globali. Acești indicatori sunt un set de parametri care descriu schimbările climatice fără a reduce schimbările climatice doar la creșterea temperaturii . Indicatorii includ informații cheie pentru cele mai relevante domenii ale schimbărilor climatice: temperatura și energia, compoziția atmosferei, oceanul și apa, precum și criosfera. Indicatorii climatici globali au fost identificați de oameni de știință și specialiști în comunicare într-un proces condus de Global Climate Observing System (GCOS). Indicatorii au fost aprobați de Organizația Meteorologică Mondială (OMM). Ele formează baza Declarației anuale a OMM privind starea climatului global, care este prezentată Conferinței părților (COP) a Convenției-cadru a Națiunilor Unite privind schimbările climatice (UNFCCC). În plus, Serviciul Copernicus pentru Schimbări Climatice (C3S) al Comisiei Europene utilizează indicatorii pentru „Starea europeană a climei” anuală.

Obiectivul de dezvoltare durabilă 14

În 2015, Națiunile Unite a adoptat Agenda 2030 și un set de 17 Obiective de Dezvoltare Durabilă (ODD), inclusiv un obiectiv dedicat oceanului, Sustainable Development Goal 14 , care face apel la „conservarea și utilizarea durabilă a oceanelor, mărilor și resurselor marine. pentru dezvoltare durabilă”. Acidificarea oceanelor este abordată direct de ODD 14.3. Titlul complet al Țintei 14.3 este: „Minimizarea și abordarea impactului acidificării oceanelor, inclusiv prin cooperarea științifică consolidată la toate nivelurile”. Această țintă are un indicator: Indicatorul 14.3.1, care solicită „Aciditatea marine medie ( pH ) măsurată la o serie convenită de stații reprezentative de prelevare de probe”. 

Comisia Oceanografică Interguvernamentală (IOC) a UNESCO a fost identificată ca agenție custode pentru Indicatorul SDG 14.3.1. În acest rol, IOC-UNESCO are sarcina de a dezvolta Metodologia indicatorilor SDG 14.3.1, colectarea anuală de date pentru indicatorul SDG 14.3.1 și raportarea progresului către Națiunile Unite.

Politici la nivel de țară

Statele Unite

În Statele Unite, o politică solidă de acidificare a oceanelor sprijină coordonarea guvernamentală susținută, cum ar fi Programul de acidificare a oceanelor de la National Oceanic Atmospheric Administration . În 2015, USEPA a respins o petiție a cetățenilor care i-a cerut EPA să reglementeze CO 2 în conformitate cu Actul de control al substanțelor toxice din 1976 , pentru a atenua acidificarea oceanelor. În negare, EPA a spus că riscurile legate de acidificarea oceanelor au fost „abordate mai eficient și mai eficient” în cadrul acțiunilor interne, de exemplu, în cadrul Planului de acțiune prezidențial pentru climă și că sunt urmărite mai multe căi de colaborare cu și în alte națiuni pentru a reduce emisiile și defrișările și promovarea energiei curate și a eficienței energetice.

Istorie

Cercetările asupra fenomenului acidificării oceanelor, precum și conștientizarea problemei, au loc de câteva decenii. De exemplu, cercetările din 2010 au descoperit că numai în perioada de 15 ani 1995–2010, aciditatea a crescut cu 6% în cei 100 de metri de sus ai Oceanului Pacific, de la Hawaii până în Alaska.

„Primul simpozion asupra oceanului într-o lume cu conținut ridicat de CO2” a avut loc în Franța în 2004.

În 2009, membrii Panelului InterAcademy au cerut liderilor mondiali să „recunoască faptul că reducerea acumulării de CO 2 în atmosferă este singura soluție practicabilă pentru atenuarea acidificării oceanelor”. Declarația a subliniat, de asemenea, importanța „revigorării acțiunilor pentru reducerea factorilor de stres, cum ar fi pescuitul excesiv și poluarea , asupra ecosistemelor marine pentru a crește rezistența la acidificarea oceanelor”.

Potrivit unei declarații din iulie 2012 a lui Jane Lubchenco , șeful Administrației Naționale pentru Oceane și Atmosfere din SUA, „apele de suprafață se schimbă mult mai rapid decât au sugerat calculele inițiale. Este încă un motiv pentru a fi foarte serios îngrijorat de cantitatea de dioxid de carbon care este în atmosferă acum și suma suplimentară pe care continuăm să o scoatem”.

Un studiu din 2013 a constatat că aciditatea crește într-un ritm de 10 ori mai rapid decât în ​​oricare dintre crizele evolutive din istoria Pământului.

„Al treilea simpozion despre ocean într-o lume cu conținut ridicat de CO2” a avut loc la Monterey, California, în 2012. Rezumatul pentru factorii de decizie de la conferință a afirmat că „cercetarea acidificării oceanelor este în creștere rapidă”.

Într-un raport de sinteză publicat în Science în 2015, 22 de oameni de știință marini de frunte au declarat că CO 2 din arderea combustibililor fosili schimbă chimia oceanelor mai rapid decât oricând de la Marea Moarte (cel mai grav eveniment de extincție cunoscut al Pământului). Raportul lor a subliniat că creșterea temperaturii maxime de 2 °C convenită de guverne reflectă o reducere prea mică a emisiilor pentru a preveni „impacturile dramatice” asupra oceanelor lumii.

Vezi si

Referințe

linkuri externe